1Beğeni
Hücre zarının asıl yapısı elektron mikroskopta bile tam görülmediği için, zar yapısı hakkında çeşitli modeller ileri sürülmüştür. Bunlardan en ileri olanı, SİNGER ve NİCHOLSON adlı iki araştırmacının ileri sürdüğü akıcı mozaik zar modelidir.
Bu modele göre; hücre zarı protein, fosfolipid ve az miktarda karbonhidrattan oluşmuştur.
Hücre zarındaki lipidler ve proteinler devamlı olarak hareket ettiği için akıcı mozaik denmiştir.
Hücre zarının sadece dış tarafında bulunan glikoproteinler hücrelerin birbirini tanımasını sağlamaktadır.
Örneğin; her canlının hücre zarının kimyasal özelliği farklıdır. Bu fark, hücre zarındaki glikoproteinlerden ileri gelmektedir.
Nitekim doku veya organ nakillerinde, özellikle iki bireyin de proteinlerinde benzerlik aranır.
Doku nakledilen bireyin, nakledilen dokuyu kabul etmesi için glikoproteinlerinin, vericininkine benzer olması gerekir. Bu da yakın akrabalık varsa geçerlidir.
Bu durum, protein benzerliği az olan uzak akrabalar arasındaki doku aşılamalarının neden tutmadığını açıklamaktadır.
Hücre zarındaki glikoproteinlerin diğer bir özelliği de, hücreye alınacak maddeyi tanımasıdır.
Canlı hücre zarı gerekli durumlarda iyot gibi küçük molekülleri geçirmediği halde glikoz gibi daha büyük molekülleri kolayca geçirebilmektedir. Hücre zarının bu faaliyetine “seçici geçirgenlik” denir. Bu durum hücre zarındaki glikoproteinlerin özelliğidir.
HÜCRE ZARINDA MADDE GEÇİŞİ
Hücre zarından iki türlü madde geçişi olmaktadır. (Şekil-3) Bunlardan birisi pasif, diğeri aktif geçiştir.
1-PASİF TAŞINMA
Moleküllerin hareketinden kaynaklanan, tamamen fiziksel bir olaydır. Pasif geçiş için hücre enerji harcamaz.
Geçiş için gerekli enerji, moleküllerin kendi yayılma enerjileridir. Bu yüzden buna yayılma anlamında “difüzyon” denir.
Bu olay, canlı olmayan, ölü hücre zarlarında da gerçekleşen bir olaydır.
Ancak canlı hücreler difüzyon olayını kendi çıkarları için kullanacak şekilde bazı adaptasyonlar geliştirmiştir.
Pasif taşımada iki türlü madde geçişi söz konusudur. Bunlardan birisi eriyen moleküllerin geçişi, diğeri ise eriticinin geçişidir.
Canlı sistemlerde eritici ortam genellikle su olduğu için buna “ozmoz”, eriyenin geçişine ise “diyaliz” denir. Her ikisi de difüzyon olaylarıdır.
Pasif taşıma olaylarını bir bisiklet sürücüsünün yokuş aşağı inmesine benzetebiliriz.
Yokuş aşağı inen bisikletli, yokuşun eğiminden istifade ettiğinden tekeri döndürmek için enerji harcamaz.
Pasif taşınma olaylarının canlı hücrelerde gerçekleştiği göz önüne alınırsa, geçiş yapan moleküller arasında hücre zarlarının bulunduğu düşünülmelidir. Bu durumda hücre zarının özelliği hesaba katılmalıdır.
Hücre zarından pasif taşınma ile geçmekte olan moleküller aşağıdaki faktörlerden etkilenirler.
HÜCRE ZARINDAN MADDE GEÇİŞİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER
Molekül Yoğunluğu: Hücre zarının bir tarafındaki moleküllerin yoğunluğu ne kadar fazla ise, difüzyon o kadar hızlı olur.
Difüzyon olayı, zarın iki tarafındaki moleküllerin yoğunlukları aynı oluncaya kadar devam eder.
Ancak, hücrenin içinde zardan geçemeyecek kadar küçük erimiş moleküller çoğunlukta ise, hücre .dışındaki moleküllerin hücre içine girişi eşitlik oluncaya kadar devam etmez.
Örneğin bitki hücresi içine su moleküllerinin girişi hücrenin turgor halinden sonra durur.
Difüzyon Yüzeyi: Moleküllerin difüzyon yaptıkları yüzeyin, seçici geçirgen veya yarı geçirgen oluşu difüzyonu etkileyen faktörlerden birisidir.
Yarı geçirgen zarlar su molekülü ve daha küçük erimiş moleküllerin geçişine izin verirken, seçici geçirgen özellikteki canlı hücre zarları, gerekli
durumlarda glikoz gibi amino asitlerden daha büyük molekülleri daha kolay alabilmektedir.
Difüzyon yüzeyinin geniş veya dar oluşu da diğer bir faktördür.
Nitekim canlı sistemlerde difüzyon hızını arttırıcı, yüzey genişletmeleri gibi çeşitli adaptasyonlar gelişmiştir.
Örneğin, 20-25 cm’karelik deri yüzeyine sahip bir toprak solucanı, sudaki oksijeni difüzyonla yeteri kadar alamaz.
Halbuki 20-25 cm’karelik solungaç yüzeyine sahip bir balık sudaki oksijeni difüzyonla kolayca alabilmektedir.
Aynı şekilde memeli hayvanların akciğerlerindeki alveol kesecikleri de geniş bir difüzyon yüzeyi oluşturarak oksijenin difüzyonla vücuda alınmasını kolaylaştırmaktadır.
Yine, ince bağırsakların iç derisi villüs (tümür) denen çıkıntılara, bağırsaktaki besinlerin difüzyonla vücuda emilmesini kolaylaştırmaktadır.
Molekülün Kimyasal Özelliği: Hücre zarının yapısında fosfolipidler bulunduğu için, yağı eriten moleküller (aseton, eter, kloroform) eritemeyenlerden,
yağda eriyen moleküller ise (A, D, E ve K vitaminleri) erimeyenlerden daha kolay hücre zarından geçiş yaparlar.
Molekülün Elektrik Yükü: Hücre zarlarının çoğunluğu pozitif yüklüdür. Bu nedenle nötr tanecikler zardan çok kolay geçer.
Negatif yüklü tanecikler zardan biraz güç, pozitif yüklü olanlar ise çok güç geçerler.
İyonların geçişinde; ozmotik basınç ve zar geçirgenliği de etkilidir.
Molekül Büyüklüğü: Hücre zarından ancak amino asitler, monosakkaritler, yağ asidi, gliserol, vitaminler, su,
oksijen, iyot ve alkol gibi küçük moleküller geçiş yapabilir.
Protein, nişasta, glikojen, enzim, hormon, gibi polimer maddelerin hücre zarından difüzyonla geçmeleri söz konusu değildir.
Hücre zarından geçebilecek kadar küçük olan moleküllerin geçişi de belli bir düzene göre olur.
Örneğiin, oksijen amino asitten daha küçük olduğu için aminoasitten daha önce hücre zarından geçebilir.
Aynı şekilde aminoasitler de glikozdan daha kolay pasif taşınma yapar.
Büyük moleküllerin hücre zarından difüzyon ile geçemeyecekleri belirtilmişti.
Büyük moleküllerin hücre zarından geçişi iki yolla olur.
Büyük moleküller hücre dışında monomerlerine sindirilir.
Monomerlerine dönüşen küçük moleküller difüzyonla hücre zarından geçer.
Büyük moleküller hücre dışında sindirilemiyor ve sindirilmemesi gerekiyorsa, bu moleküller hücre zarı ile birlikte, oldukları gibi hücre zarından geçerler.
Örneğin, amip, akyuvar gibi hücreler sıvı ortamda yaşadıklarından hücre dışına sindirim enzimlerini veremezler.
Dışarıya sindirim enzimi verseler bile sıvı ortamda dağılan enzimler hücreye alınacak maddeye etki edemez.
Yine, enzim, hormon gibi büyük moleküller hücre zarından dışarıya çıkamazlar.
Bu moleküllerin hücre zarından geçişi için parçalanmaları ise, onların etkinliğini bozar.
Bu yüzden bu moleküller oldukları gibi hücre zarıyla birlikte hücre içine alınırlar veya hücre dışına atılırlar.
Fagositoz: Hücre zarıyla birlikte hücre içine alınan büyük molekül, bakteri gibi katı parçacık ise buna;
hücre yemesi anlamında fagositoz denir. Fagositoz olayını, amip, akyuvar gibi hayvansal hücreler yapar.
Bunlar hücre dışı sindirim yapamadıkları için fagositozla büyük molekülü alarak hücre içi sindirimle parçalarlar.
Suda yaşayan tek hücreli organizmalarda hücre içi sindirimini lizozom denen hücre organeli yapar.
Hücre, katı besine doğru kol şeklinde bir çıkıntı yapıp besini hücre içine alarak besin kofulunu oluşturur.
Hücre içindeki lizozom besin kofuluyla birleşerek, koful içinde sindirim olayını başlatır.
Lizozom ile birleşmiş olan kofula sindirim kofulu denir. Sindirim kofulu içinde, sindirim olayı tamamlandıktan sonra, kofuldaki sindirim ürünleri hücre sitoplazmasına geçer.
Hücre için gerekli olan maddeler hücre stoplazmasına emildikten sonra koful içinde sadece artık maddeler kalır.
Bu durumdaki koful boşaltım kofulu adını alır. Boşaltım kofulu, hücre zarıyla birleşir ve içindeki artık maddeler hücre dışına atılır.
Pinositoz: Hücre içine alınacak veya hücreden çıkarılacak madde protein,
hormon gibi erimiş haldeki sıvı maddeler ise bunların hücre içinde alınmasına,
hücre içmesi anlamında pinositoz denir.
Pinositoz yapan hücre zarı, içeri doğru çökme yaparak sıvı maddeyi hücre içine alır.
Hayvansal hücrelerden protein veya hormon yapısındaki maddelerin hücreye girişi ve çıkışı pinositozla olur.
Omurgalı ve omurgasız hayvanların çoğu hücreleri, bu şekilde hücre polimer maddeleri dışına çıkarırlar.
Örneğin, hipofiz bezi hormonlarının hipofiz hücrelerinden kana verilmesi bu yolla olur.
Ozmoz: Su moleküllerinin çok yoğun oldukları taraftan az yoğun oldukları tarafa geçişidir.
Ozmoz kısaca, su moleküllerinin difüzyonudur.
Canlıların yaklaşık olarak %60-70’i su olduğu için, doku hücreleri sulu bir ortam içinde bulunmaktadır.
Bu yüzden suyun difüzyonuna ayrı bir isim verilerek ozmoz denmiştir. Ozmoz olayını anlayabilmek için su yoğunluğunu ve su yoğunluğunu etkiyen faktörleri kavramak gerekir.
Su yoğunluğu, su derişimi, veya su yüzdesi aynı anlamlarda kullanılmaktadır.
Deney-1
Deneyin amacı: Ozmo olayı ve ozmotik basıncın (su emme kuvveti) gösterilmesi.
Şekil 6’daki gibi bir huninin ağzı bir bağırsak parçasıyla kapatıldıktan sonra içine proteinli su koyulsun (sucuk veya sosis yapımında kullanılan hayvan bağırsakları böyle deneyler için uygundur.
Böyle zarlar, su, glikoz, amino asit, alkol, vitamin gibi küçük molekülleri geçirebildiği halde, protein nişasta gibi polimer maddeleri geçirmez).
Ozmoz deneyi
Bu huninin boynuna bir cam boru yerleştirdikten sonra t, zamanında saf su dolu bir kap içine daldırılsın,
t2 zamanında, kaptaki saf suyun huninin içine doğru girdiği görülecektir.
Nitekim huni boynuna yerleştirilen cam borudaki suyun yükselmesi, huninin içine suyun girdiğini belli eder.
Deney başlangıcından bir süre sonra, cam borudaki suyun daha fazla yükselemediği görülecektir.
Bu deneyi yorumlayacak olursak. Kaptaki suyun huni içine girmesinin nedeni, huni içindeki su derişimi az olan protein çözeltisinin kaptaki suyu emmesidir.
Buna emme kuvveti veya ozmotik basınç denir.
Cam borudaki sıvı yükselmesinin bir süre sonra durmasının nedeni ise, huni içinde artan sıvı miktarının yaptığı basınç ile açık hava basıncıdır.
Nitekim, huni içindeki ozmotik basınç ile açık hava basıncı ve suyun içindeki sıvı basıncı eşit olduğunda huni içine ozmozla su girişi durur
(Aynı deney zardan geçemeyen proteinli su ile değil de,
zardan geçebilen glikozlu su ile yapılsaydı; önce cam boruda sıvı yükselmesi olacak,
hunideki glikoz kaba geçmeye başladıktan sonra da cam boruda sıvı alçalması olacaktı.
Deney 6’da protein kullanıldığı için, cam borudaki suyun tekrar alçalması söz konusu değildir).
Yukarıdaki deneyden de anlaşılacağı gibi çözeltinin ozmotik basıncının artması, suda çözünen madde miktarıyla doğru orantılıdır.
Ozmotik basıncın etkili olduğu canlı sistemlerinden bazı örnekler:
Amip, öglena, paramesyum gibi hücrelerin sitoplazması,
bulundukları tatlı su ortamından daha yüksek bir ozmotik basınca sahiptir. Bu yüzden bu tek hücreliler içine, bulundukları ortamdan daha fazla su geçişi olur.
Bu hücrelerde buulunan kontraktil kofullar (=vurgan vakuol) hücreye giren fazla suyu toplayarak tekrar dışarı atar.
Kontraktil kofullar sayesinde amip, öglena ve paramesyum gibi tek hücreliler ozmotik dengelerini kurarlar.
Tatlı sularda yaşayan balıkların vücudu, ortamdakinden yüksek bir ozmotik basınca sahiptir.
Bu balıkların solungaçlarından içeri g,iren fazla su, balığın böbreklerinden vücut dışına tekrar atılır.
Kurak ve tuzlu bitki türlerinin bulunduğu ortamda çok az su bulunur.
Bu bölgelerde yaşayan bitkilerin kök hücreleri, nemli bölgelerdeki kök hücrelerinden çok daha fazla kök ozmotik basıncına sahiptirler.
Bunlar, yüksek kök ozmotik basıncı ile topraktan su emerler. Gerektiği hallerde aktif taşıma ile de topraktan su alırlar.
Bitki yapraklarının genellikle alt yüzeylerinde bulunan gözeneklerin (stomalar) açılması turgor durumuna gelmesinin, kapanması ise turgor durumunu kaybetmesi sonucudur.
PLAZMOLİZ- DEPLAZMOLİZ- TURGOR
Belli ozmotik basınç değerlerine sahip bitki veya hayvan hücreleri, kendi sitoplazmalarındaki ozmotik basınç değerlerinden farklı bir ortama konduğunda aşağıdaki durumları gösterirler.
İzotonik sıvı: Belli bir su yoğunluğuna sahip bir hücre, (doku veya organ) kendi sitoplazmasındaki su değişimi ile aynı olan bir ortama konduğunda,
bu hücrenin ortam ile su alış verişi olmaz.
Böyle sıvılara izotonik sıvı denir.
Örneğin, kan plazması, kan hücreleri için izotoniktir.
Nitekim kan kaybına neden olan kazalardan veya ameliyatlardan sonra hastaya izotonik tuzlu su olan serum fizyolojik verilir.
PLAZMOLİZ: İzotonik ortamından alınarak, sitoplazmasındakinden daha az su su derişimine sahip ortama (hipertonik) konan hücreler su kaybederek büzüşürler.
Buna plazma bozulması anlamında plazmoliz denir. Uzun süre plazmoliz döneminde kalan hücreler ölür.
Örneğin, salça, reçel, pekmez gibi suyu az olan besinler bakteri faaliyeti ile bozulmaz.
Çünkü bu ortamların suyu az olduğu için, içlerine giren mikroorganimaların suyunu emerek onları plazmolize edip öldürürler.
Nitekim Kurtuluş Savaşı yıllarında, ekonomik bakımdsan zayıf olan ülkemizde, çok yoğun tuzlu su hazırlanarak, yabancı bitkilerle mücadelede ilaç kullanılmıştır.
DEPLAZMOLİZ: Plazmolize olmuş hücrenin, izotonik ortamına konulmasından sonra tekrar su alarak eski haline gelmesidir.
TURGOR: Sitoplazmasındaki su derişiminden daha fazla su derişimine sahip olan ortama (hipotonik) konan bitki hücreleri su alarak turgor durumuna gelirler. Bitki hücrelerindeki turgor olayının asıl nedeni,
yüksek hücre içi ozmotik basınçtan dolayı, hücre içine giren suyun,
hücre çeperine yaptığı basınca karşı,
çeperin gösterdiği karşı basınçtır. Yani bu bir çeşit etki-tepki olayıdır.
Turgor olayı
Yeşil bitki kısımlarının dik durmasının nedeni,
odunlaşma olduğu halde,
genç ve taze bitki kısımları ile tek ve yıllık otsu bitkilerin dik görünmesinin nedeni turgor durumlarıdır.
Aynı şekilde, bir sarmaşığın dik duvara tırmanması veya fasulye bitkisinin bir sırığa sarılması da bir turgor olayıdır.
Hayvansal yapıdaki hücrelerle hücre zarları ince ve esnektir.
Bu yüzden hayvansal hücrelerdeki hücre zarı, hücre içine giren suyun hücre içine yaptığı basınca karşı koyamaz ve yırtılırlar.
Nitekim saf su ortamına konan kan (hem) hücreleri parçalanır. Buna hemoliz denir.
Tatlı su ortamında bulunan ve hayvansal hücre özelliği taşıyan amip, öglena ve paramesyum gibi hücrelerin zarları içeri giren sudan dolayı parçalanmaz.
Çünkü, bu hücrelerin sahip olduğu kontraktil kofullar, hücreye giren fazla suyu tekrar hücre dışına atarak hücrenin ozmotik dengesini korurlar.
AKTİF TAŞIMA
Difüzyon ve ozmoz olayının tersi bir olayla, zardan geçebilecek kadar küçük moleküllerin az yoğun oldukları ortamdan çok yoğun oldukları ortama doğru enerji (ATP) harcanarak taşınmasıdır.
Örneğin, hücre içinde az miktarda bulunan üre, aktif taşıma ile hücre dışına atılır.
Aynı şekilde, glikoz ihtiyacı fazla olan hücreler, sitoplazmalarında bol miktarda glikoz bulunsa bile hücre dışında az olan glikozu aktif taşıma ile alırlar.
Suyu az, tuzcul topraklarda bulunan bitki kökleri, gerektiğinde aktif taşıma yaparak toprakta az bulunan suyu kök hücrelerine alırlar. Kısaca, zardan geçebilecek kadar küçük moleküller bir hücrenin içinde veya dışında fazla miktarda bulunuyorsa bu durumun nedeni aktif taşımadır.
Örneğin, nitella denen su bitkisinin içindeki potasyum iyonu derişimi, hücrenin bulunduğu ortamdan bin kat daha fazladır.
Aktif taşıma olayı enerji harcanarak yapıldığı için, bu olayı sadece canlı hücreler gerçekleştirebilir. Aktif taşımanı diğer önemli bir özelliği de bu olaylarda enzim kullanılması ve DNA yönetiminde gerçekleşmesidir.
Aktif taşımaya en iyi örnek, özellikle sinir hücresinin aksonunda gözlenebilen sodyum, potasyum pompasıdır.
Aktif Taşıma
Dinlenme halindeki sinir aksonu aktif taşıma yaparak, (hücre dışına Na pompalayarak), hücre içinde potasyumun daha fazla bulunmasını sağlar.
Sinir aksonu uyarıldığında ise hücre dışına potasyumu pompalayarak içeri sodyum alır.
