Hücre Zarının Yapısı Ve Madde Geçişleri

'Sayısal Dersler' forumunda Yasemin tarafından 12 Mart 2013 tarihinde açılan konu


  1. Hücre Zarının Yapısı Ve Madde Geçişleri Nelerdir


    Hücre zarı ya da hücre membranı, hücrenin dış kısmında bulunan, molekülleri özelliklerine göre hücre içine alan veya dışarı bırakan katmana denir.Ayrıca Hücre zarını ayırarak doğrudan analizlerden önce hücre zarının moleküler yapısı hakkındaki kuramlar, dolaylı kanıtlara dayanmaktadır.

    Hücre ilk defa 1665 yılında Robert Hooke tarafından keşfedilmiştir. Robert Hooke Şişe mantarından aldığı kesiti mikroskopta incelemiş ve oda şeklinde yapılar görmüştür. Gördüğü bu yapılara Hücre adını vermiştir.

    [​IMG]

    Hücre zarı,seçici geçirgen bir yapıya sahiptir.Molekülün büyüklüğüne,yağda veya suda çözünmesine,polaritesine, ortamdaki yoğunluğuna veya türüne göre zar üzerinden madde taşınmasını dört farklı şekilde gerçekleştirir.

    Hücre zarından madde geçişi

    - Pasif Taşıma
    -Difüzyon
    - Kolaylaştırılmış Difüzyon
    -Osmoz
    - Plazmoliz
    - Deplazmoliz
    - Diyaliz
    - Aktif taşıma
    - Endositoz
    -Fagositoz
    - Pinositoz
    - Ekzositoz

    1.Pasif taşıma
    Maddelerin enerji harcamadan , yoğunluk farkından dolayı hücre zarındaki porlardan veya fosfolipit tabakadan doğrudan geçmesidir. Hücrelerde pasif taşıma üç şekilde görülür:

    Difüzyon

    Difüzyon, bir maddenin konsantrasyonunun yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere doğru hareketine denir. Örneğin bir kokunun bütün odaya yayılması veya bir damla mürekkebin bir bardak suya atılınca bütün bardağı boyaması gibi. Aynı kural hücre için de geçerlidir. Örneğin sitoplazmada glikoz sürekli olarak tüketilmekte ve artık maddelerin yoğunluğu artmaktadır.Dış ortamda glikoz arttığında ,iç ve dış ortam arasındaki yoğunluk farkı glikozun enerji veya eksi yöndeki bir değişiklik difüzyonu yeniden başlatır.

    Por içinden difüzyonla taşınacak maddenin porlardan geçecek kadar küçük olması ve suda çözünebilir olması gerekir.Büyük moleküller pordan geçemezler. Örneğin glikoz difüzyonla taşınırken ,nişasta taşınamaz. Por sayısının fazla olması difüzyon hızını artırır. Yağda çözülen maddelerin difüzyonla taşınması için büyüklük sınırı veya por kullanma gereği yoktur. Hücre zarı lipit(yağ)yapısında olduğundan , bu maddeler herhangi bir yerinden geçebilirler.
    Kolaylaştırılmış Difüzyon

    Su ve yağda erimeyen maddelerin (klor iyonları) ve glikoz ,galaktoz ,fruktoz gibi şekerlerin zardan geçişi , kolaylaştırılmış difüzyon denilen pasif bir yolla olur.

    Taşınacak madde zarda bulunan taşıyıcı proteinle birleşir. Madde , birleştiği taşıyıcı proteinle “sustrat-enzim”gibi yüzey uygunluğu gösterir(Taşıyıcı protein taşınacak maddelerin yapısına göre şeklini değiştirir.).Madde geçişi gerçekleştikten sonra taşıyıcı protein tekrar önceki şeklini alır. Geçişme yüksek konsantrasyonlu ortamdan düşük konsantrasyonlu ortama doğru olur. Por sayısındaki artış kolaylaştırılmış difüzyonu hızlandırır.

    Kolaylaştırılmış difüzyon,taşıyıcı sistemden ötürü aktif taşımaya benzerse de ikisi arasındaki en büyük fark ; difüzyonda enerji kullanılmaması ve yüksek konsantrasyondan düşük konsantarasyona doğru olmasıdır.

    Osmoz

    Osmozu tanımlamadan önce yoğunluk kavramını iyi bilmek gerekir. Bir maddenin yoğunluğu , birim hacimde bulunan çözücü içindeki madde miktarıdır. Çözünenin çok olması durumunda ortam çok yoğun ,az olması durumunda ise az yoğun olur. Ortamın yoğunluğu çözücü miktarı ile ters orantılıdır. Yani çok yoğun ortamdaki çözücünün oranı, az yoğun ortamdaki çözücü oranından düşüktür.

    Nişasta porlardan geçemeyecek kadar büyük olduğundan , su molekülleri nişastanın çok, suyun az olduğu ortama doğru geçer. A kolundaki toplam hacim B koluna göre daha fazladır. Buna göre suyun , yarı geçirgen bir zar üzerinde çok olduğu ortamdan az olduğu ortama doğru geçişine osmoz denir.

    Bu olayı canlılarda görmek de mümkündür. Canlılarda , kapalı ortam, hücre zarıyla sınırlandırılmış olan sitoplazmadır. Sitoplazma içerisindeki organik asitler , şekerler, organik ve inorganik tuzlar gibi maddeler bulunur(bu maddelerin potansiyel değerine osmotik değer denir.)Sitoplazma ve dış ortamın yoğunluğuna göre her iki ortam arasında su geçişi olur.

    Osmoz sonucu iki değişik olay gözlenir:

    *Plazmoliz:Hücre kendisinden yoğun (hipertonik)bir ortama konduğunda , yoğun ortama su vererek zarın her iki tarafındaki yoğunluğu dengelemek ister. Dolayısıyla su kaybederek büzülmesine plazmoliz denir .Bitki hücreleri hayvan hücrelerine göre daha yavaş su kaybederler(hücre çeperi bulundurdukları için).Deniz suyu içildiğinde dokular su kaybederek ölür. Bunun sebebi deniz suyundaki tuzun dokulardakine oranla çok fazla olmasıdır.

    *Deplazmoliz:Hücrenin ortamdan su alarak şişmesine deplazmoliz denir. Hücre kendisinden daha az yuğun(hipertonik)bir ortama konursa , ortamdan hücreye su girişi olur.

    Osmotik kuvvetler

    Plazmoliz ve deplazmoliz esnasında osmotik basınç ve turgor basıncı ortaya çıkar.

    * Osmotik Basınç:Hücre içindeki maddelerin yoğunluğundan dolayı sıvıların hücreye girerken zara dıştan basınç şeklinde tanımlanır. Osmotik basıncı oluşturan maddeler çeşitli şekerler , organik asitler , organik ve inorganik tuzlardır. Dolayısıyla hücre içinde bu maddelerin yoğunluğuyla hücrenin osmotik basıncı doğru orantılıdır. Deplamolizden önce hücrenin osmotik basıncı yüksek olup , su hücre içine girer.

    Örneğin bitkinin köklerindeki emici tüylerde osmotik basınç yüksek olduğundan su topraktan kök hücrelerine geçer. Osmotik basınç atmsofer birimiyle ifade edilir.Osmotik basınç , plazmoliz halindeki hücrelerde yüksek deplazmoliz halindeki hücrelerde düşüktür. Hücrenin kendisi ile aynı yoğunluktaki (izotonik) ortama konduğunda osmotik basınç , iç basınçla denge halinde olur.

    * Turgor basıncı:Keplazmoliz esnasında sitoplazma sıvısının zara yaptığı basınçtır (iç basınç). Hayvan hücreleri bu yüksek basınca dayanamaz , parçalanır. Mesela alyuvarlar kendilerinden az yoğun bir ortama konulursa , ortamdan alyuvar hücrelerine su girişi olur. Daha sonra zarları parçalanır, hücre ölür(hemoliz).
    Bitki hücrelerinde selüloz çeper olduğundan turgor basıncından hayvan hücrelerine göre daha az etkilenirler. Ayrıca turgor basıncının bitkilere sağladığı bazı avantajlar vardır. Bu avantajları ;
     



  2. Cevap: Hücre Zarının Yapısı Ve Madde Geçişleri

    *Otsu bitkilerde destekliği

    *stomaların açılıp kapanmasını
    küstüm otu gibi bitkilerde hareketi sağlaması şeklinde sıralayabiliriz.

    Emme basıncı , turgor basıncı arasındaki ilişki

    Emme basıncı hücrenin osmotik basıncının oluşturduğu bir çekici kuvvettir. Diper bir deyişle emme basıncı iç basınca üstün olduğu sürece hücreye su girişini sağlayan bir kuvvettir. Osmotik değer , osmotik basıncı meydana getiren eriyiğin çekim gücüne denir. Böyle bir değer her hücrenin kofulunda gizli olarak bulunur.

    Genel olarak emme basıncı (EB) bir hücre için, hücrenin osmotik değeri (OD) ile iç (turgor) basıncının (TB) arasındaki farka eşittir.
    EB=OD-TB
    c. Diyaliz:

    Diyaliz , çözünmüş maddenin seçici geçirgen zardan difüzyonudur. Örneğin içi glikoz molekülleri ile dolu bir bağırsak saf su içerisine konursa glikoz molekülleri , zardan su içerisine iki tarafta yoğunluk eşit oluncaya kadar geçer.

    Bu prensip , suni böbrek aletinde (diyaliz ) kullanılır. Hastanın her seferinde 500Ml kadar kanı bir diyaliz tüpünden geçirilire .Diyaliz tüpünün dışında ,kanda bulunan ve difüzyon olabilen aynı yoğunlukta maddeleri taşıyan bir sıvı bulunur. Bu sıvı sadece uzaklaştırılacak olan maddeyi taşımamaktadır. Böylece kan gerekli olan maddeler dıştaki sıvıya geçmez. Uzaklaştırılması istenen madde ( üre gibi ) dış sıvıda bu bulunmadığından , bu madde kandan dış sıvıya difüzyonla geçer ve kan bu maddeden temizlenmiş olur.

    Moleküllerin pasif olarak taşınmasını etkileyen faktörler

    Canlı hücrelerde hücre zarının her iki yönünde devamlı bir molekül hareketi gözlenir. Bu moleküller hücre zarından doğrudan veya porlar yardımıyla geçerler . Geçiş türü veya hızı aşağıdaki faktörlere göre değişmektedir.

    * Moleküllerin büyüklüğü:Oksijen , su, iyot, karbondioksit gibi küçük moleküller hücre zarından kolaylıkla geçebilir. Mesela 6 karbonlu glikoz; oksijen , su ve karbondioksitten daha zor geçer.

    * Moleküllerin elektrik yükü:Hücre zarının yapısından dolayı , nötr moleküller iyonlardan daha kolay geçer. Nötr haldeki potasyum (K) iyon haldeki potasyumdan daha lokay geçer.

    * Yağda çözünen maddeler:Hücre zarının yapısında yağ olduğu için yağda çözünen maddeler hücre zarından daha kolay geçebilir. Bu maddelere , yağda eriyen vitaminler (A,D,E,K) örnek olarak verilebilir.

    * Yağı eriten maddeler:Yağı eriten maddeler de hücre zarından kolaylıkla geçebilir. Örnek ;alkol, eter,kloroform ve benzen gibi kimyasal maddeler.

    * Zardaki por sayısı:Hücre zarında por sayısı ne kadar fazla olursa madde çıkışı o kadar hızlı olur.

    * Konsantrasyon farkı:Yüksek konsantrasyonlu ortamdaki moleküllerin birbirine çarpma hızı , düşük konsantrasyonlu ortamlara göre daha hızlıdır. Bu ortamdaki potansiyel enerji , yüksek konsantrasyonlu ortamdan düşük konsantrasyonlu ortama madde geçişini hızlandırır.

    *Molekül ağırlığı: Moleküllerin ağırlıkları ne kadar düşükse difüzyon hızları o kadar yüksektir. Yani maddelerin difüzyon hızları molekül ağırlıkları ile ters orantılıdır. O halde gazların difüzyonu hızlı, sıvılarınki yavaş , katıların difüzyonu ise yok denecek kadar azdır.

    * Sıcaklık:Moleküller sıcak ortamda daha hızlı hareket ederler. Dolayısıyla yüksek sıcaklıkta difüzyon hızlıdır.

    * Hücre zarının deformasyonu:Hücre zarı alkol , eter çeşitli zehirler ve kloroform gibi maddelere karşı aşırı duyarlıdır. Bu maddeler hücre zarına girerken veya çıkarken hücre zarını tahrip ederler.

    2.Aktif taşıma
    Bir maddenin konsantrasyonunun düşük olduğu yerden yüksek olduğu yere doğru , enerji (ATP) harcanarak taşınmasına aktif taşıma denir. Bir başka ifade ile ; aktif taşıma maddelerin yokuş yukarı hareketidir. Aktif taşıma , canlı zarlar üzerinde enzim ve taşıyıcı proteinlerle gerçekleştirilir.

    Aktif taşımada mutlaka enerji harcanır. Enerji yetersizliğinde aktif taşıma duru, pasif taşıma devam eder .Bu durumda bazı maddelerin hücre içi ve hücre dışı yoğunluk farkları ortadan kalkar ve bunun sonucunda hücrede hayatsal faaliyetler durur, yani hücre ölür.

    Aktif taşımada, taşıyıcı proteinler ve enzimler görev aldığı için bu olay ;sıcaklık ve enzimler görev aldığı için bu olay ;sıcaklık ,PH , ve zehir etkisi yapan kimyasal maddelerden etkilenir.

    3.Endositoz
    Pasif ve aktif taşıma ile taşınan moleküller doğrudan hücre zarından veya porlardan geçerken , büyük moleküllerden olan yağ , nişasta , glikojen , protein vs geçemezler. Bu moleküller zarın değişikliğe uğraması ile enerji harcanarak hücre içine alınırlar.

    a. Fagositoz
    Endositozla katı yapıların hücre içine besin kofulu şeklinde alınmasına fagositoz denir. Katı madde yalancı ayak yardımıyla oluşturulan cep içerisine alınır. Daha sonra içeri çekilen besin kofulu lizozomla birleşerek sindirilir.

    b. Pinositoz
    Sıvı maddelerin besin kofulu şeklinde hücreye alınmasına da”pinositoz” denir. Pinositoz olayında , sıvı maddelerin hücre zarına değmeleri sonucunda , sitoplazma içine doğru cep ya da kanal şeklinde yapılar oluşur. Bu yapılardan pinositoz keseleri meydana gelir.

    Fagositoz ve pinositoz genellikle hayvan hücrelerinde görülür.

    4. Ekzositoz
    Daha önce de açıklandığı gibi hücreye endositozla alınan maddeler lizozom enzimleri ile küçük moleküllere parçalanır. Kesecik içerisinde sindirim sonucu oluşan artık maddeler ve dışarı salgılanması gereken bazı metabolik ürünler hücreden dışarıya atılır. Bu olaya ekzositoz denir.