Hücre Zarından Madde Geçişleri

Hücrelerin yaşamlarını sürdürebilmeleri için sürekli olarak madde alışverişi yapmaları şarttır. Bu alışveriş sayesinde metabolik faaliyetler için gerekli maddeler hücreye alınır ve atık maddeler dışarı atılır.

Madde geçişleri taşınan moleküllerin büyüklüğüne göre ikiye ayrılır. Küçük moleküllerin geçişi pasif taşıma yoluyla gerçekleşirken, büyük moleküllerin geçişi aktif taşıma ile olur.

Pasif taşıma, ATP harcanmadan gerçekleşen ve çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru olan bir geçiştir. Basit difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon ve ozmoz olmak üzere üç çeşidi vardır. Hem canlı hem de cansız hücrelerde görülebilir.

Dikkat! Pasif taşımada hücre enerji harcamaz, moleküller kendi kinetik enerjileriyle hareket eder. Sıcaklık arttıkça ve hareket olduğunda difüzyon hızlanır.

Aktif taşıma ise ATP harcanarak gerçekleşen ve sadece canlı hücrelerde görülen bir geçiş şeklidir. Endositoz (fagositoz ve pinositoz) ve egzositoz olarak ikiye ayrılır.

Pasif Taşıma Türleri

Pasif taşıma, difüzyon ve ozmoz olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleşir. Bu geçişlerde hücre enerji harcamaz.

Difüzyon, maddelerin yoğun oldukları yerden az yoğun oldukları yere doğru kendi kinetik enerjileriyle geçişidir. Hem canlı hem de cansız ortamlarda gerçekleşebilir ve zar olması şart değildir.

Basit difüzyon ile yağda çözünen moleküller (O₂, CO₂, yağ asitleri, steroid hormonlar ve yağda çözünen vitaminler) ve küçük moleküller (su, üre, gliserol) fosfolipit tabakadan doğrudan geçer. Taşıyıcı proteinler kullanılmaz.

Kolaylaştırılmış difüzyon, suda çözünen bazı maddelerin (glikoz, amino asitler, iyonlar) taşıyıcı proteinler yardımıyla hücre zarından geçişidir. Böylece difüzyon hızlı gerçekleşir. Enerji harcanmaz, enzim kullanılmaz.

Önemli! Kolaylaştırılmış difüzyonda belli bir eşik değerinden sonra difüzyon hızı artmaz, sabit kalır. Basit difüzyonda ise madde konsantrasyonu arttıkça difüzyon hızı da sürekli artar.

Difüzyon ve Ozmoz

Difüzyon hızını etkileyen faktörler vardır: Molekül büyüklüğü ve ağırlığı arttıkça difüzyon hızı azalır. Sıcaklık, difüzyon yüzeyi genişliği, yoğunluk farkı ve por sayısı arttıkça difüzyon hızı artar.

Ozmoz, suyun yarı geçirgen bir zar üzerinden çok olduğu ortamdan az olduğu ortama doğru geçişidir. Ozmoz, suyun özel bir difüzyonudur ve zar varlığında gerçekleşir.

Hücrelerin bulunduğu ortam üç farklı şekilde olabilir:

1. İzotonik ortam: Hücre içi ve dışı aynı yoğunluktadır. Hücre büyüklüğünde değişim olmaz. Serum fizyolojik, kan plazması ve doku sıvıları izotoniktir.

2. Hipertonik ortam: Hücre dışı ortamın yoğunluğu, içe göre fazladır. Hücreden su çıkışı olur.

3. Hipotonik ortam: Hücre dışı ortamın yoğunluğu içe göre azdır. Hücreye su girişi olur.

Bilgin olsun! İzotonik ortamdaki hücrelerde emme kuvveti sıfırdır çünkü osmotik basınç ve turgor basıncı birbirine eşittir. Bu ortamda pasif taşıma gerçekleşmez ama madde alışverişi devam eder.

Osmotik Ortamlar ve Basınçlar

Hipertonik ortam, hücre sitoplazmasından daha yoğun olan çözeltidir. Bu ortamda hücreler su kaybederek büzüşür. Bu büzüşmeye plazmoliz denir. Plazmoliz, turgor basıncını azaltır ve osmotik basıncı artırır.

Hipotonik ortam, hücre sitoplazmasından daha az yoğun olan çözeltidir. Bu ortamda hücreler su alarak şişer. Saf su, hipotonik ortama örnektir. Plazmolize uğramış bir hücre saf suya konursa su alarak eski haline döner. Bu olaya deplazmoliz denir.

Osmozla ilgili üç önemli kavram vardır:

1. Emme Kuvveti: Hücrenin su çekme gücüdür. Emme kuvveti = Osmotik basınç - Turgor basıncı

2. Turgor Basıncı: Su alan bir hücrede, içindeki suyun hücre zarına yaptığı basınçtır. Bitkilerin dik durmasını sağlar, stomaların açılıp kapanmasında rol oynar.

3. Osmotik Basınç: Hücre içindeki çözünmüş maddelerin oluşturduğu su emme kuvvetidir. Çözünmüş madde miktarı arttıkça osmotik basınç artar.

Unutma! Hayvan hücresi hipotonik ortamda uzun süre kalırsa, artan iç basınca dayanamaz ve patlar (hemoliz). Bitki hücrelerinde ise çeper olduğundan hemoliz görülmez.

Osmotik Basınç ve Turgor Basıncı

Turgor Basıncı, bitki hücrelerinin su alarak şişmesi sonucu hücre içindeki suyun hücre zarına yaptığı basınçtır. Bu basınç sayesinde otsu bitkiler dik durabilir ve canlı görünür. Ayrıca stomaların açılıp kapanmasını ve küstüm otu gibi bitkilerde nasti hareketlerinin gerçekleşmesini sağlar.

Bitki hücresi hipotonik ortamda uzun süre kalırsa, alınan su etkisiyle turgor basıncı artar ve hücre zarı çepere yaklaşır. Hayvan hücresinde ise çeper olmadığından bu durumda hücre patlar (hemoliz).

Osmotik Basınç, hücre içindeki çözünmüş maddelerin oluşturduğu su emme kuvvetidir. Su molekülleri her zaman osmotik basıncın yüksek olduğu tarafa doğru hareket eder. Hücre içindeki çözünmüş madde miktarı arttıkça veya hücre su kaybettikçe osmotik basınç artar.

Osmotik basınç ve turgor basıncı arasında ters orantı vardır:

• Hücrede çözünen madde miktarı arttıkça osmotik basınç artar, turgor basıncı azalır
• Hücre su aldıkça turgor basıncı artar, osmotik basınç düşer

Haydi düşünelim: Turgor basıncı yüksek olan bir bitkinin suya ihtiyacı var mıdır? Neden?

Aktif Taşıma ve Endositoz

Aktif taşıma, canlı hücrelerde enerji harcanarak, küçük moleküllerin az olduğu ortamdan çok olduğu ortama taşınmasıdır. Bu taşımada ATP harcanır, enzimler ve taşıyıcı proteinler görev alır.

Aktif taşıma sadece canlı hücrelerde gerçekleşir ve çift taraflı olabilir. Pasif taşımanın aksine, yoğunluk farkı şart değildir ve bu taşıma ile hücre ile ortam arasındaki yoğunluk farkı korunabilir.

Endositoz, hücre zarından geçemeyen büyük moleküllerin koful oluşturularak hücre içine alınmasıdır. Bu işlemde ATP harcanır ve enzimler görev alır. Endositoz sadece canlı hücrelerde görülür ve tek yönlüdür (hücre dışından içine doğru).

Endositozun iki türü vardır:

1. Fagositoz: Bakteri gibi hücrelerin veya büyük katı besin maddelerinin yalancı ayaklar yardımıyla hücre içine alınmasıdır. Amiplerin beslenmesi, akyuvarların mikropları yok etmesi fagositoza örnektir.

2. Pinositoz: Büyük sıvı moleküllerin pinositik cep oluşturularak hücre içine alınmasıdır. Kan yoluyla taşınan hormonların ilgili doku hücreleri tarafından alınması genellikle bu yolla olur.

Uyarı: Bakteri ve mantar hücrelerinde hücre duvarı endositozu engeller!

Eksositoz ve Madde Geçişleri

Eksositoz, hücrelerin koful içindeki büyük maddeleri hücre dışına vermesidir. Bu maddeler atık maddeler olabileceği gibi hücrenin ürettiği özel maddeler de olabilir.

Eksositozda ATP harcanır ve enzimler görev alır. Sadece canlı hücrelerde gerçekleşir. Eksositoz ile enzimler, hormonlar ve reçine gibi maddeler hücre dışına salgılanır.

Eksositoz sırasında zara koful eklenmesi olduğundan hücre zarı yüzeyi genişler. Madde geçişi tek yönlüdür (hücre içinden dışına doğru) ve derişim farkı önemli değildir.

Fagositoz örneği olarak amipin besin alması veya akyuvarların mikropları yok etmesi verilebilir. Büyük katı maddeler, yalancı ayakların oluşturduğu kofullarla hücre içine alınır.

Pinositoz ile büyük sıvı molekülleri, hücre zarının oluşturduğu pinositik cep ile hücre içine alınır. Hormonların hedef hücrelere alınması bu yolla gerçekleşir.

Bilginizi artırın: Endositoz olayı, bitki ve bakteri gibi hücre çeperi taşıyan organizmalarda genellikle görülmez. Ancak eksositoz görülebilir. Örneğin, böcekçil bitkiler sindirim enzimlerini eksositoz ile salgılar.

Madde Geçişlerinin Karşılaştırılması

Madde geçişleri taşınan moleküllerin büyüklüğüne göre temelde ikiye ayrılır:

Küçük moleküller için:

• Pasif taşıma: Enerji harcanmadan, çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru gerçekleşir. Yoğunluk eşitlenene kadar devam eder.
  • Difüzyon: Gazlar ve yağda çözünen maddeler için
  • Kolaylaştırılmış difüzyon: Suda çözünen monomerler için
  • Ozmoz: Suyun geçişi için

Büyük moleküller için:

• Aktif taşıma: ATP harcanarak, az yoğun ortamdan çok yoğun ortama doğru gerçekleşir. Sadece canlı hücrelerde görülür.
• Endositoz: Büyük maddelerin hücre içine alınması (ATP harcanır)
  • Fagositoz: Katı maddelerin alınması
  • Pinositoz: Sıvı maddelerin alınması
• Eksositoz: Büyük maddelerin hücre dışına atılması (ATP harcanır)

Önemli not: Endositozda hücre yüzeyi azalırken, eksositozda artar. Prokaryotik organizmalar koful oluşturamadığı için hem endositoz hem de eksositoz yapamazlar.

Hipotonik ortamda su fazladır, hipertonik ortamda katı madde fazladır, izotonik ortamda ise hücre ile ortam arasında yoğunluk farkı yoktur.