9. SINIF BİYOLOJİ · ÜNİTE 24 · HÜCRE ZARI VE MADDE GEÇİŞLERİ

Okulunuzun güvenlik görevlileri veya nöbetçi öğretmenleri, okula girmek isteyenleri kontrol ederek yalnızca belirli kişilerin (okul öğrencileri ve personeli) içeri girmesine izin verir. Hücre zarı da yalnızca belirli maddelerin geçişine izin verdiği için bu durum hücre zarının seçici geçirgenliği ile benzerlik gösterir. Teneffüs zili çaldığında öğrencilerin kalabalık koridor alanlarından okul bahçesine doğru koşması basit difüzyona benzetilebilir.

İkinci benzetme aslında difüzyonun tanımını da veriyor: kalabalık (yoğun) yerden boş (az yoğun) yere, üstelik kimse itmeden.

Hücre zarı; hücreyi çevreleyen, koruyan, hücreye yapısal destek sağlayan ve hücre içindeki maddelerin dengesini sağlayan temel hücre bileşenidir. Çift katlı lipit tabakasından oluşan hücre zarı, suyu sevmeyen özelliklerinden dolayı maddelerin geçişine önemli sınırlandırmalar getirir.

Genel olarak küçük, yüksüz moleküller ile yağ yapılı ya da yağda çözünen maddeler zardan kolaylıkla geçer fakat büyük, yüklü veya suda çözünen maddelerin zardan geçişi için yardımcı yapılara ihtiyaç vardır. Bu yapılar zarın içine konumlanan, iç ve dış yüzeyi ile temas hâlinde olan taşıma ve kanal proteinleridir.

Ünite 22’den hatırla: zarın ortasında fosfolipitlerin apolar kuyrukları vardır. “Suyu sevmeyen” tabaka odur — bu yüzden suda çözünen ve yüklü maddeler oradan kendi başlarına geçemez.

Hücrelerde enerji üretimi ve yapısal bileşenlerin sentezi için gerekli moleküller dışarıdan alınır. Hücre zarı, besin maddelerinin hücre içine alınmasını düzenler. Metabolik süreçler sonucunda oluşan atık ürünlerin hücreden dışarı atılmasını sağlayarak hücrenin iç dengesini korur. Beslenme ve atık yönetiminin yanı sıra hücrelerde iletişimin sağlanması ve iç ortamın düzenlenmesi gibi önemli görevleri de yerine getirir.

Düğmelerle molekülü seç; şema onun zardan nasıl geçtiğini gösterir. A, D, E, K vitaminleri ile B ve C vitamini arasındaki farka özellikle dikkat et — ikisi yan yana verilir.

Hücre zarından madde geçişleri, süreçte enerji gerektirmeyen (pasif) ve enerji gerektiren (aktif) taşıma şeklinde ikiye ayrılır.

Pasif taşıma, maddelerin hareket etmek için enerjiye ihtiyaç duymadığı geçiş türüdür. Maddelerin doğal eğilimi yoğun miktarda bulundukları noktadan daha az miktarda bulundukları noktaya gitme yönündedir. Pasif taşımada küçük moleküllerin hareketi hücrenin içinden dışına ya da dışından içine doğru, yoğunluk farkına bağlı olarak çift yönlü gerçekleşir. Bu olay iki ortamın yoğunluğu eşitleninceye kadar devam eder. Yoğunluk eşitlenince sistem dengeye ulaşır ve net madde hareketi görülmez. Enerjiye ihtiyaç duyulmadığı için pasif taşıma, canlı ve cansız ortamlarda gerçekleşir. Pasif taşımanın difüzyon ve ozmoz olmak üzere iki çeşidi bulunur.

Bir ayrıntı: “net madde hareketi görülmez” diyor. Yani moleküller durmaz — hareket etmeye devam eder, ama iki yöne eşit sayıda geçtiği için toplamda bir değişim olmaz.

Moleküllerin yoğun miktarda bulundukları ortamdan az miktarda bulundukları ortama enerji harcamaksızın gerçekleştirdiği geçiş difüzyon (yayılma) olarak tanımlanır. Bu yayılma süreci, sıvı ve gaz gibi çeşitli ortamlarda kendiliğinden gerçekleşir.

“Kendiliğinden” sözcüğü boşuna değil: difüzyonun canlı ortamlarda gerçekleşmesi zorunlu değildir. Bir bardak suya damlatılan boya da difüzyonla yayılır — orada hiç hücre yoktur.

Hücre zarının seçici geçirgenliği, küçük ve yüksüz moleküllerin difüzyon ile hücreye girişine ve hücreden çıkışına izin verir fakat nispeten büyük ve yüklü moleküllerin biyolojik zarlardan geçişini sınırlandırır. Hücre zarından madde geçişi, molekülün yağda çözünürlük özelliği ile doğrudan ilişkilidir. Yağda çözünen maddeler (A, D, E, K vitaminleri gibi) hücre zarından difüzyon yoluyla kolaylıkla geçerken suda çözünen maddeler (B ve C vitamini gibi) başka bir yardımcı yapı olmadan hücre zarından geçemez. Yağda çözünmeyen amino asit, glikoz gibi moleküller ve kalsiyum, magnezyum, potasyum, klor gibi yüklü küçük moleküller fosfolipit tabakasından kendi kendine geçemez. Bu ve benzeri moleküllerin hücre zarından difüzyonla geçişlerine bazı taşıyıcı ve kanal proteinleri aracılık eder.

Son iki cümlede aslında difüzyonun ikinci hâli anlatılıyor. Sınavda bu ikisi şu adlarla geçer:

Basit difüzyon: molekül fosfolipit tabakasından kendi kendine geçer. Küçük, yüksüz ve yağda çözünen maddeler böyle geçer.
Kolaylaştırılmış difüzyon: molekül taşıyıcı ya da kanal proteini aracılığıyla geçer. Glikoz, amino asit ve yüklü iyonlar böyle geçer.

İkisi de pasiftir — ikisinde de ATP harcanmaz. İkinci hâl de “difüzyonla geçiş” diye adlandırıyor ve difüzyonu “enerji harcamaksızın” diye tanımlıyor.

Sınavın en sevdiği tuzak burada: “protein kullanılıyorsa ATP de harcanıyordur” yanlıştır. Proteinin kullanılması tek başına aktiflik göstermez; belirleyici olan yöndür — çoktan aza gidiyorsa pasiftir.

Düğmelerle geçiş türleri arasında geç; zar şeması taneciklerin hangi yöne aktığını canlı olarak gösterir. Aktif taşımada okların ters yöne döndüğüne ve ATP rozetinin belirdiğine dikkat et.

Ozmoz, çözücünün yarı geçirgen bir zardan çözünen madde miktarı az olan bölgeden çözünen madde miktarı çok olan bölgeye hareketidir. Biyolojik sistemlerde çözücü genellikle su olduğu için ozmoz suyun hareketi olarak da bilinir. Ozmozun biyolojik tanımı suyun seçici geçirgen zardan difüzyonudur.

Dikkat edilmesi gereken şey yön: madde çoktan aza giderken, su tam tersine — çözünenin az olduğu yerden çok olduğu yere gider. Aslında çelişki yoktur: su da kendi yoğunluğunun çok olduğu yerden az olduğu yere gitmektedir.

Hücre zarı veya benzeri bir yapı üzerinde madde geçişi gerçekleşirken suda çözünen büyük moleküllerin geçişi kısıtlanır ancak zar, suyun geçişine izin verir. Bunun sonucunda su, az yoğun ortamdan çok yoğun ortama doğru hareket eder. Hücre zarlarından suyun doğrudan geçişi, suyun polar bir molekül olması nedeniyle oldukça sınırlıdır. Canlı hücrelerin zar yapısında bulunan kanal proteinleri, suyun zarlar arasında hızlı hareket etmesini sağlar. Suyun az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçişi (ozmoz) bir süre sonra dengelenir.

Ozmoz cansız yapılarda da görülebilir ve enerji gerektirmez; ama hücrelerde genellikle kanal proteinleri aracılığıyla gerçekleşir.

Denge durumunda başlangıçta madde yoğunluğu fazla olan bölgedeki suyun zara yapmış olduğu kuvvet ozmotik basınç olarak adlandırılır. Çözünmüş maddeler nedeniyle bir çözeltinin su alma isteği (ozmotik potansiyel) arttıkça ozmoz olayının gerçekleşmesi için gerekli güç miktarı da artar. Bu emiş gücü ozmotik basınca eşittir.

Kısaca: çözeltide ne kadar çok çözünmüş madde varsa, su çekme gücü o kadar yüksektir.

Kaydırakla dış ortamın çözünmüş madde yoğunluğunu değiştir. Solda hayvan, sağda bitki hücresi. Aynı ortamda ikisinin farklı davrandığına dikkat et — fark hücre duvarından gelir.

İZOTONİK — “Hücre içindeki sıvı kısmın madde konsantrasyonu ile eş içeriğe sahip çözeltiler izotonik çözelti olarak adlandırılır. İzotonik çözelti içerisine koyulan bir hücrenin içindeki ve dışındaki çözücü konsantrasyonları dengede olduğu için hücreye net su geçişi olmaz. İzotonik çözeltiler, özellikle tıbbi uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Örneğin insan vücudundaki kan plazması yaklaşık %0,9 sodyum klorür (tuz) içeren bir izotonik çözeltiye sahiptir. Bu nedenle hastalara damar yoluyla verilen serumlar genellikle %0,9 tuz çözeltisi (fizyolojik serum) içerir.”

HİPERTONİK — “Çözünmüş madde yoğunluğu hücre sitoplazması yoğunluğundan fazla olan çözeltilere hipertonik çözelti denir. Hipertonik çözelti içine koyulan bir hücrede suyun geçiş yönü su oranı az olan (hipertonik) çözeltiye doğrudur. Bu nedenle hipertonik bir ortamda bulunan hücrelerde su çıkışı gerçekleşir. Hücrenin bu şekilde su kaybetmesine plazmoliz adı verilir ve bu su kaybı hücrenin büzüşmesine neden olur.”

HİPOTONİK — “Hücre sitoplazmasına kıyasla çözünmüş madde yoğunluğu az olan çözeltilere hipotonik çözelti adı verilir. Plazmolize uğramış bir hücre hipotonik bir çözeltiye koyulduğunda dış ortamdan su alarak eski durumuna döner. Bu olaya deplazmoliz denir. Normal bir hücre hipotonik bir çözeltiye konduğunda ise su alarak şişer (turgor) ve hücrenin hacmi artar. Artan hücre sitoplazması da hücre çeperine içeriden basınç uygular. Bu basınç turgor basıncı olarak nitelendirilir. Hayvan hücrelerinde hücre duvarı bulunmadığından turgor basıncının artmasıyla hücreler patlayabilir. Bitki hücrelerinde turgor basıncı yaprakların parlak ve canlı görünmesini sağlar.”

İkisi de hipotonik ortamda su alma demektir; ayrım hücrenin başlangıç durumundadır:

Deplazmoliz: plazmolize uğramış (büzüşmüş) bir hücre su alarak eski durumuna döner.
Turgor: normal bir hücre su alarak şişer ve hacmi artar.

Yani deplazmoliz bir geri dönüştür, turgor bir ileri gidiştir. Sınavda soru kökündeki “büzüşmüş hücre” ya da “normal hücre” ifadesi cevabı doğrudan belirler.

İki bilgi ayrı ayrı verilir: izotonik çözeltide net su geçişi olmaz ve kan plazması yaklaşık %0,9 sodyum klorür içerir. İkisi birleşince serumun neden %0,9 olduğu çıkıyor: kanla izotonik olsun, alyuvarlara ne su girsin ne de su çıksın diye.

Daha derişik bir çözelti verilseydi ortam hipertonik olur, alyuvarlar su kaybedip büzüşürdü. Saf su verilseydi ortam hipotonik olur, alyuvarlar şişip patlardı — çünkü hayvan hücrelerinde hücre duvarı yoktur.

Bilgi kartlarının tamamı. Arama kutusuna ATP, cansız, çift yönlü, kütlesel gibi bir kelime yaz.

Difüzyon ve ozmoz, maddelerin hücre içine veya dışına geçişini enerji harcamadan sağlayan ve hücre zarının iki tarafındaki yoğunluk farkı nedeniyle doğal olarak devam eden süreçlerdir. Ancak hücrelerin yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmesi için bazen maddelerin düşük yoğunluklu bölgeden yüksek yoğunluklu bölgeye taşınması gerekir. Aktif taşıma olarak adlandırılan bu süreçte enerji kullanılır. Aktif taşımada hücre zarına yerleşik protein yapılı bir pompa, ATP molekülünde depolanan enerjiyi moleküllerin konsantrasyon farkına karşı taşınması için kullanır.

Aktif taşımada hem ATP harcandığı hem de enzim gibi çalışan protein yapılı pompalar kullanıldığı için süreç sadece canlı hücrelerde gerçekleşir.

Son cümle önemli bir ayrım kuruyor: pasif taşıma canlı ve cansız ortamlarda olurken, aktif taşıma yalnız canlı hücrelerde gerçekleşir.

Sinir sisteminden gelen bilgilerin iletimi, bağırsak epitelinden besin moleküllerinin emilimi, böbrekten süzülen yararlı moleküllerin kan dolaşımına geri emilimi gibi olaylar aktif taşımayla gerçekleşir.

Sinir hücrelerinin çalışması (sodyum-potasyum) ve mide asitliğinin oluşturulması (hidrojen) için bu hücrelerdeki iyon pompalarının sürekli olarak çalışması gereklidir. Dinlenme hâlinde insan vücudunun harcadığı enerjinin önemli bir bölümü, bu pompaların çalıştırılması ve aktif taşıma süreçleri için kullanılır.

Bu son cümle şaşırtıcı ama doğrudur: hiçbir şey yapmadan otururken bile vücudunun harcadığı enerjinin önemli bir kısmı hücre zarlarındaki pompaları çalıştırmaya gider.

Kaydırakla ATP miktarını değiştir. ATP azaldıkça pompa yavaşlar ve durur; taşıma da durur. Yanındaki difüzyon şeması ise ATP’den etkilenmez — aradaki fark bütün ünitenin özetidir.

Her satır bir geçiş yolu, her sütun bir nitelik. Hücreye tıkladıkça boş → ✓ → ✗ diye döner. Bu, bilgi kartlarında verilen niteliklerin aynısıdır.

Hücreler için gerekli bazı moleküller, hücre zarından pasif ya da aktif taşıma yöntemleriyle taşınamayacak (geçemeyecek) kadar büyüktür. Bu durumda moleküller ve çok daha büyük yapılar endositoz ve ekzositoz adı verilen mekanizmalar aracılığıyla taşınır.

Endositoz, hücre zarından ve kanal proteinlerinden geçemeyecek kadar büyük olan maddelerin hücre zarında içeri doğru oluşan cepler yardımıyla hücre içine alınmasıdır. Maddelerin taşınım yönü yoğunluk farkına bağlı değildir. Enzimlerin kullanıldığı bu olay sırasında ATP harcanır. Endositoz sırasında hücre zarının bir kısmı, içeri alınan maddeyi çevreleyip hücre içerisine girdiği için hücre zarının yüzey alanı küçülür. Bitki hücresi gibi hücre duvarı bulunan canlılarda endositoz gerçekleşmez. Tek hücreli protistlerden amipin beslenmesi de endositoz yoluyla gerçekleşir.

Ekzositoz, hücrelerin kanal proteinlerinin içinden geçemeyecek kadar büyük molekülleri hücre dışına çıkarmak için kullandıkları taşıma mekanizmasıdır. Bu süreç, hücre zarı ile veziküllerin (kesecik) birleşmesini ve içeriklerinin hücre dışına salınmasını kapsar. Hücrede üretilen proteinlerin hücre dışına salgılanması, protein yapılı hormonların kana verilmesi, hücresel atıkların uzaklaştırılması gibi süreçlerde kullanılır. Ekzositoz sürecinde maddelerin dışarı atılmasında görev alan zarlı yapı hücre zarıyla birleştiği için hücre zarının yüzeyi büyür.

23. üniteden hatırla: salgı kofulu, Golgi’de üretilen salgıları ekzositozla hücre dışına verir. Aynı sürecin iki üniteden anlatımı budur.

Düğmelerle iki süreç arasında geç. Sağdaki ölçüt çubuğu zarın yüzey alanının ne olduğunu gösterir: endositozda küçülür, ekzositozda büyür.

İki etki ayrı ayrı verilir: endositozda zarın yüzey alanı küçülür, ekzositozda büyür. Yan yana koyunca zorunlu bir sonuç çıkıyor: sürekli endositoz yapan bir hücre kendi zarını tüketirdi. Bu yüzden iki süreç hücrede birlikte yürür.

Amip örneği tam da bunu gösterir: görselinde amip endositozla besin alır ve ekzositozla sindirim ürünlerini uzaklaştırır.

Açıkça yazılıdır: “Bitki hücresi gibi hücre duvarı bulunan canlılarda endositoz gerçekleşmez.”

Sebebi 22. üniteden geliyor: endositoz, hücre zarının içeri doğru boğumlanmasını gerektirir. Zarın dışında sert bir hücre duvarı varsa zar bu şekilde çökemez.

Aynı sebeple bitki hücresinde lizozom da bulunmaz (23. ünite) — hücre içine büyük partikül almadığı için onları sindirecek bir keseciğe de ihtiyacı yoktur.

Sorular ve şıklar her turda karışır.

Sonuç olarak hücre zarından madde geçişleri, hücrelerin iç ve dış ortamlarının dengesini korumak için özelleşen farklı mekanizmalar ile gerçekleşir. Enerji kullanılmayan difüzyon ve ozmoz gibi süreçlerde maddeler yoğunluk farkına bağlı olarak taşınır fakat enerji kullanılan geçişlerde maddelerin konsantrasyon farkına rağmen taşınma gerçekleşir.