Hücre Zarı ve Madde Alışverişi

Hücre zarı; hücrenin dış kısmında bulunan, molekülleri özelliklerine göre hücre içine alan veya dışarı bırakan seçici geçirgen katmandır (Seçici geçirgenlik, hücre zarının bazı maddeleri hücre alıp bazılarını almamasıdır). Hücre zarı karbonhidrat, protein ve yağlardan oluşur. Saydam ve esnek bir yapıdadır. Oransal olarak hemen hemen her hücrenin %65’i protein, %33’ü lipit (yağ), %2’si ise karbonhidrattan oluşmaktadır.

Bitki hücrelerinde zardan başka bir de hücre duvarı (çeperi) vardır. Hücre duvarı cansız olup selülozdan yapılmıştır. Hayvansal hücrelerde hücre duvarı yoktur.

Hücre zarı; hücre canlılığının ve özgün hücre işlevlerinin sürekliliğini mümkün kılan çok önemli bazı fonksiyonları yerine getirir ki, bunları kabaca şöyle sıralamak mümkündür:

• Hücre içi ortamın özgün bileşimini (sitoplazmayı) hücre dışı ortamdan ayırmak
• Hücre içi ile hücre dışı ortamlar arasında seçici bir şekilde madde alışverişini sağlayarak hücrenin atıklarını hücre dışı ortama vermek, hücre dışından hücreye gerekli maddeleri almak
• Komşu hücrelerle iletişimi ve madde alışverişini sağlamak

Akıcı Mozaik Zar Modeli

Günümüzde kabul edilen zar modeli “Akıcı Mozaik Zar Modeli”dir. Bu teoriye göre; hücre zarı, iki sıra yağ tabakasıyla bu tabakalarda yüzen farklı büyüklük ve yapıdaki proteinlerden oluşur.

Hücre zarına karbonhidratlar doğrudan bağlanamaz; protein ve lipitlerle birleşik yaparak bağlanabilir. Protein ve glikozdan oluşan yapıya glikoprotein, yağ ve glikozdan oluşan yapıya glikolipit denir. Glikolipit ve glikoproteinler hücre zarının dışarıdaki maddeleri tanımasını sağlar. Bu sayede hücre zarları seçiçi geçirgenlik özelliği kazanır. Ayrıca glikoprotein yapılar hücreler arası iletişimi sağlanmasına katkıda bulunur. Alkol, kloroform ve eter gibi maddeler hücrelerin seçici geçirgen yapılarını bozabilir.

Gliko-Proteinlerin Görevleri

Gliko-proteinlerin görevleri şu şekilde özetlenebilir;

• Hücreye girecek olan maddeleri tanır ve hücreye seçici özellik kazandırır.
• Bazı gliko-proteinler, virüs reseptörü olarak görev yapar.
• Alyuvarların zarında bulunan bazı gliko-proteinler kan grubunu belirler.
• Komşu hücrelerin birbirini tanımasını sağlar. Bu özellik doku nakillerinde önem arz eder.

Aynı zamanda hücre zarındaki porlardan (deliklerden) madde alışverişi gerçekleşir. Bu porların etrafında proteinler vardır.

Hücre Zarından Madde Alışverişi

Madde Alış-Verişi: Hücrelerin yaşamlarının devamı bulundukları ortamdan ihtiyaç duydukları maddeleri alması ve bu ortama metabolik artıklarını vermesine bağlıdır. Maddelerin sitoplazmik ortam ile dış ortam arasında alış verişinde hücre zarı engelini aşmak gerekir . Hücre zarları seçici geçirgendir (organel zarları da ( E.R. , Golgi , Lizozom , Mitekondri , Kloroplast vb.) seçici geçirgendir). Bitki, mantar ve bakterilerde ayrıca çeper ve kapsül engeli de bulunur.

Hücre Zarından Geçebilecek Kadar Küçük Moleküllerin Geçişi

Küçük moleküller (glikoz, aminoasit, su, madensel tuzlar), yağda eriyen A, D, E, K vitaminleri, nötr (oksijen ve karbondioksit) moleküller hücre zarından geçebilecek kadar küçük oldukları için bu moleküller hücre zarından geçebilirler.

🔥 NOT: Hücre zarının lipit yapısının çok fazla olması sayesinde yağda çözünen vitaminler suda çözünen vitaminlere göre çok daha hızlı hücreye geçiş yaparlar.

Hücreden geçecek madde zardan geçebilecek boyuttaysa hücreden geçiş 2 şekilde geçebilir. Pasif veya aktif taşımayla.

✍ Karşılaştıma: Aktif ve Pasif Taşıma Karşılaştırması

Pasif Taşıma

Maddelerin enerji harcanmadan yoğunluk farkı sayesinde hücre zarından doğrudan geçmeleridir. Rüzgarsız bir günde odanın camını açtığınızda meydana gelen hava değişimi gibi. Canlı cansız bütün hücreler pasif taşıma yapabilir. Pasif taşıma yukarıdaki tablodan da görebileceğiniz gibi difüzyon ve osmoz olmak üzere 2’ye ayrılır.

Difüzyon

Maddelerin çok  yoğun ortamlardan az yoğun ortamlara kendi kinetik enerjileri ile yayılmalarına denir. Enerji ve enzim kullanılmaz. Sıcaklık ve hareket gibi faktörler difüzyonu hızlandırır. Difüzyon iki ortam arasında yoğunluk farkı ortadan kalkıncaya kadar devam eder.

• Difüzyonla hücre zarından alınabilen maddeler: Su, oksijen, karbondioksit, iyot, etil alkol, glikoz, galaktoz, fruktuz, aminoasit, yağ asiti, gliserol, Na . K gibi iyonlar mineraller.
• Difüzyonla hücre zarından alınamayan maddeler: Proteinler yağlar, disakkaritlar, lipoprotein, polisakkarit, virüs, bakteri, ATP.

📌Diyaliz: Seçilmiş moleküllerin seçici geçirgen zardan difüzyonuna diyaliz denir. Diyaliz, bir çözeltideki çözünmüş belirli maddelerin, seçici geçirgen zarın diğer tarafına konulan farklı bileşime sahip bir çözelti aracılığı ile değiştirilme işlemidir.

Kolaylaştırılmış Difüzyon

Kolaylaştırılmış Difüzyon: Maddeler hücre zarından bir taşıyıcı yardımıyla geçiyorlarsa buna kolaylaştırılmış difüzyon denir. Enzimler kolaylaştırılmış difüzyonda görev alır ancak enerji harcanmaz. Kolaylaştırılmış difüzyon canlı ortamlarda gerçekleşir. Suda çözünen maddeler hücrelere sıklıkla kolaylaştırılmış difüzyon ile girer.

Osmoz

Osmoz, çözücü maddelerin az yoğun ortamdan çok yoğun ortama, seçici geçirgen bir zardan enerji harcanmadan geçişidir. Canlı sistemlerde çözücü madde su olduğu için, biyoloji biliminde osmoz terimi ile kastedilen, suyun az yoğun ortamdan çok yoğun ortama seçici geçirgen bir zardan enerji harcanmadan geçişidir.

🎯 Osmoz olayı aslında suyun difüzyonu olarak özetlenebilir.

Yukarıdaki görselde meydana gelen olay osmoz olayına bir örnektir. Maddece yoğun olan kısım diğer kısma bir emme kuvveti uygular ve emme kuvvetleri eşitleninceye kadar su geçişi devam eder.

🚀 Osmotik basınç, çözünen madde miktarı artıkça artarken; çözücü madde miktarının azalmasıyla azalır.

Hücre içindeki suyun hücre zarına yaptığı basınca turgor basıncı denir. Bitki hücrelerinde bulunan hücre duvarı bitki hücresini turgor basıncından korurken (hayvan hücrelerinde hücre duvarı bulunmadığı için) hayvan hücreleri turgor basıncından dolayı parçalanır. Turgor basıncı bitki hareketlerinin oluşmasında önemli rol oynar.

Osmoz olayı sırasında emme kuvveti önemli rol oynar ve osmoz olayının gerçekleşeceği yönü belirlerken kullanılır. Emme kuvveti osmotik basınç ile turgor basıncı arasındaki fark ile hesaplanır.

Emme Gücü = Osmotik Basınç – Turgor Basıncı

Hücreler farklı yoğunluktaki durumlarda dış ortama farklı tepkiler verir; bu tepkiler plazmoliz, deplazmoliz olarak adlandırılır. Bu tepkilerde turgor basıncı (su alma isteği) ve osmatik basınç (su verme isteği) etkilidir.

• Plazmoliz: Bitki hücresinin kendinden daha yoğun(hipertonik) ortama konulduğunda su kaybederek büzülmesidir. Bu büzülme uzun süre devam ederse bitki hücresi ölür.
• Deplazmoliz: Plazmolize uğramış hücrenin kendinden daha az yoğun (hipotonik) ortama konulduğunda su alarak şişmesidir.

Aktif Taşıma

Enerji harcanarak maddelerin seçici geçirgen zardan az yoğun ortamlardan çok yoğun ortamlara taşınmasına aktif taşıma denir. Aktif taşıma sırasında enerji harcanır. Yani aktif taşıma yapan hücre kesinlikle canlı olmalıdır. Aktif taşımanın hızı sıcaklığa, ph değişimlerine, oksijen miktarına, inhibitörlere duyarlıdır (enzimler görev aldığı için). Aktif taşımada, hücre zarı üzerindeki porlardan geçebilecek büyüklükteki moleküller, taşıyıcı protein ve taşıyıcı enzimler yardımıyla taşınır. Hücre içinden hücre dışına, hücre dışından hücre içine olmak üzere her iki yönde de gerçekleşebilir.

Taşınan madde hücre zarından geçemeyecek kadar büyükse 2 şekilde taşınabilir. Bu taşıma yöntemlerinde sitoplazma ve dış ortamdaki maddenin yoğunluk farkı önemli değildir. Aynı taşıma yöntemleri organel zarlarındada görülebilir.

Büyük Moleküllerin Hücre Zarından Geçişi

Büyük moleküllerin zardan geçişi, taşınma yönüne göre iki şekilde gerçekleşir.

Endositoz

Hücre zarından difüzyonla veya aktif taşımayla geçemeyecek büyüklükteki moleküllerin hücre içine alınış yöntemidir. Endositoz ile içeri alınan madde katıysa fagositoz, sıvı ise pinositoz olarak adlandırılır.

• Fagositoz: Katı moleküllerin hücre içine alınması işlemine denir. Bu olay sırasında alınacak molekül hücre zarına temas ettiğinde ilk olarak yalancı ayaklarla (pseudopodia) etrafı sarılır ve besin kofulu olarak hücre içine alınır. Besin kofulunun lizozom ile kaynaşması sonucu içerideki besin sindirilir ve hücre içine alınır.
• Pinositoz: Sıvı veya sıvıda çözülmüş moleküllerin alınması işlemine denir. Sıvı maddeler yalancı ayaklarla sarılamadığı için bu yöntemle hücre içine alınamaz. Bunun yerine hücre zarında minik cepler oluşturularak madde alınır.

Ekzositoz

Hücre içindeki büyük moleküllerin hücre dışına atılmasını sağlayan taşıma şeklidir. Hücre içindeki moleküllerin sindirilemeyen atıkları koful içinde hücre zarına getirilip koful zarı ve hücre zarının birleşmesi yoluyla atılır. Koful zarı birleşim yerinden açılarak atık maddeleri dışarı atar.

Hücre Zarının Farklılaşması

Hücre zarı farklılaşarak mikrovillus, mezozom ve yalancı ayak denilen özel yapıları oluşturur. Bu özel yapılar hücrenin görevini yerine getirmesine katkı sağlar.

• Mikrovilluslar: Hücre zarının dışarıya doğru oluşturduğu uzantıdır. Özellikle emme görevi fazla olan hücrelerde, örneğin bağırsak epitelinde, hücre dış yüzeyini (emilim alanını) artırmak için oluşturulur.
• Yalancı Ayak: Amip, akyuvar ve cıvık mantar hücrelerinde besin bulma ve yer değiştirme için hücre zarının oluşturduğu geçici uzantılara yalancı ayak denir.
• Mezozom: Bakterilerde mitokondri görevi gören zar kıvrımlara Mesozom denir. Mezozomda solunum enzimleri bulunur.