Hücre Zarıdan Madde Geçişi

Hücre zarı seçici geçirgen özelliğinden dolayı, bütün maddelerin girmesini engeller. Seçici geçirgenliğin oluşmasında porlann büyüklüğü, zarın kimyasal yapısı ve geçecek moleküllerin durumu etkili olmaktadır. Bunlar dikkate alındığında şunlar söylenebilir:

* Küçük moleküller büyüklerden daha kolay geçer; Glikoz ve daha küçük moleküller geçebilir, glikozdan büyükler geçemez. H2O, O2, CO2 çok kolay geçen maddelerdendir.
* Nötr moleküller iyonlardan daha kolay geçer; zar üzerinde iyonların geçişini zorlaştıran (+) ve (-) yükler vardır. Yani zar da iyonik yapıdadır.
* Yağı çözen maddeler kolay geçer; Çünkü zarın ara yapısı yağdır. Bu maddeler zarın seçici geçirgenliğini bozarak geçerler (alkol, eter ve kloroform gibi).
* Yağda çözünen maddeler de kolay geçer; Yağda eriyen A, D, E, K vitaminleri böyledir.

Yukarıda belirtilen özelliklerin de etkisiyle maddeler hücreye başlıca dört yolla girip çıkarlar:

Difüzyon

Maddelerin yoğun oldukları ortamdan az yoğun oldukları ortama doğru yayılmalarıdır. Difüzyon için moleküllerin hareketli olması gerekir.

Mürekkebin suda, kolonyanın havada, şekerin çay içinde, O2 ve CO2 nin suda dağılmaları birer difüzyondur. Difüzyon iki ortamın yoğunlukları eşit oluncaya kadar devam eder. Canlı ve cansız zarlar, zar olmayan ortamlarda gerçekleşir. 0°C ve daha düşük sıcaklıkta difüzyon durur. Hücreler bu yolla porlarından geçebilen maddeleri alır ve verirler. Difüzyon hızına konsantrasyon farkı, sıcaklık ve molekül büyüklüğü etkilidir.

Osmoz

Su için özel bir geçiş şeklidir. Yarı geçirgen bir zar aracılığı ile, bir ortamdan diğer ortama su geçişine denir. Su oranı fazla olan ortamdan, su oranı az olan ortama su geçişi olur. Kısaca suyun difüzyonuna osmoz denir.

Hücreler, osmozla su alış verişi yaparlar. Böylece hücre içi su konsantrasyonlarını belli oranda tutarlar. Hücrenin osmozla ilgili üç değişik durumu vardır:

a) Plazmoliz: Hücreler, kendilerinden daha yoğun bir çözelti ortamında kalır veya böyle bir ortama konulursa su vererek büzülürler. Buna "plazmoliz" denir. Tatlı sularda yaşayan Paramesyum, Amip gibi canlılar tuzlu suya koyulurlarsa plazmoliz olurlar. Çünkü tuzlu su daha yoğundur.

Hücrenin su oranındaki bozulma hayatsal olaylarını aksatarak ölümüne sebep olabilir. Sebzelerin tuzlanınca sulanması plazmolizden dolayıdır.

b) Deplazmoliz: Plazmolize uğramış hücrelerin kendilerinden daha az yoğun ortamda su alarak şişmelerine denir.

Tohumların çimlenirken ortamdan su almaları, emici tüylerin toprak suyunu emmesi, ince bağırsaktaki fazla suyun kana geçmesi birer deplazmoliz örneğidir.

c) Turgor: Hücrelerin saf (arı) suya koyulduklarında gereğinden fazla su alarak gerginleşmelerine denir. Hayvan hücreleri turgor sonucu patlıyabilirler. Alyuvarların bu şekilde patlamalarına hemoliz denir.

Bitki hücrelerinde selüloz çeper bulunduğundan turgor basıncı hücreyi parçalayamaz. Aksine turgor basıncı taze dal uçlarında ve otsu bitkilerde dikliği sağlar. Küstüm otundaki hareket de turgor basıncından kaynaklanmaktadır.

Sonuç olarak difüzyon ve osmoz hem canlı, hem de cansız hücreler için geçerlidir. Her iki ortam yoğunluğu eşitleninceye kadar geçiş olur. Geçecek moleküller porlardan sığabilen küçük moleküllerdir. Bu iki olay hücrenin müdahelesi olmadan gerçekleştiğinden enerji harcanmaz. Bunun için difüzyon ve osmoz pasif taşıma kabul edilir.

Aktif Taşıma

Difüzyon ve osmoz yoluyla hücre, bulunduğu ortamdan istediği kadar madde alamaz ya da içindeki maddelerin çoğunluğunu dışarı atamaz. Çünkü ortam yoğunlukları eşitlenince geçiş durur. Bunun için hücreler enerji harcayarak, eşit yoğunluklu ya da az yoğun ortamlardan madde alırlar veya içlerindeki bazı maddeleri çok yoğun ortamlara verebilirler. Buna "aktif taşıma" denir. Harcanan enerji ATP'dir. Olay da enzimlerde kullanılır. Bu olay zarın canlılığını ispatlar.

Aktif taşıma sayesinde hücreler iç ortamlarında dış ortamdan çok fazla oranda madde bulundurabilmektedirler. Suda yaşayan Nitella bitkisinde ve hayvanların birçok dokusunda hücreler bulundukları sıvı ortama göre daha fazla K (potasyum) daha az Na (sodyum) bulundururlar. Aktif taşımayla en çok iyonlar ve porlardan sığabilen küçük moleküller taşınır.

Aktif taşımaya en güzel örnek Sodyum-Potasyum pompası'dır. Aktif taşıma sayesinde hücrelerin iç kısımlarında yüksek oranda K, dış kısımlarında ise yüksek oranda Na bulunur. Sinir hücrelerinin zarlarında İmpuls uyartıların (impuls) iletilmesi de aktif taşıma ile olmaktadır (Na+ ve Cl" iyonları yer değiştirerek).

Endositoz ve Ekzositoz

Difüzyon ve aktif taşıma ile porlardan sığabilen maddeler geçebilmektedir. Oysa hücreler büyük moleküllü maddelere de ihtiyaç duymakta veya böyle molekülleri dışarı atmak zorundadırlar. Bu şekildeki büyük moleküllü maddeler hücre zarında oluşan bir kesecikle hücreye alınır endositoz veya hücreden salgılanarak atılır (ekzosi-toz). Sıvı maddelerin alınmasında hücre pasiftir. Buna pinositoz denir. Katı maddelerin alınmasında ise hücre daha aktiftir. Yalancı ayaklar çıkararak maddelerin etrafını sarar. En çok tek hücrelilerde ve akyuvarlarda görülen bu olaya da fagositoz denir.

Her iki olay da daha çok hayvan hücrelerinde görülür. Bitkilerde hücre çeperi bunu engeller. Hücreye alınan bu büyük maddeler lisozomlardaki hücre içi sindirim enzimleriyle parçalanır.

Hücreye endositozla alınan büyük moleküllü besinler lizozom tarafından sindirilir ve sindirim ürünleri sitoplazmaya dağılır. Kalan artıklar ise boşaltım kofulu halinde dışarı atılır.

Ekzositoz: Hücre içerisinde oluşturulan enzim, hormon, çeşitli proteinler, bitkilerde reçine ve eterik yağlar, hayvanlarda mukus ve diğer büyük moleküllü salgı maddelerinin golgi organcığı yardımıyla, küçük kesecikler halinde dışarı atılmalarına denir. Salgı hücrelerinde daha çok oranda gerçekleştirilir.

Aynı şekilde hücre içi sindirim artıkları da boşaltım kofulları ile zardan dışarı atılır. Bitkilerde salgı maddeleri çeperdeki geçitlerden geçebilecek büyüklüktedirler.

Endositoz ile hücre zarının yüzey alanı azalırken ekzositozla hücre yüzeyi artar. Hem endositoz hem de ekzositozda canlı zar görev yapar ve enerji harcanır.