Küçük Moleküllerin Hareketi: Difüzyon ve Ozmoz

Küçük Moleküllerin Hareketi: Difüzyon ve Ozmoz

1. Pasif Taşıma

Küçük boyutlu moleküllerin hücre zarından enerji harcanmadan doğrudan geçmesi ile olan taşımadır.

Pasif Taşımanın Özellikleri

• Küçük boyutlu moleküller taşınır.
• Hem canlı ve hem de cansız ortamlarda gerçekleşebilir.
• ATP enerjisi harcanmaz. Gerekli enerji moleküllerin kendi kinetik enerjilerinden sağlanır.
• Taşıma çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru gerçekleşir.
• Madde geçişi çift yönlü olur. (Hücre içinden hücre dışına doğru ya da hücre dışından hücre içine doğru)
• Moleküller; zarda bulunan fosfolipit tabakasından ya da protein kanallarından geçiş yapar.
• İki taraftaki yoğunluk eşitleninceye kadar madde geçişi devam eder.
• Pasif taşıma; 
  • Basit Difüzyon
  • Kolaylaştırılmış Difüzyon
  • Diyaliz
  • Osmoz olmak üzere gerçekleşir. 

a. Basit Difüzyon

► Küçük moleküller fosfolipit tabakasını kullanarak geçiş yapar.

► İki ortam yoğunluğu eşitleninceye kadar geçiş devam eder.

► ATP enerjisi, zardaki taşıyıcı proteinler ve enzimler kullanılmaz.

► Madde geçişi moleküllerin çok olduğu ortamdan az olduğu ortama doğru gerçekleşir. İki ortam yoğunluğu eşitlenince geçiş durur. (osmotik denge sağlanınca)

► Bir hücre uzun bir süre içinde bulunduğu ortam ile osmotik denge halinde kalıyorsa; hücre ölmüştür.

► Basit difüzyon ile hücre zarından geçebilen maddeler;

♦ Yağda çözünen (ADEK Vitaminleri) ve yağı çözen (alkol gibi) maddeler

♦ Yağ asitleri, gliserol, üre

♦ Gazlar (O₂, CO₂) gibi maddeler fosfolipit tabakasından basit difüzyon ile direk geçerler.

b. Kolaylaştırılmış Difüzyon

► Su ve suda çözünen bazı küçük moleküllü maddeler, fosfolipit tabakasından genelde geçemezler.

► Bu maddeler zardaki protein yapılı özel taşıyıcılar üzerinden ya da proteinlerin oluşturduğu kanallardan geçebilirler.

► Kolaylaştırılmış difüzyonda;

♦ ATP enerjisi harcanmaz.

♦ Maddeler sahip oldukları kinetik enerji ile (basit difüzyondaki gibi) yer değiştirirler.

♦ Maddeler çok yoğun oldukları ortamdan az yoğun oldukları ortama doğru geçiş yaparlar.

♦ Sadece canlı ortamda gerçekleşebilir.

► Kolaylaştırılmış difüzyon ile;

♦ Suda çözünebilen; glikoz, fruktoz, galaktoz, amino asit, tuz ve iyonlar, B ve C vitaminleri geçiş yaparlar.

Difüzyon hızını etkileyen faktörler

• Zardaki protein kanallarının sayısı arttıkça difüzyon hızı artar.
• Ortam sıcaklığı arttıkça moleküllerin kinetik enerjileri artacağından difüzyon hızı da artar. 
• Difüzyon yüzeyinin genişliği arttıkça difüzyon hızı artar.
• İki ortam arasındaki yoğunluk farkı arttıkça difüzyon hızı artar.
• Molekülün yapısal özellikleri vb. durumlardan etkilenir. 
• Molekülün büyüklüğü arttıkça difüzyon hızı azalır.
• İki ortam yoğunluğu eşitlenince difüzyon durur.

c. Diyaliz

► Diyaliz; bir çözeltide çözünmüş olan belli maddelerin, seçici geçirgen zarın diğer tarafına konulan ve farklı bileşime sahip olan bir çözelti aracılığı ile değiştirilme işlemidir.

► Yani seçilmiş moleküllerin seçici - geçirgen zardan difüzyonudur.

► Diyalizin amacı genellikle çözünebilen maddelerin konsantrasyonunu düşürmektir.

► Böbreklerinde işlev bozukluğu olan bireylerde diyaliz yöntemi ile böbreklerin süzüp atamadığı zararlı maddelerle suyun fazlası vücutlarından uzaklaştırılır.

► Hemodiyaliz denilen işlem ile hastadan alınan kan diyaliz makinesi yardımıyla kanın içeriği düzenlenir ve hastaya geri verilir.

► Yani böbreklerin yapması gereken görevi diyaliz cihazı yerine getirir.

d. Osmoz

► Osmoz; suyun difüzyonudur.

► Suyun çok yoğun olduğu ortamdan az yoğun olduğu ortama doğru seçici - geçirgen zardan geçişine Osmoz denir.

►  ATP enerjisi harcanmaz. Geçiş osmotik denge sağlanınca sonlanır.

► Osmoz olayını anlayabilmek için çözelti çeşitlerini bilmemiz gerekir.

Osmozun Gerçekleştiği Çözelti Ortamları

► Hücrelerimiz doku sıvısı denilen bir çözelti içinde bulunurlar.

► Hücre içinde benzer bir çözelti de sitoplazma sıvısıdır.

► Hücre içi ve hücre dışı bu çözeltilerin yoğunluğu hücre içine ya da dışına doğru su giriş çıkışına neden olur.

► Hücre içi (sitoplazma sıvısı) ve hücre dışı (doku sıvısı) çözeltilerde; su, organik monomerler ve inorganik maddeler bulunur.

► Çözeltideki su miktarı turgor basıncını, madde miktarı ise osmotik basıncı oluşturur.

► Vücut sıvılarımızın büyük oranı (kan plazması, lenf sıvısı vb.) birer çözeltidir.

► Hücreler içinde bulundukları çözeltilerin yoğunluğu bakımından 3 çeşit çözelti ortamında bulunabilirler.

► Bunlar;

1. İzotonik Çözelti Ortamı: Hücre içi ve hücre dışı çözelti yoğunluğu eşittir.

2. Hipertonik Çözelti Ortamı: Hücre dışındaki çözeltinin yoğunluğu hücre içindekinden daha fazladır.

3. Hipotonik Çözelti Ortamı: Hücre dışındaki çözeltinin yoğunluğu hücre içine göre azdır.

1. İzotonik Ortam (Çözelti)

► Hücrenin içinde bulunduğu çözeltinin yoğunluğu, hücrenin sitoplazma yoğunluğuna eşittir.

► Kısaca hücre içi ve hücre dışı çözeltilerin yoğunluğu denge halindedir. (Hücre içi yoğunluk = Hücre dışı yoğunluk)

► Bu dengeye rağmen izotonik ortamda hücre içi ya da hücre dışına madde giriş çıkışı devam eder.

► İzotonik ortamda; hücre içi ve hücre dışı çözeltilerde Osmotik Basınç = Turgor Basıncıdır.

► İzotonik ortamlarda pasif taşıma ile madde giriş çıkışı olmaz.

► İzotonik bir ortamda denge bozulmuşsa aktif taşıma (ATP Enerjisi harcanarak) gerçekleşmiştir.

► İzotonik çözelti içinde bulunan hücrenin büyüklüğünde değişim olmaz.

► İzotonik ortamda hücre içi osmotik basınç ile turgor basıncı eşit olduğundan Emme Kuvveti sıfırdır.

2. Hipertonik Ortam (Çözelti)

► Hücrenin kendinden daha yoğun bir çözelti ortamında bulunmasıdır.

► Hücre dışındaki bu yoğun çözeltiye Hipertonik Çözelti denir. Örneğin; çok tuzlu ya da çok şekerli bir çözelti hipertoniktir.)

► Çözeltideki madde miktarı fazladır.

► Dolayısıyla hücre dışındaki çözeltide Osmotik Basınç > Turgor Basıncıdır. 

► Hücre içinde ise (sitoplazmada) Turgor Basıncı > Osmotik Basınçtır.

► Çok tuzlu su hipertonik bir çözeltidir. Hücre böyle bir ortama konulduğunda dış ortamdaki tuz hücre içindeki fazla olan suyu emerek hücrenin büzüşmesine neden olur. Yani hücre su kaybeder. (Salata için doğranmış sebzelerin önceden tuzlanması ve salatadaki sebzelerin büzüşmesi ve sulanması gibi)

► Hücrenin hipertonik ortamda su kaybederek büzüşmesine Plazmoliz denir.

► Plazmolize uğramış ve büzüşmüş olan hücrede turgor basıncı azalır (su kaybettiği için), osmotik basınç artar. (Yaz mevsiminde meyvelerin kurutulması bu duruma örnektir.)

3. Hipotonik Ortam (Çözelti)

► Su kaybederek plazmolize uğramış ve büzüşmüş bir hücre, suyun fazla olduğu bir çözeltiye konulduğunda hücre su alarak eski haline döner. Bu olaya Deplazmoliz denir.

► Hipotonik çözelti; az şekerli ya da tuzlu sudan oluşan çözelti gibidir. Yani su miktarı fazla, madde miktarı suya göre azdır.

► Hipotonik çözeltide; Turgor Basıncı > Osmotik Basınçtır.

► Hücre içinde (sitoplazmada) ise; Osmotik Basınç > Turgor Basıncıdır.

► Hücre içinde osmotiz basıncın fazla olması hücrede Emme Kuvveti oluşturarak dış ortamdan suyun hücre içine girişini sağlar.

► İnsan ve hayvan hücreleri hipotonik ortamda çok fazla bekletilirse aşırı su alarak parçalanırlar. Bu olaya Hemoliz denir.

► Saf su insan ve hayvan hücreleri için hipotonik bir ortamdır.

► Kandaki kırmızı kan hücreleri (alyuvarlar) aşırı su aldıklarında patlayarak hemoliz olurlar.

► Bitki hücrelerinde hemoliz görülmez.

► Bitki hücreleri hipotonik ortamda çok bekletilirse su alarak şişer ve Turgor durumuna geçerler.

► Hücre zarının dışında bulunan hücre çeperi bitki hücresinin; suyun oluşturduğu bu basınca dayanmasını sağlar ve hücre patlamaz. (hemoliz olmaz.)

► Bitki hücrelerinde oluşan Turgor Basıncı bitkilere şu avantajları sağlar:

♦ Stoma hücrelerinin açılıp kapanmasında etkili olur. (Stomalar bitkilerde gaz alışverişi ve terlemede rol oynar.)

♦ Otsu bitkilere desteklik sağlar.

♦ Bitkilerde durum değiştirme (Nasti) hareketlerinin oluşumunu sağlar. (Küstüm otunun dokununca yapraklarını kapatması)

Aşağıdaki şekilde belirtildiği gibi Plazmoliz olmuş bitki ve hayvan hücreleri hipotonik ortamda bekletilirse deplazmoliz gözlenir.

► Bitki hücreleri plazmoliz olduğunda; hücre zarı ile hücre çeperi birbirinden uzaklaşır ve aralarındaki mesafe artar. (Hücre büzüştüğü için)

► Bitki hücrelerinde deplazmoliz durumunda hücre zarı ile hücre çeperi birbirine yaklaşarak aralarındaki mesafe azalır.

Turgor Basıncı

► Hücre içindeki suyun hücre zarına yaptığı basınca Turgor Basıncı denir.

► Hayvan hücreleri suyun oluşturduğu bu basınca dayanamaz ve parçalanır. Bitki hücrelerinde ise hücre duvarı bulunduğu için hücre zarının patlaması önlenir.

► Turgor basıncı bitki hücrelerinde avantajlar sağlar.

► Uzun süre susuz kalan bitki hücrelerinde turgor basıncı azalır ve bitkilerin yaprakları, çiçekleri solar.

Osmotik Basınç

► Hücre içindeki çözünmüş maddelerin yaptığı basınçtır.

► Çözeltideki çözünmüş madde miktarı ne kadar fazla ise osmotik basınç o kadar yüksektir. Yani osmotik basınç çözünen madde miktarı ile doğru orantılıdır. (Madde çok, osmotik basınç yüksek)

► Hücre içi ya da hücre dışı bir ortamdaki su; daima osmotik basıncın yüksek olduğu yere doğru hareket eder.

Emme Kuvveti

► Turgor basıncı ile osmotik basınç birbiriyle ters orantılıdır.

► Osmotik basınç ile turgor basıncı arasındaki fark Emme Kuvvetini oluşturur.

► Emme Kuvveti; hücrenin su alma isteğidir.

► Bir ortamda osmotik basınç fazla ise su alma isteği de artar. Örneğin; çok tuzlu, çok şekerli besinler tükettiğimizde vücudumuzun osmotik basıncı artar. Su içme isteği duyarız.

► Bir hücre izotonik ortama konursa herhangi bir değişikliğe uğramaz. Bu durumda Osmotik Basınç = Turgor Basıncıdır. Emme Kuvveti ise sıfırdır.

► EK₁'de Emme Kuvveti en yüksektir. Çünkü OB ile TB arasındaki fark fazladır.

2. Aktif Taşıma

► Zardan geçebilecek küçüklükte olan maddelerin az yoğun oldukları ortamdan çok yoğun oldukları ortama doğru geçişidir. (Pasif taşımanın tersidir.)

► ATP enerjisi harcanır.

► Zardaki taşıyıcı proteinler ve enzimler kullanılır.

► Madde geçişi çift yönlü olarak gerçekleşir.

► Sadece canlı hücrelerde gerçekleşir.

► Aktif taşımada görev alan enzimler ve taşıyıcı proteinler hücre zarında bulunur ve bunlar tekrar tekrar kullanılır.

► Bir hücre kandisi ile aynı yoğunlukta olan bir ortamda iken (izotonik ortam) denge bozulmuşsa Aktif Taşıma olmuştur. Örneğin; tatlı sularda yaşayan ve bir alg türü olan Nitella'da içinde bulunduğu ortama göre bin kat daha fazla potasyum (K⁺) taşıdığı görülmüştür. Bu potasyumların hücreye aktif taşıma ile ATP enerjisi harcanarak taşındığı anlaşılmıştır.

► İnsan sinir hücrelerinde uyartı iletimi sırasında; sinir hücresinin zarı üzerinde bulunan Na⁺ — K⁺ Pompası aracılığıyla sodyum ve potasyum iyonları aktif taşıma ile yer değiştirmektedir.

Önemli Not: Su sadece osmoz ile yer değiştirebilir. Hiçbir zaman aktif taşıma ile su taşınmaz.

► Aktif taşıma ile hücre içi maddelerin yoğunlukları sabit tutularak hücredeki homeostasi sağlanır.