Hücreler en küçük canlı birimleridir. İnsanlar oldukça karmaşık organizmaya sahiptir. Tüm canlı sistemleri belirli bir denge ve düzen içinde işler. Ayakta kalabilmemiz beynimizde bulunan denge sistemimiz ile sağlanır. Hücre içinde de denge sistemi mevcuttur. Hücrenin kurduğu bu dengeye “homeostaz” denir.
Biz insanların dengeyi nasıl sağladığı henüz tamamıyla aydınlatılmış olmasa da bu konuda birçok bilgiye sahibiz. Eğer Avanos’taki Sallanan Köprü’ye çıktıysanız üzerinde durduğunuz zemin hareket ederken dengede durmanın ne kadar zor olduğunu tecrübe etmişsinizdir. Hücrelerimiz de benzer şekilde kendini dengede tutmaya çalışır. Ancak hücrenin denge sistemi daha çok hücre hacmini korumak, iç ve dış ortamda bulunan maddeleri belirli bir oranda tutmak üzerine kuruludur. Hücreler ozmoz denilen bir geçiş mekanizmasıyla iç ve dış dengelerini korur ve organizma bu şekilde yaşamına devam eder.
Suyun Difüzyonu: Ozmoz Nedir?
Hücre, kendisini dış ortamdan ayıran yarı geçirgen bir zar ile çevrilidir. Bu sebeple hücreler için iç ve dış ortam söz konusudur. Hücreler iç ve dış ortamdan madde alışverişi ile iç dengelerini sağlarlar. Canlılığın devam edebilmesi için bu dengenin sağlanması şarttır. Hücre içerisinde büyük bir oranda su bulunur ve bu durum hücrenin iç yoğunluğu ile dış yoğunluğu arasında bir konsantrasyon gradyeni oluşmasına sebep olur. Kasların çalışması, nörolojik işlevler, doku-organ fonksiyonları ve solunum dahil olmak üzere canlılığı sürdüren her şey bu konsantrasyon gradyenine bağlıdır.
Gradyen, bir bölgeden diğerine geçerken bir şeyin ne kadar değiştiğinin ölçüsüdür. Yani bir konsantrasyon gradyeni, bir şeyin konsantrasyonunun bir yerden başka bir yere nasıl değiştiğinin bir ölçümüdür. Hücrelerde bu ölçüm dengesini sağlayan mekanizmalardan biri de ozmozdur.
Ozmoz, seçici geçirgen bir zardan çözücü olan bir maddenin az yoğun olan yere kendiliğinden geçişidir. Hücredeki çözücü ortam sudur. Ozmoz suyun difüzyonu olarak tanımlanır. Yani suyun seçici geçirgen bir zardan enerji harcamadan, yalnızca yoğunluk farkı sayesinde geçişidir.
Difüzyon Nedir?
Difüzyon, maddelerin yoğun olarak bulunduğu ortamdan az yoğun ortama geçişi olarak tanımlanır. Bu geçişi sıktığımız parfümün oda içerisinde yayılması ile gözlemleyebiliriz. Moleküller yoğun olduğu yerden az yoğun olduğu yere taşıdıkları kinetik enerji sonucunda kendiliğinden bu şekilde bir akış gösterir.
Bir hücredeki yoğunluk kavramını anlamak için suyu çözücü olarak düşünebiliriz. Hücre içerisindeki iyonları, besinleri ve molekülleri ise çözünen olarak tanımlayabiliriz. Çözünen ve çözücü miktarı hücrenin dış ortamı ile yaptığı besin, iyon, su ve molekül alışverişi ile değişir. Bu değişim sayesinde canlılık için gerekli su, iyon ve besin miktarı dengelenir. Bu denge işleminde hücre zarının rolü önemlidir.
Hücre Zarının Yapısı
Hücre zarının yarı geçirgen olduğunu söylemiştik. Yarı geçirgenlik özelliğini anlamak için hücre zarını bir inceleyelim.
Hücre zarı hücrenin dış kısmında bulunan ve hücreyi saran bir katmandır. Hücre içerisinde bulunan organellerin, çekirdeğin, suyun ve diğer moleküllerin bir arada tutulmasını sağlar. Hücre zarının yapısını açıklamak için kullanılan modellerden biri “akıcı mozaik zar modeli”dir. Akıcı mozaik zar modeline göre hücre zarı sürekli flip-flop hareketi yapan yağ, karbonhidrat ve proteinlerin bulunduğu bir katmandır. Hücre zarının %75’ini yağ molekülleri oluşturur. Buradaki yağ molekülünün çeşidi “fosfolipittir.” Fosfolipitler biri suyu seven (hidrofilik) bir baş kısımdan diğeri suyu sevmeyen (hidrofobik) kısımdan olmak üzere iki kısımdan oluşur. Zar içerisinde “por” adı verilen boşluklar bulunur, buradan yukarıda saydığımız madde alışverişleri yapılır. Ayrıca yağ molekülleri arasından da iyon ve benzeri molekül geçişleri sağlanabilir.
Fosfolipitlerin suyu seven ve sevmeyen kısımlardan oluşması zarın seçici geçirgen özellikte olmasını sağlar. Kimya derslerinde öğretilen “benzer benzeri çözer” prensibine göre suyu seven bir madde suyu seven bir çözücü içerisinde çözünür. Yani benzer maddeler birbirinin yanında durabilir ve birbirine karışabilir. Fosfolipitin suyu seven baş kısmına suyu sevmeyen bir molekül gelirse bu molekül itilip içeri alınmayacaktır. Aynı şekilde porlar veya aktif taşıma ile alınan moleküller de dışarıya çıkamayacaklardır. Hücre zarının bu özelliğinden dolayı bazı maddeler hücre zarından geçerken bazıları geçemez. Yani hücre, zardan geçebilecek maddeleri seçer.
- Hücre zarından direkt geçebilen maddeler: O2, CO2, CO, su, mineraller, glikoz, fruktoz, galaktoz, yağ asidi, gliserol, a.asit ve vitaminlerdir.
- Hücre zarından direkt geçemeyen maddeler: Protein, yağ ve karbonhidrattır.
Su, dengeyi sağlamak için sürekli olarak hücre içine ve dışına doğru geçiş yapar. Hücre içerisinde oluşan konsantarasyon gradyeni ozmoz prensibini çalışır hale getirir. Örnek verirsek hücre içerisinden dışarıya çıkamayan maddeler hücre içini daha yoğun hale getirir. Bu da hücre içinde daha az su bulunmasına sebep olur. Dış ortamda daha fazla olan su, dengeye ulaşmak için içeriye doğru akmaya başlar. Bu şekilde ozmoz ile denge sağlanır. Ayrıca yoğunluğu fazla olan maddeler hücre içine su almak ister ve bu bir basınç oluşturur. Buna ozmotik basınç denir.
Maddelere göre farklı taşıma yöntemleri vardır. Taşıma yöntemleri aktif ve pasif taşıma yöntemleri olarak iki ana başlığa ayrılır. Maddelerin bu yollar ile hücreden geçişleri sağlanır.
Aktif Taşıma ve Pasif Taşıma Nedir?
Hücreler ve bulunduğu ortam arasında sürekli olarak besin, iyon ve su madde geçişleri olur. Geçişler, yarı geçirgen olan hücre zarından maddelerin aktif veya pasif olarak taşınması ile gerçekleşir.
Pasif Taşıma: Maddelerin çok yoğun olduğu ortamdan az yoğun olduğu ortama geçmesine pasif taşıma denir. Difüzyon ve ozmoz buna örnektir. Bu süreç moleküllerin kendi iç enerjilerinden kaynaklı olduğu için hücrenin enerji harcaması gerekmez.
Aktif Taşıma: Maddelerin az yoğun olduğu ortamdan çok yoğun olduğu ortama geçmesine aktif taşıma denir. Burada difüzyon ve ozmoz prensiplerine göre maddenin çoktan aza geçtiğini hatırlatmakta fayda vardır. Pasif taşımanın aksine aktif taşımada enerji harcanır ve bu taşıma enzimler yardımı ile yapılır. Şu ana kadar hücre içinden dışına doğru taşımalar şeklinde örnek vererek anlattığımız aktif ve pasif taşıma olayları, dıştan içe doğru da gerçekleşebilir.
Hücrenin Dış Ortamı ve İç Ortamı
Hücrenin bulunduğu ortam ile sürekli madde alışverişi içerisinde olduğunu belirtmiştik. Peki, hücrenin bulunduğu bu ortam nasıldır? Vücudumuzun yaklaşık % 70’i sudan oluşur ve tüm iç organlarımız, hücrelerimiz suyun içerinde bulunur. Metabolik faaliyetler sonucunda suda çözünen ve çözünmeyen maddeler üretilir aynı zamanda tüketilir. Üretim ve tüketim nedeniyle madde ve su oranları değişir. Buna ek olarak dışarıdan alınan su ve besinlerde iyon, protein vb. madde ve su miktarını etkiler. Böylelikle hücrenin dış ortamı hipotonik, hipertonik ya da izotonik olabilir. Bu üç kavram için önemli olan bir ölçüt ise hücre içi ve hücre dışı gibi karşılaştırılabilir iki ortama sahip olmasıdır. Hücreler için iki ortamı oluşturan şey hücre zarıdır.
Hipertonik Ortam
Hipertonik ortam, çözünen madde miktarının çok, çözen madde miktarının az olduğu ortamdır. %70 ‘i tuz ve %30’u su olan bir ortam hipertoniktir.
Hücre kendisinden daha yoğun bir ortamda yani hipertonik bir ortamda bulunabilir. Bu durumda aktif veya pasif taşıma ile madde geçişleri sağlanır.
Hipotonik Ortam
Hipotonik ortam, çözünen madde miktarının az, çözen madde miktarının çok olduğu ortamdır. Yani %30’u tuz ve %70’i su olan bir ortam hipotoniktir.
Hücre kendisinden daha az yoğun olan bir ortamda yani hipotonik bir ortamda bulunabilir. Bu durumda aktif veya pasif taşıma ile madde geçişleri olur.
İzotonik Ortam
İzotonik ortam çözünen ve çözücü madde miktarı arasında yoğunluk farkının bulunmadığı bir ortamdır. Yani yoğunluk farkının olmadığı bu ortamda belirgin bir madde geçişi gözlemlenmez. Hücre kendisi ile benzer yoğunluğa sahip izotonik ortamda bulunabilir.
Bu üç kavram, hücredeki aktif ve pasif taşımayı anlamak için dış ortamlarda yarı geçirgen bir zar ile denenerek geliştirilmiştir. İnsan vücudunda hücreler izotonik ortamda bulunur. İzotonik ortam hücrelerimiz için en ideal ortamdır. Eğer hücreler hipertonik bir ortamda bulunsaydı su kaybederek büzüşürdü ya da tam tersi hipotonik bir ortamda su alarak şişip patlayabilirdi. İşte bu durumlar ozmoz mekanizması sayesinde engellenerek hücrenin izotonik ortamda dengede tutulması sağlanır.
