Hücre zarında taşıma ve sıvı bölmeleri

1. Zar, duvar değil seçici bir arayüzdür

Hücre zarı, hücrenin içiyle dışını ayırır; fakat bu ayırma bütün maddelerin geçişini tamamen durdurmaz. Lipitlerin iki tabaka oluşturması, suyla iyi etkileşen ve suyla daha az etkileşen kısımların yerleşimine bağlıdır. Bu yapı bazı küçük, yüksüz ve lipitte çözünebilen moleküllere görece uygun bir geçiş yolu sunarken iyonlara ve birçok polar maddeye aynı kolaylığı sağlamaz. Dolayısıyla “küçük olan her şey serbestçe geçer” kuralı doğru değildir.

Zarın içine yerleşmiş proteinler geçiş, algılama, bağlanma ve hücresel iletişim gibi farklı işlevler görür. Bir kanalı, içinden belirli iyonların geçebildiği bir yol olarak düşünebilirsiniz. Bir taşıyıcı ise bir maddeyi bağlayıp yapısal değişikliklerle diğer tarafa geçirebilir. Bu benzetmeler proteinlerin canlı bir kapıcı gibi karar verdiği anlamına gelmez; geçişi protein yapısı, bağlanma koşulları ve fiziksel kuvvetler belirler.

Bir zarı öğrenirken üç soruyu birlikte sorun: Madde zarın lipit kısmından geçebiliyor mu? Uygun protein yolu var mı? Geçişi hangi kuvvet sürüklüyor? Yalnız ilk soruya yanıt vermek mekanizmayı tamamlamaz. Örneğin bir iyon için kanalın varlığı yeterli değildir; kanalın açık olması ve elektro-kimyasal koşullar da önemlidir. Aynı zar, farklı maddelere farklı geçirgenlik gösterebildiği için hücrenin bileşimini çevresinden farklı tutmaya katkı sağlar. Bu seçicilik hücrenin değişmez değil, düzenlenebilir bir sınırı olduğunu gösterir.

Kaynaklar: OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗

2. Difüzyon ve iyonlar için iki kuvvet

Tanecikler sürekli hareket eder. Bir maddenin iki taraftaki derişimi farklıysa ve uygun geçiş yolu varsa, çok sayıda taneciğin hareketinin toplamında yüksek derişimden düşük derişime doğru net geçiş görülebilir. Bu, taneciklerin yalnız tek yönde hareket ettiği anlamına gelmez. Her iki yönde hareket sürerken bir yöndeki toplam daha büyük olur. Derişim farkı azaldıkça, diğer koşullar aynıysa net akışın itici etkisi de azalabilir.

Yüksüz bir maddeyi basit modelde derişim farkıyla inceleyebiliriz. İyonlarda ise elektriksel kuvveti de eklemek gerekir. Pozitif bir iyon, elektriksel olarak daha negatif tarafa çekilebilir; aynı zamanda kendi derişim farkının etkisi altındadır. Bu iki etki aynı yönde olabilir veya birbirine karşı koyabilir. Elektro-kimyasal gradyan ifadesi, derişim ve elektriksel katkıların birlikte değerlendirilmesini anlatır. Yalnız “içeride daha az var” bilgisi her iyon için yönü kesinleştirmeyebilir.

Bir düşünce deneyinde iyonun derişim etkisi içeri, elektriksel etkisi dışarı yönelsin. Net geçişi belirlemek için etkilerin göreli büyüklükleri gerekir. Verilmeyen bilgiyi varsayarak kesin sonuç yazmak yerine modelin eksik koşulunu belirtin. Ayrıca zar iyon için geçirimsizse güçlü bir gradyan bulunsa bile o yol üzerinden geçiş gerçekleşmez. Sürükleyici kuvvetin bulunması ile geçiş yolunun bulunması ayrı gerekliliklerdir. Bu ayrım, daha sonra nöron zarındaki elektriksel olayları anlamanın da temelidir.

Kaynaklar: OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗ · OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 12.4 The Action Potential ↗

3. Kolaylaştırılmış geçişin protein bağımlılığı

Bazı maddelerin zar geçişi protein aracılığıyla gerçekleşir ve kendi elektro-kimyasal gradyanlarının aşağı yönünde ilerler. Bu durumda kolaylaştırılmış difüzyondan söz ederiz. Protein kullanılması, mekanizmanın otomatik olarak aktif taşıma olduğu anlamına gelmez. Sınıflandırma için maddenin hangi yönde taşındığına ve enerjiyle nasıl bağlandığına bakılmalıdır. Kanal ya da taşıyıcı kullanımı tek başına bu ayrımı yapmaya yetmez.

Taşıyıcı aracılı geçişte bağlanabilecek taşıyıcı sayısı ve bir taşıyıcının birim zamanda tamamladığı çevrim sayısı sınırlıdır. Bu nedenle derişimi artırmak geçiş hızını başlangıçta artırırken, taşıyıcıların büyük kısmı meşgul olduğunda artış giderek sınırlanabilir. Bu doyma düşüncesi özellikle taşıyıcı mekanizmaları için yararlıdır. Her kanal akışını aynı basit doyma eğrisiyle açıklamak veya bütün pasif geçişleri sınırsız saymak uygun değildir.

Bir sınıf grafiğinde yatay ekseni madde derişimi, düşey ekseni taşıma hızı olarak seçin. Taşıyıcı sayısı, sıcaklık ve diğer koşullar değişmeden bırakılmışsa, hızın üst sınıra yaklaşmasını taşıyıcının kapasitesiyle ilişkilendirebilirsiniz. Fakat grafikten doğrudan hücrenin bütün metabolik durumunu çıkaramazsınız. Aynı zamanda geçişi sağlayan proteinlerin seçiciliği de önemlidir; bir maddenin yolu başka bir madde için uygun olmayabilir. Bu nedenle “protein var, bütün maddeler geçer” yorumu da “protein var, mutlaka ATP harcanır” yorumu kadar eksiktir.

Kaynaklar: OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗

4. Birincil aktif taşıma ve gradyanın korunması

Bir maddeyi kendi elektro-kimyasal gradyanına karşı taşımak için enerjiyle bağlantılı bir mekanizma gerekir. Birincil aktif taşımada taşıyıcının işi doğrudan ATP hidrolizi gibi bir enerji kaynağıyla bağlanır. Sodyum-potasyum ATPazı bu başlığın temel örneğidir. Bir çevrimde üç sodyum iyonunu hücre dışına, iki potasyum iyonunu hücre içine taşıyarak iyon dağılımlarının korunmasına katkıda bulunur. Bu oranı bütün taşıyıcıların ortak kuralı gibi kullanmamak gerekir.

Pompanın çevrimi, yalnız iyon adlarını ezberlemekten daha fazlasını içerir. Protein belirli iyonları bağlar, enerjiyle bağlantılı yapısal değişiklik geçirir ve iyonları diğer tarafta bırakır. Böylece zarın iki yanında farklı iyon derişimleri sürdürülebilir. Üç pozitif yükün dışarı, iki pozitif yükün içeri taşınması çevrim başına bir pozitif yükün net olarak dışarı taşınması demektir. Bu elektriksel katkı, zarın diğer iyon geçirgenliklerinden ayrı olarak düşünülmelidir.

Gradyanların korunması, hücrenin bütün zar olaylarının pompa tarafından doğrudan oluşturulduğu anlamına gelmez. Açık kanallardan geçen iyonlar kısa süreli elektriksel değişimleri oluşturabilir; pompa ise bu akışların dayandığı dağılımların uzun süre korunmasına katkı verir. Bir akış yolu ile gradyanı sürdüren mekanizmayı ayırmak önemlidir. Enerji kullanımının azalmasının etkileri de zamana bağlı olabilir. Başlangıçta mevcut bir gradyan bulunması, onun enerji olmadan süresiz korunacağı sonucunu desteklemez.

Kaynaklar: OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗ · OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 12.4 The Action Potential ↗

5. İkincil aktif taşıma: Enerjinin bağlantısı

İkincil aktif taşımada bir maddenin kendi gradyanı boyunca hareketi, başka bir maddenin gradyanına karşı taşınmasına bağlanır. Taşıyıcının her çevriminde ATP'yi doğrudan parçalaması şart değildir. Buna rağmen bütün düzen enerjiyle ilişkisiz değildir. Sürükleyici iyon gradyanı daha önce enerji harcayan mekanizmalarla oluşturulmuş ve korunuyor olabilir. “Doğrudan ATP kullanmıyor” ile “enerji gereksinimi yok” ifadeleri aynı anlamda değildir.

Sodyumun hücre içine geçmeye elverişli gradyanını düşünün. Uygun bir eş taşıyıcıda bu geçiş, başka bir maddenin hücre içine taşınmasıyla bağlanabilir. İki madde aynı yönde taşınıyorsa birlikte taşıma ya da simport terimi kullanılır. Karşıt yönlerde taşınmaları antiport olarak adlandırılır. Bu adlar yön ilişkisini anlatır; tek başına mekanizmanın bütün enerji ayrıntılarını açıklamaz. Hangi maddenin gradyanının enerji sağladığını ayrıca belirlemek gerekir.

Bir şema çizerken iki ayrı oku gösterin. Birinci ok, sürükleyici maddenin aşağı gradyan hareketidir. İkinci ok, bu harekete bağlanan maddenin taşınmasıdır. Ardından sürükleyici gradyan azalsa ne olacağını sorun. Başka koşullar aynıyken bağlı taşıma da sınırlanabilir. Bu düşünce deneyi, taşıyıcının çalışmasını yalnız protein miktarıyla açıklamanın neden eksik olduğunu gösterir. Geçiş yolunun varlığı, bağlanma ve enerji sağlayan gradyanın uygunluğu birlikte değerlendirilmelidir. Gerçek hücrelerde birden fazla taşıyıcı bulunduğundan, tek bir şema bütün madde hareketlerini temsil etmez.

Kaynaklar: OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗

6. Osmoz, osmolalite ve tonisiteyi ayırmak

Osmoz, seçici geçirgen bir sınır üzerinden suyun net hareketini anlatır. Basit bir modelde zar suya geçirgen, çözünen maddeye geçirimsiz olsun; başlangıç hidrostatik basınçları da eşit olsun. İki tarafta geçirimsiz tanecik derişimi farklıysa suyun net hareketi daha yüksek tanecik derişimi bulunan tarafa yönelir. Hareketin sonucunda hacimler ve derişimler değişir; oluşan basınç farkı da son durumu etkileyebilir. Bu nedenle yalnız başlangıç yönüyle bütün zaman sürecini karıştırmayın.

Osmolalite, bir kilogram çözücü başına osmotik tanecik miktarıyla ilişkilidir. Tonisite ise bir çözeltinin belirli bir hücrenin hacmi üzerinde oluşturduğu kalıcı etkiyi tartışır ve zardan etkili biçimde geçemeyen tanecikler önem kazanır. Aynı toplam tanecik derişimine sahip iki çözelti, maddelerin zar geçirgenlikleri farklıysa hücre hacmi üzerinde aynı etkiyi oluşturmayabilir. Bu ayrımda hem hangi zarın incelendiği hem de gözlem süresi önemlidir.

Bir hücrenin dışında etkili geçirimsiz tanecik derişimi daha yüksekse, verilen basit koşullarda su hücreden dışarı yönelir ve hücre küçülme eğilimindedir. Dışarıdaki etkili derişim daha düşükse su içeri yönelir. Ancak gerçek hücrenin başka taşıma ve hacim düzenleme süreçleri de bulunabilir. Öğretim sorusu bu katkıları dışlıyorsa bunu açıkça söylemelidir. Buradan kişiye ne kadar sıvı verilmesi gerektiği gibi bir sonuç çıkarılmaz; konu, belirtilen sınır ve varsayımlar altında su hareketinin mekanizmasıdır.

Kaynaklar: OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗ · OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 26.1 Body Fluids and Fluid Compartments ↗ · OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 26.2 Water Balance ↗

7. Sıvı bölmeleri: Aynı su, farklı sınırlar

Vücut suyunu kavramsal olarak hücre içi ve hücre dışı bölmelerde inceleyebiliriz. Hücre içi sıvı, hücre zarlarının iç tarafındaki sıvıyı kapsar. Hücre dışı sıvının önemli bölümleri interstisyel sıvı ve plazmadır. İnterstisyel sıvı hücreler arasındaki ortamı, plazma ise damar içindeki kanın sıvı kısmını ifade eder. Kan hücrelerinin içindeki sıvıyı plazmayla aynı bölme saymak bu ayrımı bozar.

Bu bölmeleri ayıran sınırlar aynı değildir. Hücre içi ile dışı arasında hücre zarı vardır. Plazma ile interstisyel sıvı arasındaki geçişlerse damar duvarının özellikleriyle ilişkilidir. Bu iki sınırın bütün maddelere aynı geçirgenliği gösterdiğini varsayamayız. Bir maddenin hücre zarını aşmasıyla kılcal damar sınırından geçmesi bu yüzden ayrı sorulardır. Bölmelerin bileşimindeki farklılıklar da sınırlar ve taşıma süreçleriyle birlikte açıklanır.

Şemada büyük bir dış çemberin içine hücre içi ve hücre dışı alanları yerleştirin; hücre dışı alanı plazma ve interstisyel olarak ayırın. Yüzdelerle verilen basit ders örnekleri hesap yapmayı kolaylaştırır, fakat herkes için değişmez bir hacim ölçütü değildir. Toplam su ve bölme oranları bireyin özelliklerine ve koşullara göre değişebilir. Bir problem belirli oranlar veriyorsa, sonucu yalnız o model için hesaplayın. Bölme adını, sınırın türünü ve maddenin özelliğini birlikte yazmak, ezberlenen hacimlerden daha sağlam bir mekanizma bilgisi sağlar.

Kaynaklar: OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 26.1 Body Fluids and Fluid Compartments ↗ · OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗

8. Veziküller ve bütünleşik madde hareketi

Zardan geçiş yalnız tek tek moleküllerin kanal veya taşıyıcı üzerinden ilerlemesiyle sınırlı değildir. Endositozda zarın bir bölümü içeri doğru biçimlenerek içeri alınan maddeyi bir vezikül içinde sınırlar. Ekzositozda hücre içindeki bir vezikül zarla birleşir ve içeriğini dış ortama bırakır. Bu süreçler, büyük içeriklerin veya paketlenmiş salgıların taşınmasında önemlidir. Taşıma sırasında vezikül içeriği ile sitoplazmanın doğrudan aynı ortam sayılmaması gerekir.

Bir salgı hücresini kavramsal olarak düşünün. Hücre, bir ürünü sentezler ve uygun veziküllere paketler. Salgı sinyaliyle vezikülün hücre zarıyla birleşmesi, ürünün dışarı çıkmasını sağlar. Bu, ürünün lipit tabakada çözünüp basit difüzyonla geçmesiyle aynı mekanizma değildir. Zar yapısının düzenlenmesi, vezikül hareketi ve birleşme süreçleri de işin parçasıdır. Bir sınav sorusunda yalnız “madde dışarı çıktı” bilgisinden hangi yolun kullanıldığını kesinleştirmek mümkün olmayabilir.

Bölümün bütün mekanizmalarını bir hücre çizimi üzerinde birleştirin. Küçük yüksüz bir molekül için lipit yolu, iyon için uygun protein yolu, gradyana karşı taşınan madde için enerji bağlantısı ve paketli içerik için vezikül yolu ayrı gösterilsin. Sonra her okun yanına hangi bilginin gerekli olduğunu yazın: geçirgenlik, gradyan, taşıyıcı veya enerji gibi. Bir hareketin net yönü ancak bu koşullar belirtildiğinde gerekçelendirilebilir. Böylece mekanizma adları birbirinden kopuk etiketler olmaktan çıkar; hücrenin iç ortamını nasıl oluşturduğunu açıklayan ilişkiler haline gelir.

Kaynaklar: OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗

Önce kendin çöz

10 soruda bölümünü kontrol et

Yanıtı açmadan önce bir seçeneğe karar ver. Sonucunu kaydetmek için kitabın çalışma turunu kullan.

Kaynakça

1. OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 3.1 The Cell Membrane ↗
2. OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 12.4 The Action Potential ↗
3. OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 26.1 Body Fluids and Fluid Compartments ↗
4. OpenStax Anatomy and Physiology 2e, 26.2 Water Balance ↗

Kaynaklar doğrulama ve ileri okuma içindir. Özgün anlatım, örnek ve sorular EG Campus için oluşturulmuştur; bağlantı verilmesi kaynak metni yeniden yayımlama izni anlamına gelmez.