Aktif Taşıma Nedir? Büyük Moleküller Hücre Zarından Nasıl Geçer?

Hücreler, küçük iyonları ve molekülleri taşımanın yanı sıra daha büyük moleküllerin ve partiküllerin de hücre zarından geçişini sağlamak zorundadır. Bazı hücreler, bütün tek hücreli mikroorganizmaları bile yutabilme yeteneğine sahiptir. Büyük parçacıkların hücre tarafından alınması ve salınması ise enerji gerektiren bir süreç olan aktif taşıma ile sağlanır.

Elektrokimyasal Gradyan

Bir maddenin bir alan veya zar boyunca farklı konsantrasyonlara sahip olması basit bir konsantrasyon gradyanı oluşmasına neden olur, ancak canlı sistemlerde gradyanlar daha karmaşıktır. Hücreler protein içerdikleri için çoğu hücre negatif yüklüdür ve iyonlar hücrelere girip çıktığı için de plazma zarı boyunca bir elektriksel gradyan, yani bir yük farkı vardır.

Canlı hücrelerin içi, içinde bulundukları hücre dışı sıvıya göre elektriksel olarak negatiftir. Aynı zamanda hücreler, hücre dışı sıvıya göre daha yüksek potasyum (K⁺) ve daha düşük sodyum (Na⁺) konsantrasyonlarına sahiptir. Bu nedenle, bir canlı hücrede Na⁺ iyonunun konsantrasyon gradyanı ve elektriksel gradyanı, iyonu hücre içine doğru difüzyona teşvik eder.

Ancak potasyum gibi diğer elementler için durum daha karmaşıktır. K⁺ iyonunun elektriksel gradyanı, iyonu hücreye doğru difüzyona teşvik ederken K⁺ konsantrasyon gradyanı, iyonu hücreden dışarı yönde difüzyona teşvik eder. Bu durumu etkileyen kombinasyon gradyanı iyonun elektrokimyasal gradyanı olarak adlandırılır ve kas ve sinir hücreleri için özellikle önemlidir.

Synaptitude

Gradyana Karşı Hareket

Hücre, maddeleri konsantrasyon veya elektrokimyasal gradyanlarına karşı hareket ettirmek için enerji kullanmalıdır. Bu enerji, hücresel metabolizma yoluyla üretilen ATP'den elde edilir.

Aktif taşıma mekanizmaları, genel olarak pompalar veya taşıyıcı proteinler olarak adlandırılan mekanizmalarla elektrokimyasal gradyanlara karşı çalışır. İyonlar hariç küçük maddeler sürekli olarak plazma zarından geçer. Aktif taşıma, bu pasif değişimlere karşı yaşayan hücrelerin ihtiyaç duyduğu iyonlar ve diğer maddelerin konsantrasyonunu korur. Hücrenin metabolik enerji kaynağının büyük bir kısmı, bu süreçleri sürdürmek için harcanır. Aktif taşıma mekanizmaları, enerji açısından hücresel metabolizmaya bağımlı olduklarından, ATP'nin eldesini engelleyen birçok metabolik uyarana duyarlıdırlar.

Küçük molekül ağırlıklı maddelerin ve makromoleküllerin taşınması için iki mekanizma vardır. Birincil aktif taşıma, iyonları bir zarın üzerinden taşır ve bu zar boyunca bir yük farkı oluşturur. Birincil aktif taşıma sistemi, iyon gibi maddelerin hücreye taşınması için ATP kullanır ve genellikle aynı zamanda başka bir madde hücreden dışarı taşınır. Hayvan hücrelerinde önemli bir pompa olan sodyum-potasyum pompası, potasyum iyonlarını hücre içine alırken sodyum iyonlarını hücreden dışarı taşımak için enerji harcar. Bu pompanın etkisi, zar boyunca konsantrasyon ve yük farkına yol açar.

Libre Texts

İkincil aktif taşıma, birincil aktif taşıma tarafından oluşturulan elektrokimyasal gradyanın enerjisini kullanarak maddenin taşınmasını ifade eder. Birincil aktif taşıma sistemi tarafından oluşturulan elektrokimyasal gradyanın enerjisi kullanılarak amino asitler ve glukoz gibi diğer maddeler, zar kanalları aracılığıyla hücreye alınabilir.

Ayrıca ATP molekülü, mitokondrideki hidrojen iyonu gradyanı kullanılarak ikincil aktif taşıma yapılması yoluyla oluşur.

Endositoz

Endositoz büyük moleküller, hücrelerin parçaları ve hatta bütün hücreler gibi partikülleri hücre içine alan bir aktif taşıma türüdür. Endositozun farklı çeşitleri olsa da hepsi ortak bir özelliği paylaşır: Hücrenin plazma zarı, hedef partikül etrafında bir cep oluşturarak içeri doğru kıvrılır. Böylece parçacığın plazma zarından oluşan yeni bir koful içinde tutulması sağlanır.

Libre Texts

Fagositoz, hücreler gibi büyük partiküllerin bir hücre tarafından içeri alınması sürecidir. Örneğin mikroorganizmalar insan vücuduna saldırdığında, bir tür beyaz kan hücresi olan nötrofiller fagositoz yoluyla antijeni ortadan kaldırır. Nötrofil, mikroorganizmayı çevreleyip yutarak onu tahrip eder.

Endositozun bir başka çeşidi de pinositoz olarak adlandırılır. Bu kavram, hücrenin bilinçli bir şekilde hücre dışı sıvıyı içeri aldığı varsayımıyla oluşmuştur. Ancak aslında, hücrenin ihtiyaç duyduğu çözücüler içeri alınmaktadır.

Reseptör aracılı endositozda plazma zarında belirli maddeler için özgül olan bağlayıcı proteinler kullanır. Partiküller bu proteinlere bağlanır ve plazma zarı içeri doğru kıvrılır, böylece madde ve proteinler hücreye alınır.

Reseptör aracılı endositozda hedeflenen madde zardan geçemezse, doku sıvılarından veya kandan uzaklaştırılamaz. Bunun yerine, bu sıvılarda kalır ve konsantrasyonu artar. Bazı insan hastalıkları, reseptör aracılı endositozun yetersizliğinden kaynaklanır. Örneğin, düşük yoğunluklu lipoprotein veya LDL olarak adlandırılan "kötü" kolesterol, reseptör aracılı endositoz yoluyla kandan uzaklaştırılır. İnsanlarda genetik bir hastalık olan ailesel hiperkolesterolemi durumunda, LDL reseptörleri kusurlu veya tamamen eksiktir. Bu hastalığa sahip kişilerin kanlarında yaşamını tehdit eden düzeylerde kolesterol bulunur, çünkü hücreleri bu kimyasalı kanlarından temizleyemez.

Ekzositoz

Ekzositoz adı verilen bir süreç, materyalin hücreden hücre dışı sıvıya atılması amacıyla yukarıda bahsedilen endositozun tam tersidir. Zarla kaplı bir parçacık, plazma zarının iç kısmıyla birleşir. Bu birleşme, zarı dışarıya doğru açar ve parçacık hücre dışı alana atılır.

ThoughtCo

Sonuç

Canlı hücreler, hücre dışı boşlukta bulunandan daha yüksek konsantrasyonlardaki belirli maddelere ihtiyaç duyar. Maddeleri elektrokimyasal gradyanlarının tersi yönüne taşımak, enerji kullanılmasını gerektirir. Aktif taşıma, taşımanın yakıtı olarak depolanan ATP'den elde edilen enerjiyi kullanır. Küçük molekül boyutlu materyallerin aktif taşınması, hücre zarında bulunan ve pompa benzeri bir görev üstlenen integral proteinler tarafından sağlanır. Birincil aktif taşımayı gerçekleştiren bazı pompalar, eylemlerini sürdürmek için doğrudan ATP ile birleşir. İkincil taşıma, birincil taşımada kullanılan enerjinin başka bir maddeyi hücreye ve konsantrasyon gradyanına doğru hareket ettirmek için kullanılmasıyla gerçekleşir.

Endositoz büyük partiküllerin, örneğin makromoleküllerin taşınmasını sağlamak için ATP'nin doğrudan kullanılmasını gerektirir. Hücre parçaları veya bütün hücreler, fagositoz adı verilen bir süreçte diğer hücreler tarafından yutulabilir. Fagositozda, bir bölüm membran kıvrılır ve parçacığın etrafını sararak parçacığı tamamen plazma zarı tarafından kaplanmış bir hale getirir. Böylece oluşan kofullar hücre tarafından parçalanır, parçacıklar yiyecek olarak kullanılır veya başka bir şekilde uzaklaştırılır. Pinositoz, daha küçük ölçekte benzer bir süreçtir.

Hücre, atık ve diğer parçacıkları ters süreç olan ekzositoz ile dışarı atar. Atıklar hücre dışına taşınırken, membranlı bir koful plazma zarına itilerek zar ile birleşmesi ve kendini zar yapısına dahil etmesi sağlanır, böylece koful içeriği hücrenin dışına aktarılır.