Ozmoz, Ozmotik Basınç ve Turgor Basıncı

Bugün ne yesem ya da pişirsem diye düşünüyorsanız, buyurun, bizden size bir yemek tavsiyesi: Nohut ve pirinç pilavı. Yanına da güzel bir kuru kayısı kompostosu harika olur. “Evrim Ağacı yemek tarifleri mi vermeye başlıyor?” diye sorduğunuzu duyar gibiyiz. Elbette böyle bir niyetimiz yok, ama günlük hayatımızda oldukça aşina olduğumuz bu leziz üçlü üzerinden fiziksel bir olayı anlatmak isteriz. O halde başlayalım. Konumuz “ozmoz, ozmotik basınç ve turgor basıncı”.

Ozmoz, Hipotonik Ortam ve Pirinçlerin Şişmesi

Ozmoz, az derişik bir ortamdaki (hipotonik ortamdaki) suyun yarıgeçirgen bir zarın (hücre zarının) içinden geçerek çok derişik başka bir ortama geçişine denir. Daha anlaşılır olması için, örneğimize dönelim. Nohut ve pirinç, pişirilmeden önce, belli bir süre (yaklaşık bir saat kadar) su içerisinde bekletilir. Bu süre zarfında, az yoğun ortam olan su, daha yoğun olan tarafa (nohuda ve pirince) geçer. Sürenin sonunda ne olduğunu ise hepimiz biliriz: Nohut ve pirinç taneleri belli bir miktar suyu içerisinde tuttukları için hacim olarak büyürler, yani şişerler. Bunun sebebi, az yoğun ortam olan suyun, daha yoğun olan tarafa (nohuda ve pirince) geçebilmesi fakat nohut ve pirincin içindeki katı moleküllerin, su olan tarafa geçiş yapamamasıdır. Ve bu durum, hücre zarı üzerinde bir basınç yaratır ki buna ozmotik basınç denir. Ozmotik basınç sebebiyle zar, suyun olduğu yöne doğru genişler. Bizler ise bunu, örneğimizde, yeterince ıslanmış oldukları için şişmiş pirinç ve nohut taneleri olarak görürüz. Başka bir örnek de bitki dünyasından verilebilir. Ozmotik basınç sayesinde bitkiler de kökleri aracılığıyla kendileri için gerekli olan su ve besini topraktan alırlar.

Bitkilerin Dik Durmasını Ne Sağlar?

Ozmotik basınç, hipotonik ortamda, hücre içinin su ile dolmasına neden olur ve hücrenin genişlemesini sağlar. Bitki hücrelerinde ise hücre duvarı (çeperi) bu genişlemeye engel olur. Elbette bu esnada, içeriden hücre duvarına doğru bir baskı oluşur. Bu olaya turgor basıncı adı verilir. Turgor basıncı, otsu bitkilerin dik durmasını sağlar.

Ozmoz, Hipertonik Ortam ve Besin Kurutma

Gelgelelim kompostomuzun içeriği olan kuru kayısıya. Örneğimiz için neden yaş değil de kuru kayısıyı tercih ettik, şimdi onu açıklayalım. Amacımız kuru kayısı üzerinden meyve, sebze, et ve balık gibi gıda maddelerini koruma yöntemi olan “ozmotik kurutma”dan bahsetmek. Bu tür kurutma yöntemi için az önce saydığımız besinler, bütün ya da parçalar halinde, (diğer başka maddelerin yanı sıra) şeker ve tuz içeren yüksek derişimli çözeltilerin içine konulur. Diğer bir deyişle, bu tür ürünlerin yüksek derişimli bir ortama (hipertonik ortama) konulmasıyla suyun belli bir değere kadar üründen uzaklaştırılması sağlanır. Bu nedenle ozmotik kurutma, diğer besin koruma yöntemlerinden önce bir ön işlem olarak uygulanır. Kurutma işleminden geçmiş meyve ve sebzeleri büzüşmüş olarak görmemizin sebebi, hipertonik ortamda kalan hücrenin dışarıya su vererek küçülmesidir.

Ozmoz, İzotonik Ortam, Balıklar ve Kan Plazması

Hücrelerin aşırı genişlemesinden ve aşırı küçülmesinden kaçınmak için, bitkilerde olduğu gibi, hayvan organizmalarının da ozmotik basıncı kontrol edebilmesi elzemdir. Ancak hayvanlarda hücre duvarı yoktur. Onun yerine pek çok hayvan hücresi, proteinlerden ve küçük şeker zincirlerinden oluşmuş “hücre iskeleti (sitoskelet)” adı verilen bir yapıya sahiptir. Bu yapı, çok daha dar bir basınç aralığında, hücreyi patlamaktan ya da büzüşmekten alıkoyar. Bu sebeple çoğu organizma tatlı su ya da deniz suyu gibi belli ortamlarda yaşamak için özel mekanizmalar geliştirmişlerdir (balıkların evrimi buradaki yazımızdan okunabilir) Daha karmaşık canlılar ise sıvıların dışarıdan vücut içine sızmasını kabaca engelleyen deri yapısını geliştirmişlerdir (derinin evrimi için buradaki yazımız okunabilir).

O halde, balıklar ve diğer deniz canlıları tuzlu suya nasıl adapte olabilmişlerdir? Çoğu durumda, bu tür canlıların hücrelerinde, kara hayvanı hücrelerine kıyasla, çok daha yüksek çözünmüş madde derişimi vardır. Böylelikle, deniz canlıları (kendileri açısından) izotonik çözelti olan tuzlu suya adapte olmuşlardır. Biraz daha açıklayıcı olursak, tuzlu su ortamı deniz canlılarının hücreleri ile aynı çözünmüş madde derişimine sahiptir. Bu açıdan, örneğin, bir balık izotonik ortamdadır. Yani su, hücrenin içine hem girebilir hem de hücreden çıkabilir ve bu durum, canlı hücresi açısından hiçbir sorun oluşturmaz. İşte, deniz canlıları ozmozu bu şekilde dengede tutarak hayatta kalırlar.

İzotonik ortam sadece balıklar ya da diğer deniz canlıları için önemli olmayıp tıpta da pek çok uygulamada tüm önemiyle karşımıza çıkar. Ancak biz burada ozmozu dengede tutmanın, örneğin, kan naklinde ne kadar hayat kurtarıcı olduğundan bahsetmekle yetineceğiz. Nakil için saklanan alyuvarlar (kırmızı kan hücreleri), belli oranlarda tuzlara ve proteinlere sahip olan kan sıvısı (plazma) solüsyonu içerisinde muhafaza edilir. Bu solüsyon, hücrelerle izotoniktir, yani hücrelerle aynı derişime sahiptir. Şayet alyuvarlar hipotonik bir solüsyonda (hücrelerin sahip olduğundan daha düşük derişimli bir solüsyonda, örneğin saf suda) tutuluyor olsalardı, hücreler için hayli ölümcül olurdu çünkü ozmoz sayesinde su, hücrelere doğru çekilip onların şişmesine ve en nihayetinde patlamasına sebep olurdu. Eğer ki alyuvarlar hipertonik ortamda tutulsalardı, bu durumda da hücrelerden dışarıya doğru su kaybı oluşacağı için hücreler, tıpkı kuru üzüm gibi, büzüşürlerdi. Aslında, çoğu hastanenin kullandığı kan sıvısı solüsyonu, suyun hücre içine çekilip hücrenin patlamaması için çok hafif derecede hipertoniktir.

Özetle, esprili ama yerinde bir ifadeyle söyleyecek olursak ozmoz, suya giren pirincin şişmesi fakat kurutulmuş kayısının büzüşmesi hikayesidir. Umarız faydalı olmuştur.