Pasif Taşıma Nedir? Hücre Zarından Enerji Harcamadan Madde Geçişi Mümkün mü?

Hücre zarları, belirli maddelerin hücreye girmesine ve çıkmasına izin verirken zararlı maddelerin girmesini ve gerekli maddelerin dışarı çıkmasını engellemelidir. Başka bir deyişle hücre zarları seçici geçirgendir; bazı maddelerin geçmesine izin verirken diğerlerinin geçmesine izin vermezler. Bu seçiciliği kaybederlerse, hücre artık hayatını sürdüremez ve ölür.

Bazı hücreler belirli maddelere diğer hücrelere göre daha fazla ihtiyaç duyar; bu maddeleri hücre dışı sıvılardan elde etmenin bir yolu olmalıdır. Bu ihtiyaç belirli malzemelerin ileri geri hareket etmesiyle pasif olarak karşılanabilir veya hücrenin taşımayı sağlayan özel mekanizmaları devreye girebilir. Çoğu hücre, ATP formundaki enerjisinin çoğunu zarının iç ve dış taraflarında eşit olmayan bir iyon dağılımı oluşturmak ve sürdürmek için harcar. Plazma zarının yapısı bu işlevlere katkıda bulunur ancak bazı sorunları da beraberinde getirir.

Zar taşınmasının en doğrudan biçimi pasif taşımadır. Pasif taşıma doğal olarak meydana gelen bir olgudur ve hücrenin hareketi gerçekleştirmek için enerji harcamasını gerektirmez. Pasif taşımada, maddeler difüzyon adı verilen bir süreçle daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana doğru hareket eder. Tek bir maddenin farklı konsantrasyonlarının bulunduğu fiziksel bir alanın konsantrasyon gradyanına sahip olduğu söylenir.

Seçici Geçirgenlik

Hücre (plazma) zarları asimetriktir, yani fosfolipitlerin oluşturduğu ayna görüntüsüne rağmen zarın içi zarın dışıyla aynı değildir. Kanal veya pompa görevi gören integral proteinler tek yönlü çalışır. Lipitlere veya proteinlere bağlı karbonhidratlar da hücre zarının dış yüzeyinde bulunur. Bu karbonhidrat kompleksleri, hücrenin hücre dışı sıvıda ihtiyaç duyduğu maddeleri bağlamasına yardımcı olur. Bu durum, hücre zarlarının seçici doğasına önemli ölçüde katkıda bulunur.

Hücre zarlarının hidrofilik ve hidrofobik bölgeleri vardır. Bu özellik bazı maddelerin zar boyunca hareketine yardımcı olurken diğerlerinin hareketini engeller. Lipitte çözünen maddeler zarın hidrofobik lipit çekirdeğinden kolayca kayabilir. Yağda çözünen A, D, E ve K vitaminleri gibi maddeler de sindirim sistemi ve diğer dokulardaki hücrelerin hücre zarından kolayca geçer. Yağda çözünen ilaçlar da hücrelere kolaylıkla girer ve vücudun doku ve organlarına kolayca taşınır. Oksijen ve karbondioksit moleküllerinin yükü yoktur ve basit difüzyon yoluyla geçerler.

Su haricindeki polar maddelein zardan geçişi bazı sorunlar teşkil eder. Bazı polar moleküller hücrenin dışına kolayca bağlanırken, plazma zarının lipit çekirdeğinden kolayca geçemezler. Buna ek olarak küçük iyonlar zar mozaiğindeki boşluklardan kolayca geçebilirken, yükleri bunu yapmalarını engeller. Sodyum, potasyum, kalsiyum ve klorür gibi iyonların plazma zarlarına nüfuz etmek için özel bir aracı olmalıdır. Basit şekerler ve aminoasitler de plazma zarları boyunca taşınma konusunda yardıma ihtiyaç duyar.

Basit Difüzyon

Basit difüzyon pasif taşıma türlerinden biridir. Maddeler, konsantrasyonları alan boyunca eşitlenene kadar yüksek yoğunluklu bir alandan düşük yoğunluklu alana doğru hareket etme eğilimindedir.

Maddelerin hava yoluyla difüzyonuna aşina olabilirsiniz. Örneğin, insanlarla dolu bir odada bir şişe parfüm açan birini düşünün. Parfüm şişenin içinde en yüksek konsantrasyondadır ve odanın kenarlarında en düşük seviyededir. Parfüm buharı şişeden yayılacaktır ve yayıldıkça giderek daha fazla insan parfümün kokusunu alacaktır.

Materyaller de hücre sitozolü içinde difüzyon yoluyla hareket eder ve bazı materyaller plazma zarından difüzyon yoluyla geçer. Difüzyon sırasında hiçbir enerji harcanmaz. Aksine; farklı alanlardaki farklı malzeme konsantrasyonları potansiyel bir enerji biçimidir ve difüzyon, malzemeler konsantrasyon gradyanlarında yüksekten düşüğe doğru hareket ederken bu potansiyel enerjinin dağılmasıdır.

Libre Texts

Hücre dışı sıvı gibi bir ortamdaki her bir madde, diğer maddelerin konsantrasyon gradyanlarından bağımsız olarak kendi konsantrasyon gradyanına sahiptir. Ayrıca, her bir madde kendi gradyanına göre difüze olacaktır. Difüzyon hızını etkileyen çeşitli faktörler vardır:

• Konsantrasyon Gradyanının Kapsamı: Bölgeler arasındaki yoğunluk farkı ne kadar büyükse, difüzyon o kadar hızlı olur. Malzemenin dağılımı dengeye ne kadar yaklaşırsa, difüzyon o kadar yavaşlar.
• Difüze Olan Moleküllerin Kütlesi: Daha büyük kütleli moleküller daha yavaş hareket eder. Çünkü içinde hareket ettikleri maddenin molekülleri arasında hareket etmeleri daha zordur; bu nedenle daha yavaş yayılırlar.
• Sıcaklık: Daha yüksek sıcaklıklar ortamdaki enerjiyi ve dolayısıyla moleküllerin hareketini artırarak difüzyon hızını artırır.
• Çözücü Yoğunluğu: Çözücünün yoğunluğu arttıkça difüzyon hızı azalır. Moleküller daha yoğun ortamdan geçmekte daha çok zorlandıkları için yavaşlarlar.

Kolaylaştırılmış Difüzyon

Kolaylaştırılmış difüzyon, pasif taşımanın ikinci ve son türüdür. Kolaylaştırılmış difüzyon olarak da adlandırılan kolaylaştırılmış taşımada materyal, transmembran (taşıyıcı) proteinlerinin yardımıyla hücresel enerji harcamadan bir konsantrasyon gradyanında (yüksekten düşüğe) plazma zarı boyunca hareket eder. Bununla birlikte, kolaylaştırılmış difüzyon işlemine tabi tutulan maddeler, proteinlerin yardımı olmadan plazma zarı boyunca kolay veya hızlı bir şekilde difüze olmazlar. Polar maddeleri ve diğer maddeleri plazma zarı boyunca hareket ettirmenin çözümü, hücre zarı yüzeyini kaplayan proteinlerdir.

Bu süreçte aşınan madde ilk olarak hücre zarının dış yüzeyindeki protein veya glikoprotein reseptörlerine bağlanır. Böylece hücre tarafından ihtiyaç duyulan malzeme hücre dışı sıvıdan alınabilir. Maddeler daha sonra geçişlerini kolaylaştıran belirli integral proteinlere aktarılır, çünkü bunlar belirli maddelerin zardan geçmesine izin veren kanallar veya gözenekler oluştururlar. Kolaylaştırılmış difüzyonda görev alan integral proteinler topluca taşıma proteinleri olarak adlandırılır ve bunlar ya madde için kanallar oluşturur ya da taşıyıcı olarak işlev görürler.

Osmoz

Osmoz, suyun zar boyunca konsantrasyon gradyanına göre yarı geçirgen bir zardan difüzyonudur. Difüzyon, materyali zarlar boyunca ve hücreler içinde taşırken osmoz; bir zar boyunca yalnızca suyu taşır ve zar, çözünenlerin sudaki difüzyonunu sınırlar.

Osmoz, difüzyonun özel bir durumudur. Osmozda da su diğer maddeler gibi, daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana doğru hareket eder. Aşağıda görüldüğü gibi iki tarafını ayıran yarı geçirgen bir zarı olan bir beher düşünün. Zarın her iki tarafında da su seviyesi aynıdır, ancak zarı geçemeyen çözünmüş bir maddenin her iki taraftaki konsantrasyonları farklıdır. Suyun hacmi aynı, ancak çözünen madde konsantrasyonları farklıysa zarın her iki tarafında da farklı miktarda su, yani çözücü olacak şekilde osmoz gerçekleşir.

Libre Text

Difüzyonun prensibi, moleküllerin hareket etmesi ve eğer yapabilirlerse ortam boyunca eşit olarak yayılmalarıdır. Ancak, yalnızca zardan geçebilen malzeme zardan difüze olacaktır. Bu örnekte çözünen madde zardan geçemez, ancak su geçebilir. Su bu sistemde bir konsantrasyon gradyanına sahiptir. Bu nedenle, su konsantrasyon gradyanından aşağıya doğru difüze olacak ve zarı geçerek daha az konsantre olduğu tarafa geçecektir. Suyun zardan bu şekilde difüzyonu (osmoz) suyun konsantrasyon gradyanı sıfıra inene kadar devam edecektir. Osmoz canlı sistemlerde sürekli olarak devam eder.

Tonisite

Tonisite, bir çözeltideki çözünen madde miktarını tanımlar. Bir çözeltinin tonisitesinin ölçüsüne veya belirli bir çözelti miktarında çözünen toplam çözünen madde miktarına ozmolarite denir. Bir hücrenin ozmolaritesini, hücreleri içeren hücre dışı sıvının ozmolaritesiyle ilişkilendirmek için hipotonik, izotonik ve hipertonik olmak üzere üç terim kullanılır. Musluk suyu gibi hipotonik bir çözeltide hücre dışı sıvı, hücre içindeki sıvıdan daha düşük bir çözünen madde konsantrasyonuna sahiptir ve su hücreye girer. (Canlı sistemlerde referans noktası her zaman sitoplazmadır, bu nedenle "hipo-" ön eki hücre dışı sıvının hücre sitoplazmasından daha düşük bir çözünen madde konsantrasyonuna veya daha düşük bir ozmolariteye sahip olduğu anlamına gelir.) Bu aynı zamanda hücre dışı sıvının hücreden daha yüksek bir su konsantrasyonuna sahip olduğu anlamına gelir. Bu durumda, su konsantrasyon gradyanını takip edecek ve hücreye girecektir. Bu durum bir hayvan hücresinin patlamasına ya da parçalanmasına neden olabilir. Kan hücrelerinin bu şekilde patlamasına hemoliz adı verilir.

Hipertonik bir çözeltide ("hiper-" öneki hücre dışı sıvının hücre sitoplazmasından daha yüksek bir çözünen madde konsantrasyonuna sahip olduğunu ifade eder) sıvı, deniz suyu gibi hücreden daha az yoğunlukta su içerir. Hücre daha düşük bir çözünen madde konsantrasyonuna sahip olduğundan, su hücreyi terk edecektir. Aslında, çözünen madde suyu hücreden dışarı çekmektedir. Bu durum bir hayvan hücresinin büzüşmesine neden olabilir.

İzotonik bir çözeltide, hücre dışı sıvı hücre ile aynı ozmolariteye sahiptir. Hücredeki çözünen maddelerin konsantrasyonu hücre dışı sıvınınkiyle eşleşirse, hücre içine veya dışına net su hareketi olmayacaktır. Hipertonik, izotonik ve hipotonik çözeltilerdeki kan hücreleri karakteristik görünümler alır.

TechWorm

Bitkiler, mantarlar, bakteriler ve bazı protistler gibi bazı organizmalar hücre zarını çevreleyen ve hücre lizisini (parçalanmasını) önleyen hücre duvarlarına sahiptir. Hücre zarı yalnızca hücre duvarının sınırına kadar genişleyebilir, bu nedenle hücre parçalanmaz. Aslında, bitkilerdeki sitoplazma hücresel ortama kıyasla her zaman hafif hipertoniktir ve ortamda su mevcutsa, her zaman bir hücreye girecektir. Bu su akışı, bitkinin hücre duvarlarını sertleştiren turgor basıncını üretir. Odunsu olmayan bitkilerde turgor basıncı bitkiyi destekler. Bitki hücreleri hipertonik hale gelirse kuraklıkta olduğu gibi veya bir bitki yeterince sulanmazsa, su hücreyi terk edecektir. Bitkiler bu durumda turgor basıncını kaybeder ve solgunlaşır.

Inspirit

Özet

Pasif taşıma biçimleri olan basit difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon ve osmoz; küçük molekül ağırlıklı maddeleri hareket ettirir. Maddeler yüksek konsantrasyonlu alanlardan düşük konsantrasyonlu alanlara yayılır ve bu süreç madde sistemde eşit olarak dağılana kadar devam eder. Birden fazla maddenin bulunduğu çözeltilerde, her bir molekül türü kendi konsantrasyon gradyanına göre difüze olur. Difüzyon hızını konsantrasyon gradyanı, difüze olan parçacıkların boyutları ve sistemin sıcaklığı gibi birçok faktör etkileyebilir.

Canlı sistemlerde, maddelerin hücre içine ve dışına difüzyonuna hücre zarı aracılık eder. Bazı maddeler zardan kolayca difüze olurken, diğerleri engellenir ve geçişleri sadece protein kanalları ve taşıyıcılar tarafından mümkün kılınır. Canlıların kimyasal işleri sulu çözeltilerde gerçekleşir ve bu çözeltilerin konsantrasyonlarının dengelenmesi süregelen bir problemdir. Canlı sistemlerde, zar proteinleri olmadan bazı maddelerin difüzyonu yavaş veya zor olacaktır.