Hücre Zarının İşleyişini İnceleyelim

Bilmekte Fayda Var!

Kan Besin Maddelerini Hücrelere Taşır mı?

Tükettiğimiz yiyeceklerin içindeki besin maddeleri kan dolaşımı aracılığıyla hücrelerimize ulaşır. Besinler ya da biyokimyasal süreçler için ihtiyaç duyulan diğer maddeler kandan hücrelerin içine geçer, metabolik faaliyetler sonucu açığa çıkan atık maddeler ise hücrelerin dışına atılır. Peki hücrenin içi ve dışı arasındaki bu madde transferi nasıl gerçekleşiyor olabilir?

Hücre İçi ve Dışı Arasında Madde Nasıl Taşınır?

Hücre zarının bu süreçte çok önemli rolü vardır. Hücre zarı sadece belirli maddeleri hücrenin içine alır, yine sadece belirli maddelerin hücrenin dışına çıkmasına izin verir. Hücre zarının bu özelliği seçici geçirgenlik olarak isimlendirilir.

Hücrelerin içi ve dışı arasındaki madde alışverişi farklı yollarla gerçekleşebilir. Bunlardan biri de difüzyondur.

Difüzyon Nedir? Difüzyonda ATP Harcanır mı?

Difüzyon, taneciklerin çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru hareket etmesi olarak tanımlanabilir. Difüzyon hareketi, hücre zarının içindeki ve dışındaki madde derişimi eşit olunca durur. Difüzyon yoluyla madde transferinde enerji (ATP) harcanmaz.

Aktif Taşıma ve Pasif Taşıma Nedir?

Hücre zarından madde geçişi sırasında enerji harcanmıyorsa bu tür geçişler pasif taşıma, enerji harcanıyorsa aktif taşıma olarak isimlendirilir. Aktif taşımada maddeler az yoğun ortamdan çok yoğun ortama enerji harcanarak taşınır.

Bu hareketi daha iyi anlamak için elinizdeki bir bardak suyun içine bir damla gıda boyası damlattığınızı hayal edin. Gıda boyasının içinde boya moleküllerinin derişimi yüksektir. Gıda boyasını suyun içine damlattığınızda boya moleküleri, su-gıda boyası karışımının içindeki boya derişimi karışımın tamamında eşit oluncaya kadar suyun içinde dağılacaktır.

Örneğin yediğiniz bir çikolata sindirime uğrayarak glikoz moleküllerine kadar parçalanır. Glikoz molekülleri dolaşım sistemi ile hücrelerinizin bulunduğu ortama ulaşır. Glikoz moleküllerinin yoğunluğu hücrenin dışında hücrenin içine göre daha yüksektir. Bu durumda glikoz molekülleri hücre zarında bulunan ve glikoza bağlanabilen proteinler aracılığıyla hücre zarında por adı verilen geçitlerden hücrenin iç kısmına doğru taşınır. Bu hareket, hücrenin içi ve dışı arasındaki glikoz derişimi dengeleninceye kadar devam eder.

Deneyler köşesinin bu projesinde, hücrenin dışı ile içi arasında maddelerin nasıl taşındığını inceliyoruz.

Nelere İhtiyacımız Var?

Agar agar tozu (Pastacılık malzemeleri satan yerlerde ya da aktarlarda bulabilirsiniz.)
Fenolftalein pH belirteci (Kırmızı lahanadan pH belirteci yapabilirsiniz.)
Amonyak (Amonyak bazlı cam temizleyicileri kullanabilirsiniz.)
Su
Sirke
Isıya dayanıklı kap
Cezve
Çay kaşığı
Su bardağı
Damlalık
Bıçak
Cetvel

Uyarı:

Kesici ve delici aletleri kullanırken dikkatli olalım.

Sıcak cisimlerin elimizi yakmamasına dikkat edelim.

Ne Yapıyoruz?

Ne Oldu?

Sirkede beklettiğimiz küplerin kenar kısımlarının renk değiştirerek pembeden şeffafa döndüğünü gözlemledik. Sirke asidik özellikte bir maddedir. Sirkeyi su ile karıştırdığımızda çözeltinin içindeki artı yüklü hidrojen yani hidronyum iyonlarının derişimi artar. Agar agar küplerini sirkenin içine koyduğumuzda artı yüklü hidrojen iyonları, küplerin içine doğru difüzyonla taşınır. Çünkü sirke-su çözeltisinin içindeki artı yüklü hidrojen iyonlarının derişimi agar agar küplerinin içindekinden yüksektir.

Fenolftalein artı yüklü hidrojen iyonları ile kimyasal olarak etkileştiğinde pembe rengini kaybeder ve renksiz hâle dönüşür. Sirke küplere daha çok nüfuz ettikçe küplerin içindeki pembe bölümün giderek azaldığını görürüz.

Hücre Zarının İşleyişini İnceleyelim #3

chromatos / iStock

Fenolftalein bir pH belirtecidir. Fenolftalein, ortamın pH derecesi 8,5-9’un altındayken renksiz, üstündeyken pembe renktedir.

Sirkenin küplere ne kadar nüfuz ettiğini belirlemek için öncelikle her bir küpün hacmini hesaplayalım.

Küpün Kenar Uzunluğu	Küpün Yüzey Alanı	Hacim	Yüzey Alanı / Hacim
1 cm	6 cm²	1 cm³	6 cm^-1
2 cm	24 cm²	8 cm³	3 cm^-1
3 cm	54 cm²	27 cm³	2 cm^-1

Şimdi de bir cetvel kullanarak agar agar küplerinin pembe kalan bölümlerinin uzunluklarını ölçerek hacimlerini hesaplayalım.

‘

Her bir küpün toplam hacminden pembe kalan bölümün hacmini çıkarıp sirkenin etki ettiği bölümün hacmini hesaplayalım.

Son olarak her bir küpteki sirkenin etki ettiği bölümün hacmini küpün hacmine bölüp yüzle çarparak, sirkenin etki ettiği hacmin tüm hacme oranını yüzde olarak bulalım.

Küplerin Hacmi	Pembe Renkteki Bölümün Kenar Uzunluğu	Pembe Renkteki Bölümün Hacmi	Sirkenin Etki Ettiği Bölümün Hacmi	Sirkenin Etki Ettiği Hacmin Tüm Hacme Oranı (%)
1 cm³	0,4 cm	0,064 cm³	1-0,064= 0,936 cm³	0,936/1 x100 = %93,6
8 cm³	1,6 cm	4,096 cm³	8-4,096= 3,904 cm³	3,904/8×100 = %48,8
27 cm³	2,7 cm	19,683 cm³	27-19,683= 7,317 cm³	7,317/27×100 = %27,1

Çizelgenin en sağ sütununda yer alan oranları incelediğimizde, küp büyüdükçe sirkenin etki ettiği hacmin küpün hacmine oranının azaldığını görürüz. Peki ama neden?

Küpün kenar uzunluğu arttıkça hacminin de arttığını görürüz. Küpün kenar uzunluğu 1 cm’den 2 cm’ye çıktığında hacmi 1 cm³ten 8 cm³e 8 kat, kenar uzunluğu 3 cm’ye çıktığında ise hacmi 27 cm³e 27 kat artar.

Kenar uzunluğu 1 cm’den 2 cm’ye çıktığında yüzey alanı 6 cm²den 24 cm²ye 4 kat, kenar uzunluğu 3 cm’ye çıktığında yüzey alanı 54 cm²ye 9 kat artar.

Sirke, küpün içine ancak yüzeyinden girebilir. Bu nedenle yüzey alanı-hacim oranı azaldıkça sirkenin difüzyonla tüm küpe yayılması için geçen süre önemli ölçüde artar.

Yaptığımız deneyde agar agar küplerini sirkenin içinde beklettiğimiz 10 dakikanın sonunda, sirke kenar uzunluğu 1 cm olan küçük agar agar küpünün hacimsel olarak %93,6’sına etki ederken, kenar uzunluğu 2 cm olan agar agar küpünün %48,8’ine, kenar uzunluğu 3 cm olan büyük agar agar küpünün ise %27,1’ine etki etti.

Hücrelerdeki madde giriş-çıkışı hücre zarı boyunca gerçekleşir. Hücreler büyüdükçe tıpkı deneyimizdeki küpler gibi yüzey alanı/hacim oranları azalır. Örneğin bakteri hücreleri insan hücrelerine kıyasla çok daha küçüktür ve bakteri hücrelerinin yüzey alanı/hacim oranı insan hücrelerininkinden daha büyüktür. Bu nedenle insan gibi daha gelişmiş ve büyük hücrelere sahip canlılarda hücrelere yetecek miktarda madde giriş-çıkışı olabilmesi için difüzyon gibi pasif taşıma süreçlerinin yanı sıra enerjinin harcandığı madde taşıma süreçleri de gerçekleşir.

Sözlük:

Derişim: Belirli bir hacimdeki madde miktarı.

Hücre Zarının İşleyişini İnceleyelim