KONU BAŞLIKLARI. Molekül Hareketleri, Hücrenin Fiziksel Yapısı, Hücre zarının özellikleri ve görevleri Hücrede Zarında TaĢınma, (ilke ve çeģitleri)

KONU BAŞLIKLARI Molekül Hareketleri,

Hücrenin Fiziksel Yapısı,

Hücre zarının özellikleri ve görevleri Hücrede Zarında TaĢınma,

(ilke ve çeĢitleri)

Biyolojik sistemlerde süreçler, enzimlerin kontrolleri altında

oluĢurlar. Bu süreçteki kimyasal reaksiyonlar ve reaksiyonların hızı ise FĠZĠKSEL ETMENLERLE sınırlıdır.

En önemli fiziksel sınırlamalardan biri ise, reaksiyona girecek maddelerin reaksiyon bölgesine belirli hızlarla taĢınmasıdır.

Tüm

organizmalarda,

temel fonksiyonel

birim HÜCRE’dir

Hücre

Canlının, tüm canlılık işlevlerini yürütebilen temel birimine hücre denir.

Hücre iç bileşiminin sabit kalması için, membrandan net ileti belli bir hızda devam etmelidir.

Küçük Moleküller(Mikromoleküller), elektronlar, fotonlar, protonlar, iyonlar ve su

Orta büyüklükteki moleküller amino asitler ve şekerler, Makromoleküller proteinler ve DNA

Zardan geçen maddelerin çoğu seçime tabi tutulurlar.

Canlı sistemlerde, moleküler iletim ve moleküler dağılımda etkili olan birçok fiziksel süreç vardır.

Hücrelerde moleküler harekete;

•Elektriksel itme ve çekmeler,

•Van der Walls kuvvetleri,

•Membranın mekaniksel kuvvetleri etki eder.

Membranda madde iletiminin hangi mekanizmalarla olduğunu anlayabilmek için kısaca hücre yapısı ve ilgili fiziksel süreçleri inceleyeceğiz.

Hücre içi ve hücre dışı sıvılar arasındaki madde alışverişi, özel bir yapıya sahip olan hücre zarı (membran) aracılığı ile olur^.

Hücre zarı ya da plazma zarı hücrenin

organellerini ve sıvı içeriğini saran ve hücreye

yapısal bütünlük sağlayan ayrıca çok önemli

işlevleri yürüten seçici geçirgen bir yapıdır.

Yapısı: Hücre zarı baslıca protein ve

fosfolipitlerden oluĢmuĢ çift katlı bir sıvıdır.

Fosfolipit tabaka membranın sıvı bölümünü oluĢtururken, fosfolipitten oluĢmuĢ bu sıvı

tabaka içine gömülü halde bulunan proteinler

ise mozaik bölümünü oluĢtururlar.

Hücre Zarı

Polar (Kutuplu) Maddeler = Hidrofilik Polar Olmayan (Kutupsuz) Maddeler = Hidrofobik

Fosfolipid = Fosfat + Lipid

Baş Bölgesi Kuyruk Bölgesi

Polar Non-Polar

Hidrofilik Hidrofobik

Fosfolipid Topluluğu Sulu Ortamda ; -Misel

-Bilayer = Double Layer

Bir madde; Ya akıcı, hareketli, kararsız,

Ya da düzenli, kristalize, yüksek organizasyonlu Hücre membranının bilayer tabakası : Ġkisi de.

Singer ve Nicholson’un akışkan mozayik modeli (1972) Bilayer tabaka üzerindeki mozayikler = Proteinler

Hücre Zarındaki Proteinler:

-İçsel = Integral Proteinler -Yüzeyel = Periferal Proteinler

Hücre Zarının Kantitatif Özellikleri

Kalınlık = 6 - 10 nm

Kapasitans = 0.5 - 1.3 µF/cm²

Direnç = 10² - 10⁵ Ohm x cm²

Bozulma Potansiyeli = 100 - 150 mV

Su Geçirgenliği = (0.4 - 400) x 10^-6 m/s Yüzey Gerilimi = 0.03 - 0.1 N/m

ÖZELLĠKLERĠ:

• Kesintisiz olarak hücreyi çevrelerler

•Kalınlıkları 75-100 A⁰ kadardır

• Canlı-saydam ve esnektir

•Üzerinde por (8 A⁰)denilen delikler bulunur

•Seçici geçirgendir

•Zardaki proteinler enzim görevi yapar

•AkıĢkan bir yapıya sahiptir

•Elektriksel bakımdan yalıtkandır

Membranlar bir iç ve bir dıĢ yüzeye sahip asimetrik çit tabaka Ģeklinde yapılardır.

Bu tabaka Ģeklinde yapılar termodinamik olarak kararlı, metabolik olarak aktifler. Ve aralarında non- kovalent bağlar vardır.

Membranların yapısı, organizmalar arası, hücreler arası ve farklı organeller arası farklılıklar gösterir.

Farklı fonksiyon- farklı yapı

Yapıda değiĢim- fonksiyonda değiĢim

Plazma membranının fonksiyonları

•Bariyer

•Selektif permeabilite

•Reseptörler ve sinyal iletimi

•Endositoz, eksisitoz

•Tanıma ve hücreler arası iletiĢim

•Hücrenin Ģekil ve hareketi

► Hücre zarının en önemli özelliklerinden birisi seçici geçirgenlik özelligine sahip olmasıdır.

• Bu;

► homeostazis için ve

► hücrelerin uyarılması için gereklidir.

Membranlar Morfolojik yapılarına,

Geçirgenlik derecelerine,

Geçirgenlik derecelerini değiĢtirme yeteneklerine göre sınıflandırılırlar.

Geçirgenlik derecelerine göre-1

Semipermeabl membran (yarı geçirgen zar):

Bunlar sadece su molekülleri gibi küçük moleküllerin geçişine izin verirler relatif katı maddeleri - kristalloid, kolloid gibi- geçirmezler..

Ultrafiltre ve diyalizan zarlar:

Su ve tüm kristalloidlerin geçmesine izin verip kolloitlerin geçmesini kısıtlayan zarlardır.

Geçirgenlik derecelerine göre-2

Selective permeabl (seçici geçirgen ) membranlar:

Bir çözeltideki farklı özellikler taşıyan parçacıklardan bir kısmını geçirip diğer bir kısmının geçmesine imkan

vermeyen zarlardır. Kolloidlerin hiçbirini geçirmeyip kristalloidler için de seçici davranır. Örn. canlı

organizmadaki hücre zarları.

Geçirgenlik derecelerine göre-3

Uyarılabilen membranlar (sinir, kas hücresi membranları..) Uygun bir uyaranla membranın geçirgenliği değiĢtirilebilir (elektriksel uyaran, mekanik uyaran, transmitter olabilir).

Membrandan geçen madde miktarı ve geçiĢ hızı kontrol edilebilir.

Bir membrandan maddenin geçme hızını belirleyen 2 etmen vardır.

1- Hareketi oluĢturan kuvvetlerin Ģiddeti

(konsantrasyon gradyienti, elektriksel gradiyent, basınç gradiyenti)

2-Zarın geçirgenliği

Membran Transport sistemleri

1- TaĢınacak bileĢiğin özelliğine göre sınıflandırma 2- TaĢıyıcı proteinin varlığına göre sınıflandırma

1- Taşınacak bileşiğin özelliklerine göre sınıflandırma Küçük moleküllerin geçişi

Pasif Transport

Basit difüzyon

Kolaylaştırılmış Difüzyon Aktif transport

Büyük moleküllerin geçişi Endositoz

Eksositoz

2-Taşıyıcı Protein Varlığına Göre

a- Aracısız transport Basit difüzyon

b-Aracılı transport

Kolaylaştırılmış Difüzyon Aktif transport

HÜCRE ZARINDAN MADDE TAġINMASI

Canlılığın devam etmesi için bütün canlılar dışardan bazı maddeleri alıp, bazı artıkları dışarı atmak zorundadır.

Madde geçişleri hücre zarında olur.

 Porlardan küçük maddeler (Difüzyon, Osmoz ve Aktif taşıma)

Glikoz, fruktoz ve galaktoz.

Amino asit,Yağ asitleri ve gliserol,Vitamin.

Mineral, tuz ve sudur.

 Porlardan büyük maddeler (Ekzositoz ve Endositoz) Maltoz, sakkaroz ve laktoz

Yağ, Protein.

Nişasta, glikojen, selüloz ve kitindir.

Molekül Hareketleri

Maddelerin katı, sıvı, gaz olma durumlarına göre molekülleri hareketsiz, az hareketli veya çok

hareketlidirler.

Brown hareketi,

Sıvılarda ya da gazlarda bulunan çok küçük taneciklerin yaptıkları sürekli ve düzensiz hareketleri açıklar. Adı bulucusu Robert Brown'ın (1773-1858) adından kaynaklanan Brown hareketi, her parçacığa sıvı ya da gaz moleküllerinin çarpmasının sonucudur; çok küçük tanecikler içeren bir sıvı damlasının mikroskopta incelenmesi sırasında kolayca gözlenebilir ve sıvı ya da gaz moleküllerinin sürekli ve rastgele hareket halinde olduklarını ortaya koyar.

BROWN HAREKETĠ

Özellikle sıvılarda ve sıvılarda çözünen katı

moleküllerin hareketi bu tarzda olmakta, böylece moleküler difüzyon gerçekleĢebilmektedir.

DĠFÜZYON

Gaz veya sıvı moleküllerinin sahip oldukları kinetik enerji yardımıyla rastgele yer değiĢtirmesidir.

A- gazlar ve gazların difüzyonu, B- Sıvılar ve sıvıların difüzyonu, C- Katılar ve katıların difüzyonu

A- Gazlar ve gazların difüzyonu Belirli şekil ve hacimleri yoktur,

Moleküller birbirinden uzaktır. Bu nedenle çekim güçleri zayıftır.

Sahip oldukları kinetik enerji nedeniyle molekülleri devamlı hareket halindedir.

Bu hareket ısıyla artar ve bulundukları ortamın her tarafına dağılırlar.

B- Sıvılar ve sıvıların difüzyonu

Hareketleri yavaĢ, çekim güçleri fazladır.

Birbirlerini çektiklerinden bulundukları ortamın Ģeklini alırlar. Difüzyonları da moleküllerin kinetik enerjiye sahip

olmasından dolayıdır.

Katılar ve katıların difüzyonu

Moleküller arası çekim kuvveti fazla olduğundan bu kuvvet moleküllerin yer değiĢtirmesine engel olur. Bu yüzden hareketsizdirler ve Ģekilleri sabittir.

Molekülleri titreĢim halindedir.

Katı maddelerde serbest molekül hareketi değil de ancak titreĢim hareketi olduğundan, difüzyonları için bir çözücü tarafından eritilmeleri gerekir.

Solüt- katı madde, Solvent- çözücüye,

Solüsyon-Çözünme sonucu oluĢan karıĢıma denir.

Hücrede en iyi solvent sudur.

Solüsyon ve Solüsyon tipleri

Ġki ayrı yapının birbiri içinde eriyerek oluĢturduğu karıĢım solüsyondur.

A- hakiki gerçek solüsyon Suda dağılan partiküller < 1 mµ

Saydam olan solüsyonların suyu uçurulursa kristal halde kalır ve kristaloit adını da alırlar

B- Kolloid çözelti: Suda dağılan partiküllerin büyüklükleri 1-100 mµ arasındadır. Filtre edilemezler, kristal oluĢturmazlar, su molekülünün hareketi ile

taĢınamazlar fakat yinede ÇÖKMEZLER.????

Su içinde çözünen partiküller > 100 mµ

Kolloid çözelti partikülleri aynı elektrik yüküne sahip oldukları için birbirlerini iterler , buda partikülleri dağılmıĢ(disperse) halde tutar.

Sitoplazma proteinleri de izoelektrik noktasına göre alkali ortamda bulunduklarından yalnızca – yüklü olurlar ve sitoplazmanın iskeletini oluĢtururlar.

C-Süspansiyon

Su içinde çözünen partiküller > 100 mµ

Canlı sistemlerde çözücü moleküller SUDUR.

Hücre sıvısında(protoplazma) bulunan çözünmüş tuzlar, şekerler ve diğer maddeler hücreye belli bir yoğunluk ve osmotik basınç kazandırırlar.

Bu sayede hücre bulunduğu ortamın yoğunluğuna göre çevresiyle alışveriş yapabilir. Hücre, içinde bulunduğu solüsyon tipine göre durumunu değiştirir.

Buna göre solüsyonlar;

1- İzotonik solüsyonlar, 2-Hipotonik solüsyonlar, 3- Hipertonik solüsyonlar

Difüzyon-1

Bir kaba konan sıvı veya gaz şeklindeki

maddenin molekülleri, kabın her yerine ortalama olarak aynı konsantrasyonda dağılır.

Difüzyon-2

Bir maddenin çok olduğu yerden az olduğu yere geçmesidir.

Difüzyon;

Çok yoğundan az yoğuna doğru olur.

Porlardan küçük maddeler geçer.

Enerji harcanmaz.

Enzimler kullanılmaz.

Denge sağlanınca durur.

Gazların geçişi difüzyonla olur.

Gaz ve sıvılarda

Herhangi bir maddenin yoğunluğunun yüksek olduğu bir ortamdan, düşük olduğu ortama geçmesine

difüzyon denir.

Her iki ortamdaki madde yoğunluğu eşitleninceye kadar geçiş devam eder.

Madde yoğunluğundaki fark fazla ise difüzyon çok daha hızlı gerçekleşir.

1.av i

difüzyonun yönü



difüzyonda hareket tek yönlü değildir

 moleküller devamlı hareket halinde olduğundan, az yoğun ortamdan çok yoğun ortama da bir

miktar madde geçişi olur



iki yöne doğru olan difüzyon akımları

arasındaki fark net geçişi verir

difüzyonun gücü



Difüzyon akımının büyüklüğü çeşitli faktörlere bağlı olarak değişir:



konsantrasyon farkı



sıcaklık



molekül kitlesi



yüzey alanı



ortam hali

difüzyonun hızı



moleküller düz bir çizgide çok uzağa gidemezler

 dolayısıyla difüzyon süresi moleküllerin difüze olacakları mesafenin karesiyle orantılıdır



organizmada dolaşım sistemi

mesafeleri kısaltıcı işlev görür

►Diffüzyon hızı hangi faktörlere bağlıdır ?

• Gaz yada sıvı oluşlarına, gazlar daha hızlıdır.

► Isı,

ısı arttıkça difüzyon artar.

► Moleküllerin büyüklüğü, küçük daha hızlı.

► Difüzyon alanı,

alan arttıkça hız da artar.

► Membran kalınlığı

diffüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız azalır.

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin

Verileceği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t₀ = Madde yok

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin Verildiği

Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t₁ = Ortama madde verildi

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t₂ = Madde difüzyonu başladı

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t₃ = Madde difüzyonu (devam)

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t₄ = Madde X noktasına ulaştı

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t₅ = 0 noktasındaki kons. azalıyor

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t₆ = 0 - X arası doğrusal dağılım (STEADY-STATE ANI)

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t₇ = Doğrusal dağılım (devam)

Saf Madde C (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık

0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde Yok C=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t₈ = Madde dağılımı homojen (EQUILIBRIUM ANI)

membranlardan difüzyon

 hücre zarında difüzyon, aynı molekülün sudaki difüzyonundan çok daha yavaştır

 membranda difüzyonu sınırlayan esas faktör lipid çift tabakadır

 polar ve iyonize moleküller ya hiç ya da çok az difüze olur

 bir maddenin lipidlerde eriyebilirliğinin yüksek olması membranlardan daha kolay geçmesini sağlar

►Oksijen akciğerlerdeki alveollerden, difüzyon ile kana geçer. Kandan da oksijen yoğunluğunun düşük olduğu hücrelere geçer.

► Hücre solunumu sonucunda oluşan CO₂ difüzyon ile kana geçer. Kandan yine difüzyon ile CO₂alveollere

geçer soluk verme ile buradan dışarı atılır.

► Parçalanan besinlerden bazıları difüzyon ile ince bağırsaktan emilerek kana geçer.

osmoz; suyun difüzyonu

► su, polar bir molekül olmasına rağmen hücre zarından hızla difüze olur

► geçiş iki taraf arası osmolarite farkına göredir

► su, osmolaritesi düşük olan bölgeden yüksek osmolariteye sahip tarafa geçer

osmotik basınç

 bir solüsyonun osmotik basıncı = “saf su ile yanyana konduğunda, su difüzyonunu önleyebilmek için

uygulanması gereken basınç”

 osmotik basıncı arttıkça osmolarite de artar, su konsantrasyonu düşer

izotonik solüsyon = membrandan geçebilen mevcut madde konsantrasyonuna bakılmaksızın, 300 mOsm/l geçemeyen madde içeren solüsyon

hipertonik solüsyon = Membrandan geçebilen mevcut madde konsantrasyonuna bakılmaksızın, 300 mOsm/l’den fazla geçemeyen madde içeren solüsyon

hipotonik solüsyon = membrandan geçebilen mevcut madde konsantrasyonuna bakılmaksızın, 300 mOsm/l’den daha az geçemeyen madde içeren solüsyon

Hücrenin çevresi ile seçimli madde alışverişi yapması, gereksinim duyulan maddelerin kolaylıkla içeriye alınması, reaksiyonlar sonucu artık ürünlerin dışarıya atılması hücre zarları aracılığı ile gerçekleşir. Biyoelektrik olaylarda hücre zarlarının bir fonksiyonudur.

Hücre düzeyinde en önemli tanecik taşınımı konsantrasyon gradiyentle rinden kaynaklanır yani difüzyonla sağlanır.

DİFÜZYON

Fick I. Yasası

Maddenin moleküler kinetik teorisine göre, mutlak sıcaklığı T olan bir Ortam içindeki m kütleli moleküllerin ortalama kinetik enerjileri,

k= 1,38x10^-23 J/mol (Boltzman sabiti) olmak üzere,

Öte yandan , çözelti çok büyük olmayan bir v hızıyla hareket eden bir Molekül, hızı ile orantılı ve zıt yönlü

F=-fv sürtünme kuvveti etkisinde kalır

f:sürtünme katsayısı, taneciğin iriliğine, biçimine, ortamın viskosluğuna bağlıdır.

F= -6πηav ―› Stokes yasası f=^6πηa η: viskosluk katsayısı

a: yarıçap

Fick yasası ile maddenin kinetik teorisi sonuçlarının karşılaştırıl masından, D ile f arasında

D= kT/f yazılabilir

Difüzyon olayının temelinde moleküllerin gelişigüzel hareketleri

yatmaktadır. Bir molekül için gelişigüzel haraket sonrasında ortalama yer değiştirme

x²= 2 kT/f .t = 2Dt x²+y²= 4Dt

x²+y²+z²= 6Dt

ZARLARDA DİFÜZYON VE OZMOZ

Eğer zar kalınlığı x₂-x₁=δ kalınlığına sahip ise; o halde 1. Fick yasası M_dif=-D dc/dx ≈-D c₂-c₁/x₂-x₁=-P(c₂-c₁)

M_dif=P(c₁-c₂) P: permeabilite (geçirgenlik)

Örneğin; P_K ≈10^-8 m/s P_Na ≈10^-10 m/s

Osmotik Basınç: Yarı geçirgen bir zardan derişik çözelti tarafına su geçişini engellemek için çözeltiye uygulanması gerekli basınca çözel- tinin osmotik basıncı denir.

П = i c R T T: mutlak sıcaklık

R: 8,3145 J/K .mol genel gaz sbt i: çözünenin bir molekülünün

çözeltiye verdiği tanecik sayısı

TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR

1. Fick Yasası

Difüzyon akı yoğunluğu, konsantrasyon gradienti ile doğru orantılıdır.

dx J = -D dc

J(mol/m²s) : Difüzyon akı yoğunluğu

TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR

2. Nernst Denge Denklemi

Bir iyonun, bir membranla ayrılmış iki hacimdeki konsantrasyonları eşit değilse, bu konsantrasyon farkından kaynaklanan elektriksel potansiyel farkı hesaplamayı sağlayan, yani bu konsantrasyon farkını dengeleyecek potansiyeli hesaplamayı sağlayan denkleme Nernst Denge Denklemi adı verilir.

C_i ^dış ln

RT E=

F C_i ^iç

R = 8.3143 J K^-1 mol^-1 T = 37 ⁰C = 310 ⁰K F = 96500 Cmol^-1

= 0.0267 Volt RT

F

E^Cl- = -90 mV E^K+ = -98 mV E^Na+ = +66 mV

TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR

3. Gibbs-Donnan Dengesi

Nernst Denge Denkleminin özel bir durumudur. Ortamlardan birisinde membranı kesinlikle geçemeyecek bir maddenin bulunması halinde, iki iyon arasındaki dengenin sağlanabilmesi için gerekli iç ve dış konsantrasyonları hesaplamak için kullanılır.

[Cl^-]_dış

=

[K⁺]_iç

[K⁺]_dış [Cl^-]_iç

FİCK Kanunu :

Difüzyon Hızı :

D : Difüzyon sabiti A : Membran alanı

K : Partisyon katsayısı

Delta x : Membran kalınlığı

Difüzyon Hızı :

D.A.K. ( C_dış – C_iç ) Delta _X

D.A.K. C dış Membran kalınlığı

OSMOS ve OSMOTĠK BASINÇ

2. Osmoz



Suyun difüzyonudur. Yani suyun çok olduğu yerden (yoğunluk az) suyun az

olduğu (yoğunluk çok) yere suyun geçişidir.

Özellikleri



Su, çok olduğu yerden az olduğu yere geçer.



Su porlardan küçüktür.



Enerji harcanmaz.



Enzimler kullanılmaz.



Denge sağlanınca durur.

Konsantrasyon Gradienti =

++++++

Hidrostatik Basınç Farkı =

0

Konsantrasyon Gradienti =

+++++

Hidrostatik Basınç Farkı =

+

Konsantrasyon Gradienti =

++++

Hidrostatik Basınç Farkı =

++

Konsantrasyon Gradienti =

+++

Hidrostatik Basınç Farkı =

+++

Farklı iki çözeltiyi ayıran yarı geçirgen bir zardan suyun geçmesine karşın, bir takım iyon vb. maddelerin geçememesi, difüzyonun özel bir durumudur ve OSMOS olarak adlandırılır.

Osmotik Basınç



Hücre yoğunluğundan dolayı, hücre dışındaki suyun hücreye girmek için dışardan zarlara yaptığı basınçtır.



Yoğunluk arttıkça osmotik basınç artar.

Osmozla Ġlgili Deneyler

Bir hücre kendisinden daha yoğun bir ortama konursa, su kaybederek büzüşür. Buna, Plazmoliz denir.

Bir Hücrenin Çok Yoğun Ortama (Hipertonik) Konması

• Su hücre zarı içerisinden, solütlerin az suyun fazla olduğu ortamdan, solütlerin yoğun suyun az olduğu ortama doğru hareket eder - osmosis

• Ekstraselluler [NaCl], intracelluler [solute] ortamla dengededir

• Denge Na-K ATPase pompası tarafından devam ettirilir

düşük [solüt] yüksek [solüt]

osmotik

basınç H₂O H₂O

H₂O H₂O

gerilir büzülür

Osmotik dengenin sürekliliği

Osmos



Düşük solüt

konsantrasyonundan yüksek solüt

konsantrasyonlu

bölgeye doğru suyun

hareketi

Osmoz

Filtrasyon

Aslında bu da difüzyon olayıdır. Glomerüler filtrasyon bir difüzyon olayı gibi kabul edilebilir.

Burada konsantrasyondan ziyade basınçtan söz edilebilir.

Ancak albumin gibi 66 000 dalton ağırlığındaki molekülleri filtre edemez.

İlkeleri

• Büyüklük

• Konsantrasyon farklılıkları

• Lipid içerisinde çözünebilme

• Elektriksel yük

Hücre zarında taşınma

• Lipid çift tabakası pratik olarak suda çözünen moleküllere karşı (hydrophilic/lipophobic) impermeabeldır.

• Hücrelerin suda çözünmüş besinlerin girişine (şekerler, amino asitler, vs), son ürünlerin atılmasına ve iyon konsantrasyonlarının kontrol edilmesine (H⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, vs) ihtiyaçları vardır

• Membran transport proteinleri spesifik moleküllerin giriş çıkışını sağlarlar (örn Na⁺ - K⁺ değil, glukoz – fruktoz değil)

• Her bir tip membran hücreye veya organellere girip çıkacak solütlerin miktarını ayarlayan karakteristik transport proteinlerini bulundurur

protein-free suni lipid çift tabaka

Hücre membranı

Membran transportu

I.BASİT DİFÜZYON :

Difüzyonun kuralları ;

Yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona geçiştir

Enerji gerektirmez

Difüzyonun kaideleri tamamen pH partisyon teorisine dayanır

Her iki kompartmanda konsantrasyon eşitleninceye kadar devam eder

Kanlanma ve yüzey genişse geçiş kolay olur (Kanlanma az olduğu için, adipoz dokuda difüzyon hemen durur, eşitlenir.)

MEMBRANDAN GEÇİŞ ŞEKİLLERİ

• Çoğu hücreler zarlarında bir voltaja (potansiyel farka) sahiptirler - membran potansiyeli

• Membran potansiyeli bütün yüklü moleküllerin (iyonlar) zardaki hareketlerini etkiler

• Plazma zarının sitoplazmik tarafı, dış tarafına nazaran genellikle negatif potansiyele sahiptir

• Elektrostatik kuvvet katyonları hücre içine ve anyonları hücre dışına iter

• Böylece, eğer yüklü solütlerin membrandan diffüzyonu gerçekleşirse, iki kuvvet göz önüne alınmalıdır:

• (a) Transmembran konsantrasyon gradyanı (kimyasal potansiyel)

• (b) Transmembran potansiyel farkı (Membran potansiyeli)

• Net etkili kuvvet = Elektrokimyasal gradyan

Elektrokimyasal gradyan-1

potansiyeli Zar yok

in out

İç tarafı negatif zar potansiyeli

Katyon transportu iyileştirilir

İç tarafı pozitif zar potansiyeli

Katyon transportu zayıflar

Elektrokimyasal gradyan-2

Basit difüzyon

• Basit difüzyon hücre membranında iki yol izlenerek gerçekleştirilir:

– 1- Özellikle difüze olacak madde yağda eriyorsa çift katlı lipit tabakasının

aralıklarından,

– 2- Taşıyıcı proteinlerin su dolu kanallarından.

Lipitte eriyen maddelerin difüzyonu

• Lipitte eriyen maddelerin çift katlı lipit tabakadaki hızını belirleyen en önemli faktörlerden birisi o maddenin lipitteki eriyebilirliğidir.

• Örneğin oksijen, karbondioksit, azot ve alkolün lipitte çözünürlüğü yüksektir.

• Bütün bu maddeler çift katlı lipit tabakada doğrudan çözünürler ve sudaki çözeltilerinde olduğu gibi difüzyona uğrarlar.

• Bu nedenle özellikle oksijen hücrelere bu şekilde kolaylıkla, sanki hücre zarı hiç yokmuş gibi

iletilir.

Moleküllerin membranı geçebilirlikleri, büyüklüklerine ve yağda çözünürlüklerine bağlıdır

Su, molekül ve iyonlar ancak çift tabakanın hidrofobik iç kısmından diffüze olarak geçebilirler

İyonlar, şeker ve aminoasitler gibi polar moleküller membranı çok yavaş geçerler

!! Bunun için hücre zarında taşıyıcı proteinler yer alır

Basit diffüzyon

 Solütler, yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona kendi kinetik hareketleri ile diffüze olurlar. Yön,

konsantrasyon gradyanı tarafından belirlenir (yokuş aşağı).

 Fosfolipit tabakanın hidrofobik olan ara bölgesi pekçok solüt ve iyonun basit düffüzyonuna engel olur.

Alkol, eter

Amino asitler, gliserol, yağ asitleri, inorganik tuzlar, asit ve bazların iyonları, disakkaritler (sakkaroz, maltoz,

laktoz) Protein,

polisakkaritler, fosfolipitler

Maddelerin diffüzyon

dereceleri

Hücre membranındaki difüzyon olayı basit difüzyon ve kolaylastırılmıs difüzyon diye iki alt gruba ayrılır.

Suyun difüzyonu

• Su molekülleri lipitte erimedigi halde protein kanallarından her iki yönde de kolaylıkla geçerler.

• Öyleki alyuvar membranında saniyede difüzyona uğrayan suyun toplam miktarı alyuvar hacminin yaklaşık 100 katıdır.

• Lipitte erimeyen öteki moleküller eğer yeteri kadar küçük iseler su molekülleri gibi protein kanallarından geçebilirler.

• Molekül büyüklüğü arttıkça geçis hızı da yavaşlar.

• Protein kanalları genellikle belirli maddelere karsı seçici geçirgendirler ve kanalların çoğu kapılarla açılıp kapanırlar.

Kolaylaştırılmış Difüzyon:

• Kolaylaştırılmış difüzyona aynı zamanda tasıyıcı- aracılığı ile difüzyon da denir.

• Çünkü bir maddenin bu şekilde taşınması özel taşıyıcı bir protein yardımı olmaksızın gerçekleşmez.

• Glikoz ve amino asitler yağda erimezler ve bu yolla hücre içine taşınırlar.

Kolaylastırılmıs Difüzyon-I

• Örneğin amino asit taşınmasını bu yolla

açıklamak istersek, hücre içine girmesi gereken molekül zarda bulunan özel taşıyıcı proteine

geçici olarak bağlanır ve lipitte eriyebilen yeni bir bileşik oluşur.

• Aminoasit-tasıyıcı protein kompleksi plazma membranını geçer ve amino asit sitoplazmaya bırakılır. ^•

Gerektiğinde taşıyıcı protein diğer amino asitler içinde taşıyıcılık görevi yürütebilir.

• Bu olayda ATP formundaki hücre enerjisi kullanılmaz, yalnızca tasıyıcı proteinlerin iç yapıları degisir.

• Glikoz da 45000 molekül agırlıgındaki bir tasıyıcı

protein aracılıgı ile hücre içine alınır ve insülin hormonu glikozun kolaylaştırılmış difüzyonunu 10-20 kat

artırabilir.

Difüzyon hızı hangi faktörlere baglıdır ?

• Gaz yada sıvı oluslarına, – gazlar daha hızlıdır.

• Isı,

– ısı arttıkça difüzyon artar.

• Moleküllerin büyüklügü, – küçük daha hızlı.

• Difüzyon alanı,

– alan arttıkça hız da artar.

• Membran kalınlıgı

– difüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız azalır.

Ozmoz (Osmos-Geçisme)-Su geçisi

• Moleküller ve iyonlar devamlı hareket ederler, bu

moleküllerin ve iyonların birbirlerine ve bulundukları kabın çeperine çarpmalarından osmotik basınç meydana gelir.

• Yarı geçirgen bir zarla ayrılmış bir ortamda suyun osmotik basıncın yüksek olduğu taraftan, düşük olan tarafa doğru bir geçme eğilimi vardır.

• Geçis çok yoğun ortamdan, az yoğun ortama doğru olur ve suyun basıncı zarın her iki tarafında eşitlenince durur, bu olaya ozmoz denir.

izotonik

• Canlı hücrelerin, kendi hücre içi yoğunlukları, içinde bulundukları çözeltinin (solüsyonun) yoğunluğuna eşit olduğu zaman (izotonik-isotonic) su molekülü konsantrasyonu da eşittir, böylece su molekülleri hücreden içeri ve dışarı aynı oranda hareket ederler, su moleküllerinin net hareket sürekliliği sıfırdır.

• Vücut sıvıları izotonik sıvılardır.

Hipertonik

• Hücreler kendi yoğunluklarından, daha

yoğun bir çözelti içinde (hipertonik-hypertonic)

bulundukları zaman , su hücreden ayrılır ve hücrenin büzülmesine, kurumasına ve belki de ölümüne yol açar.

Hipotonik

• Hücreler, kendi yoğunluklarından, daha az yogun bir çözelti içinde bulundukları zaman (hipotonik-hypotonic) hücre bu

solüsyon üzerinde osmotik basınç yapar ve su hücre içine doğru hareket eder.

• Hücre içine giren su onun şişmesine, büyümesine belki de patlamasına yol açar.

Filtrasyon (Filtration)

► Bir membranın iki yüzü arasındaki hidrostatik basınç farkı nedeniyle, basıncın yüksek olduğu taraftan az olduğu tarafa doğru sıvı ve beraberinde erimiş küçük moleküllerin

geçisine filtrasyon (süzülme) denir.

► Vücutta filtrasyona örnek kapillerlerdeki ve böreklerdeki taşıma olayları gösterilebilir.

► Kapillerlerdeki olay basınç farkı nedeniyle su ve suda erimis partiküllerin damar dışına çıkısıdır (dokulararası sıvıya geçisidir).

► Filtrasyonda proteinler gibi büyük moleküller damar dışına geçemez.

Molekül ne kadar küçükse katman arasından o kadar hızlı diffüze olur

Molekül su ile ne kadar zayıf bağlanırsa çift katmandan o kadar hızlı diffüze olur Lipitlerde eriyebilirliği, moleküler

büyüklüğü, yükü.

Isı, zarın yüzey alanı, kalınlığı...

Diffüzyonu etkileyen faktörler

Difüzyon hızı hangi faktörlere baglıdır ?

• Gaz yada sıvı oluslarına, – gazlar daha hızlıdır.

• Isı,

– ısı arttıkça difüzyon artar.

• Moleküllerin büyüklügü, – küçük daha hızlı.

• Difüzyon alanı,

– alan arttıkça hız da artar.

• Membran kalınlıgı

– difüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız azalır.

KOLAYLAġTIRILMIġ DĠFÜZYON

Permeaz adı verilen proteinlerce gerçekleĢtirilen taĢıma tipidir.

Herbir permeaz sadece bir iyon veya bir molekülü geçirir.

Herbir taĢıyıcı protein, taĢıyıcı solutun tutunacağı, özel bir bölge ihtiva eder.

solüt

durum

A durum

B Dış taraf

İç taraf solüt bağlantı taşıyıcı yeri

protein

Konsantrasyon gradyanı

lipid

katmanı

örn memeli KC hücreleri glukoz taşıyıcısı

Farklı yöne doğru transportun derecesi zardaki konsantrasyon gradyanı ile belirlenir. Hep konsantrasyon gradyanı yönündedir (Yokuş aşağı)

Kolaylaştırılmış diffüzyon

DeğiĢmeli difüzyon; TaĢıyıcı ile meydana gelir. Alınan ve atılan molekül veya iyon miktarları birbirine

eĢittir.??????

Her taĢıyıcı bir taraftan diğer tarafa hareket ederken yüklenmektedir demektedir. Ġyonik hareketler nötraldir- yani birebir aynı tür iyon değiĢimi olur. Metabolik

zehirlerden etkilenmediğinden, metabolik enerji değil, kinetik enerjinin kullanıldığı kabul edilmektedir.

Dizi halinde difüzyon;

Pasif ve Elektro difüzyon

Dizi halinde difüzyon; Hücre zarında 8A⁰ çapında ve birbirinden belirli aralıklarla ayrılmıĢ porlar vardır.

Porlardan maddenin difüzyon süreciyle geçiĢinde, genel fifüzyon kurallarıyla birlikte 3 etki daha rol oynar.

1- Porun çapı, geçecek olan maddenin çapı porun çapından küçük olmalıdır,

2-Geçmekte olan maddelerin elektrik yükü,

3- Porun geçirgenliğini değiĢtiren etkiler. Örn;Hücre dıĢında Ca’un artması-geçirgenliğin azalmasına

Pasif ve Elektro Difüzyon;

Ġç yapısından ötürü her biyolojik hücre zarı, molekül ve Ġyonların içlerinden geçmesine karĢın bir miktar direnç gösterir.

Üç tip taşıyıcı

•Uniport: Tek bir molekülün taşınması

•Symport: İki farklı molekülü aynı yönde taşır

•Antiport: İki farklı molekülü farklı yönlerde

taşır

KolaylaĢtırılmıĢ difüzyonK

Taşıyıcı molekül vardır,

Yoğun konsantrasyondan, düşük konsantrasyona doğrudur,

Pasif difüzyondur, enerji harcanmaz^.

Kolaylaştırılmış diffüzyon

İntegral transmembran proteinleri (kanal ve taşıyıcılar) spesifik moleküllerin zarı geçmelerine izin verirler.

Basit diffüzyonda akı konsantrasyon gradyanı

ile artarken, basitleştirilmiş olan akı bir

doygunluk değerine ulaşır

Kolaylaştırılmış Difüzyon;

gerektirmez.

Iyon Intrasellüler Ekstrasellüler

Na⁺ 5-15 mM 145 mM

K⁺ 140 mM 5 mM

Mg²⁺ 0.5 mM 1-2 mM

Ca²⁺ 10^-7 mM 1-2 mM

H⁺ 10^-7.2 M (pH 7.2) 10^-7.4 M (pH 7.4)

Cl^- 5-15 mM 110 mM

sabit anyonlar yüksek 0 mM

[intrasellüler] ortam [ekstraselluler] ortamdan çok farklıdır katyonlar (+yüklü türler) anyonlarla dengelenir (- yüklü)

Intrasellüler ve ekstrasellüler iyon konsantrasyonları

• Zar etrafındaki konsantrasyon gradyanı passif diffüzyonun yönünü ve oranını belirler.

• Moleküller yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük

konsantrasyonlu bölgeye hareket ederler (“yokuş aşağı”

transport)

• Basit diffüzyon: moleküller lipid çift tabakasını rahatça geçerler

• Kolaylaştırılmış diffüzyon: taşıyıcı protein aracılı diffüzyon (enerji gerektirmez)

Özet- Pasif transport-1

lipid katmanı

basit

diffüzyon kanal-

aracılı taşıyıcı aracılı

pasif transport aktif transport taşıyıcı

protein

konsantrasyon gradyanı

Taşınacak madde

Özet-Pasif transport-2

(Basitleştirilmiş diffüzyon)

Küçük moleküllerin ve iyonların hücre zarında taşınması



Pasif taşıma



Aktif taşıma

Büyük moleküllerin hücre zarında taşınması

 Endositoz

Pinositoz

Fagositoz

Reseptör aracılı endositoz

 Ekzositoz

Endositoz

• Lipitler ve protein gibi büyük moleküllerin ve büyük

miktarlardaki suyun hücre içine girişi endositoz yoluyla olur.

• Materyal hücre zarı ile sarılır ve hücre içine alınır.

Endositoz sekilleri

• Pinositoz,

• Reseptör aracılıklı endositoz,

• Fagositoz

Pinositoz;

• Hücrenin içmesi anlamına gelir.

• Hücre dısı sıvısı küçük damlacıklar halinde hücre içine alınır.

• Bu sıvı içinde çözünmüs herhangi bir materyal varsa (düşük molekül agırlıklı besinler, amino asitler, glikoz, vitaminler ve diger maddeler gibi) sıvıyla birlikte onlarda hücre içine alınırlar.

• Böbrek hücreleri pinositoz kullanımına örnek pekçok hücreden birisidir.

Reseptör aracılıklı endositoz;

• Hücre dışındaki makromolekülü tanıyıp ona bağlanan özel reseptör aracılığıyla oluşur.

• Reseptöre bağlanan madde ligand olarak isimlendirilir.

• Reseptör-ligand kompleksini ihtiva eden eden hücre zarı bölgesi endositoza uğrar.

• Bu yolla taşımanın spesifik örnegi LDL nin (düşük molekül ağırlıklı lipoprotein) hücre içine alınmasıdır.

• Yeni membran oluşturmak için gerekli olan kolesterolün çoğu LDL olarak bu yolla hücre içine taşınmaktadır.

Fagositoz(Phagocytosis)

• Kelime olarak "Hücrenin Yemesi" anlamına gelir.

• Fagositozda, hücre bakteri, besin gibi katı maddeleri içine alır (yutar) .

• Hücre zarının uzantıları maddenin ya da bakterinin etrafını sarar ve onu gövdenin içine çeker.İ çeri giren bu madde

sitoplazmada yüzmeye baslar.

• Örneğin beyaz kan hücreleri bakterileri böyle yutarlar, sonra lizozomlar bakterilerin etrafını saran hücre zarını eritirler ve güçlü enzimleriyle bakterileri parçalarlar.

Egzositoz

• Endositozun tersi durumdur.

• Hücre dısına atılacak sitoplazmik veziküller plazma membranı ile birleşir ve hücre dışına atılırlar.

• Egzositoz ile hücre içinde sindirilemeyen partiküller

atıldığı gibi, sinir hücrelerince sentezlenen transmitterler ve bez hücrelerince sentezlenen hormon ve benzeri

gerekli, faydalı maddeler de bu yolla hücre dışına taşınır.

Özet olarak



Hücre zarı

 Protein, fosfolipid ve karbonhidratlardan oluşur



Hücre zarı

 Koruma, bütünlük, madde giriş-çıkışını kontrol, haberleşme ve hc. organellerinin hareket

etmesine yardımcı olur



Hücre zarında taşınma

 Büyüklük, konsantrasyon farklılıkları, lipid

içerisinde çözünebilme ve elektriksel yüke göre taşınma sistemi belirlenir

Membranlar; çift katlı lipit tabakalarıdır ve protein + karbonhidrattan oluĢur.

Membran, statik değildir. Hareketli bir yapıya sahiptir.

Lipitler yan hareketlidir. Karbonhidratlar lipid veya proteinlere bağlı halde bulunurlar. Buna göre; glikolipid veya glikoprotein olarak adlandırılırlar.

Membran modelinde sıvı mozaik modeli kabul edilmektedir.

Lipid çözünürlüğü fazla olan maddeler membranları kolaylıkla geçerler (suda çözünenler zor geçer).

Polarite;

çözünürlük özelliği vardır. Polaritesi yüksek maddelerin lipid çözünürlüğü azdır. Membranları zor geçerler.

Glikoprotein uzantıları genelde hücre dışına bakar ve hücrenin kimliğini oluşturur. Bu yüzden önemlidir. (örn: kan grupları , CA hücreleri). Bir kısım glikoproteinler ise lipidde

kanallar oluştururlar (voltaj değişikliklerinde geçişe imkan veren kanallar). İç ve dış yüzeye bakan internal ve eksternal

proteinlerin yanında, kanalları oluşturan intrinsik proteinler de vardır.

Bir maddenin lipid çözünürlük düzeyi

partisyon

katsayısı

PARTİSYON KATSAYISI

Partisyon Katsayısı x 100 : %’de Partisyon Katsayısı Maddenin iyonizasyon derecesi çok önemlidir. Ne kadar noniyonize ise, lipid çözünürlüğü o kadar fazladır ve

membranları kolaylıkla geçer. İyonize madde ise, zor geçer (lipidde az çözünür). Bu ilişkiyi inceleyen pH partisyon teorisi vardır. Bir madde hangi pasajda ne kadar noniyonize formda ise en fazla oradan emilir.

Lipid çözünür Nonpolar Noniyonik Partisyon Katsayısı yüksek ise membranları kolay geçer.

Yağda çözünürlük Suda çözünürlük C (yağ)

C (su)