Canlılığın Temel Birimi Hücre, Hücre Zarı, Hücre Zarından Madde Geçişi

Bir İngiliz bilim insanı olan Robert HOOKE, 1665 yılında basit bir mikroskopla hücreyi tanımladı. Daha sonraki yıllarda farklı bilim insanlarının katkılarıyla bütün canlılar için geçerli olan hücre teorisi ortaya çıktı. Günümüzde de geçerli olan hücre teorisi şu şekildedir:

Bütün canlılar, bir ya da daha fazla hücreden oluşur.
Hücre, canlılarda yapı ve görev bakımından en küçük birimdir.
Yeni hücreler, daha önce var olan bir hücrenin bölünmesi sonucu oluşurlar.
Hücreler katılım materyalleri içerir. Bu kalıtım materyalleri ana hücrelerden yavru hücrelere aktarılır.
Metabolik olayların tümü hücrelerde gerçekleşir.

Bazı özel durumlar dışında hücrelerin ortalama boyu 10-15 mikron (mikrometre) arasında değişir. Bilinen en büyük hücre, 75 mm çapındaki deve kuşu yumurtasıdır. Boy bakımından en uzun hücrelere örnek olarak sinir hücrelerini verebiliriz. Hücreler türden türe, dokudan dokuya ve yaptıkları işe göre şekil bakımından büyük değişiklikler gösterirler.

Ökaryot hücreler; hücre zarı, sitoplazma ve çekirdek olmak üzere üç kısımda incelenir.

Hücre Zarı

Hücreyi dış ortamdan ayıran hücre zarı en fazla 120 angström kalınlığındadır. 1972 yılında Singer ve Nicolson tarafından hücre zarının özelliklerini açıklayan akıcı-mozaik zar modeli ileri sürülmüştür. Bu modele göre zarın yapısında hareketli iki sıra lipit tabakası bulunur. Zardaki protein molekülleri bu lipit tabakasına kısmen veya tamamen gömülmüş ya da yüzeyden tutunmuştur.

Zardaki lipit ve protein molekülleri belli sınırlar içinde hareket eder. Hücre zarının yapısında lipit ve proteinlerle birlikte bir miktar da karbonhidrat bulunur. Bu karbonhidratlar proteinlere bağlanarak glikoproteinleri, lipitlere bağlanarak glikoproteini oluştururlar. Hücre zarındaki glikoproteinler; hücrelerin birbirini tanıması, hücreye alınacak maddelerin seçimi ve hücrenin uygun hormonlara cevap vermesi gibi fonksiyonları gerçekleştirir.

Hücre zarının en önemli özelliklerinden biri canlı ve seçici geçirgen olmasıdır. Küçük moleküller büyüklere göre, nötr maddeler iyonlara göre, negatif iyonlar pozitif iyonlara göre, yağda çözünen maddeler çözünmeyenlere göre, yağı çözen maddeler çözemeyenlere göre hücre zarından daha kolay geçer.

Hücre çeperi (hücre duvarı): Bitki hücreleri, mantar hücreleri, bakteriler, bazı arkeler ve bazı alglerde bulunur. Hayvansal hücrelerde yoktur. Hücre zarının dışında bulunan bu yapı, hücreye desteklik ve dayanıklılık sağlar. Bitkilerde hücre çeperinin yapısal bileşeni, bir polisakkarit olan selülozdur.

Hücre Zarından Madde Geçişi

Hücre zarından madde geçişi pasif taşıma , aktif taşıma, endositoz ve ekzositoz olmak üzere dört şekilde gerçekleşir. Küçük moleküller hücre zarından pasif ve aktif taşıma yoluyla, büyük moleküller ise endositoz ve ekzositoz yoluyla geçerler.

A. Pasif Taşıma

Pasif taşıma sırasında hücre, ATP harcamaz. Bu olayda moleküller çok yoğun bir ortamdan, az yoğun bir ortama doğru hareket ederler. Pasif taşıma canlı ve cansız tüm hücrelerde görülür.

Hücrelerde pasif taşıma difüzyon ve ozmos olmak üzere iki şekilde olur.

1. Difüzyon: Moleküllerin çok yoğun ortamdan, az yoğun ortama doğru yayılmalarına difüzyon denir. Difüzyon olayı yoğunluk farkına dayandığından, ortamdaki moleküller her tarafa eşit şekilde dağılıncaya kadar devam eder. Birçok maddenin hücre içine giriş ve çıkışı difüzyonda olur.

Kolaylaştırılmış Difüzyon: Bazı maddelerin hücre zarından difüzyonu, ancak taşıyıcı proteinler aracılığı ile mümkün olur. Bu olay kolaylaştırılmış difüzyon adını alır.Glikoz, fruktoz, galaktoz gibi şekerler ve amino asitlerin çoğu, zardan kolaylaştırılmış difüzyonla geçerler. Kolaylaştırılmış difüzyonda moleküller çok yoğun ortamdan, az yoğun ortama doğru taşınır ve bu sırada ATP harcanmaz.

2. Ozmos: Çözen maddenin (su moleküllerinin) yarı geçirgen zardan difüzyonuna ozmos denir. Aralarında yarı geçirgen zar bulunan farklı yoğunluktaki iki çözeltiden, daha fazla çözünmüş madde içeri, daha az çözünmüş madde içeren çözelti suyunun bir kısmını emer. Bu emme kuvvetine ozmotik basınç denir. Ozmotik basınç hücrede su miktarı arttıkça düşer, su miktarı azaldıkça yükselir. Suyun geçiş yönü ozmotik basıncın yüksek olduğu tarafa doğrudur.

Ozmos olayı hücrelerde şekil değişikliklerine yol açabilir. Bu değişiklikleri daha iyi kavrayabilmek için çözelti çeşitlerini bilmek gerekir.

İzotonik çözelti: Çözünmüş madde yoğunluğu, hücre içindeki çözünmüş madde yoğunluğuna eşit olan çözeltidir.

Hipertonik çözelti: Çözünmüş madde yoğunluğu, hücre içindeki çözünmüş madde yoğunluğundan fazla olan çözeltidir.

Hipotonik çözelti: Çözünmüş madde yoğunluğu, hücre içindeki çözünmüş madde yoğunluğundan az olan çözeltidir.

Canlılarda hücre içi ve hücre dışında bulunan maddelerin yoğunluğunda meydana gelen değişmelere bağlı olarak plazmoliz, deplazmoliz ve turgor adı verilen olaylar ortaya çıkar.

Plazmoliz: Bir bitki hücresi, kendisinden yoğun bir ortama (tuzlu su, şekerli su) konulduğunda su kaybederek büzülür ve hücre çeperinden içeri doğru uzaklaşır. Bu olaya plazmoliz denir.

Deplazmoliz: Plazmoliz olmuş bir hücre, saf su gibi hipertonik bir ortama konulduğunda su alarak eski haline döner. Bu olaya deplazmoliz denir.

Turgor: Saf su içinde kalarak normal biçimini almış hücreyi, aynı ortamda bekletmeye devam edersek kofula sürekli su girer. Hücrenin su alarak şişmesi olayına turgor denir. Hücre içindeki suyun, hücre zarına yaptığı basınca da turgor basıncı adı verilir. Turgor basıncı hücrede su miktarı arttıkça artar, su miktarı azaldıkça düşer.

Turgor basıncının fazla artması hayvan hücrelerinin patlamasına yol açabilir. Örneğin alyuvar hücreleri saf suda bekletilirse, zarlar parçalanır ve ölür. Bu olaya hemoliz denir.

B. Aktif Taşıma

Aktif taşıma sırasında hücre ATP harcayarak madde taşınmasını gerçekleştirir. Bu olayda moleküller az yoğun bir ortamdan, çok yoğun bir ortama doğru taşınırlar. Aktif taşıma, hücre zarındaki taşıyıcı enzimler yardımıyla gerçekleşir. Bu yolla hücre içine ya da hücre dışına glikoz, amino asitler ile sodyum ve potasyum gibi bazı iyonlar taşınabilir. Aktif taşıma canlı hücrelerde görülür. Enerji yetersizliğinde aktif taşıma durur, pasif taşıma devam eder. Aktif taşımada taşınacak madde zarın bir tarafında protein yapılı taşıyıcıya bağlanır. ATP’den sağlanan enerji ile taşıyıcı proteinde şekil değişikliği olur. Bu şekilde zarı geçen madde, diğer tarafta taşıyıcıdan ayrılır.

Aktif taşımanın mekanizması kolaylaştırılmış difüzyona benzer. Ancak moleküllerin az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçmesi ve geçiş sırasında ATP kullanılması nedeniyle kolaylaştırılmış difüzyondan farklılık gösterir.

C. Endositoz

Hücre zarından pasif veya aktif taşıma ile geçemeyen protein, polisakkarit gibi büyük moleküllü maddeler koful oluşturarak hücre içine alınır. Bu olaya endositoz denir. Hücre çeperinin varlığından dolayı endositoz, bitki hücrelerinde görülmez.

Endositoz, hücre içine alınan maddenin katı ya da sıvı oluşumuna göre fagositoz ve pinositoz şeklinde gerçekleşir.

Fagositoz: Hücre zarından geçemeyen büyük katı moleküllerin yalancı ayaklarla hücre içine alınmasıdır. Fagositoz olayı amip de olduğu gibi bazı tek hücreli canlılarda hücrenin beslenmesini sağlarken, çok hücreli canlılarda bir savunma aracıdır.

Pinositoz: Hücre zarından doğrudan geçemeyecek kadar büyük moleküllü sıvı maddelerin bir cep oluşturularak hücreye alınmasıdır. Vücudumuzda görev yapan hormonların büyük bir kısmı pinositoz yoluyla hücre içine alınır.

D. Ekzositoz

Hücre zarından geçemeyecek kadar büyük maddelerin hücre dışına atılması olayına ekzositoz denir. Ekzositoz yoluyla dışarıya verilen maddeler işe yaramayan artık ürünler olabileceği gibi, hücre tarafından özel olarak üretilen maddelerde (örneğin salgı maddeleri) olabilir.