HÜCRESEL SOLUNUM

6
HÜCRESEL
SOLUNUM
ENERJİ KULLANIMI
Enerji iş yapma yeteneği olarak tanımlanır. Bütün canlılar, yaşamsal işlemleri
yürütmek ve böylece canlı kalabilmek için sürekli olarak enerji sağlanmak zorundadır. Bu
enerjinin bir kısmı, fiziksel ya da mekanik çalışma için gereklidir. Uçan bir kuş bir uçak
gibi enerji ister. Dam inşa eden bir kunduzun veya toprakta oyuk açan bir solucanın, bir
inşaatta çalışan veya yerde hareket eden makine gibi enerjiye ihtiyacı vardır. Hatta,
bahar
akşamında
şarkı
söyleyen
ağaç
kurbağalarının
da
bir
radyo
gibi
enerji
gereksinimleri vardır. Canlıların hareketlerinin çoğu enerji gerektirir. Enerji daha belirsiz
amaçlar için de gereklidir. Basitlerinden daha karmaşık bileşiklerin sentezi ve pek çok
durumda, materyallerin hücre zarından taşınması enerji gerektirir.
Son yıllarda herkes enerjinin, endüstriyel gelişmede gördüğü işten dolayı öneminin ve
değerinin bilincindedir. Günlük işlerimizde kullandığımız enerjinin bir kısmı akarsulardan,
bir kısmı nükleer enerjiden ve bir kısmı doğrudan solar radyasyondan sağlanırken, büyük
bir kısmı petrol ve doğal gaz gibi yakıtların yakılmasından açığa çıkmaktadır. Bir yakıtın
yanması ısı ve ışık şeklinde enerji açığa çıkarır. Bu ısı daha sonra, ısı enerjisinin diğer
enerji şekillerine dönüştürülmesiyle makine ve elektrik jeneratörlerini çalıştırmada
kullanılabilir. Yakıtın yanması, yapısındaki karbon ve hidrojenin, karbondioksit ve su
oluşturarak havanın oksijeni ile birleştiği kimyasal bir işlemdir. Yakıtlar, büyük kısmı,
yanmadaki kimyasal değişmeler sırasında ısı olarak açığa çıkan depolanmış kimyasal
enerji içerirler.
6-1
Besinlerden Enerji Sağlanması
Canlılar besinlerinde depolanmış enerjiyi kullanırlar. Karbonhidratlar enerji için en
yaygın olarak yıkılan besinlerdir. Bu enerji, pek çok durumda, yanma benzeri kimyasal
değişikliklerle açığa çıkarılır. Ancak, organizmalar besinleri parçaladıklarında, enerjinin
sadece bir kısmı ısı enerjisi olarak açığa çıkar ve vücut sıcaklığının korunmasında bu
enerji kullanılır. Geri kalan enerji kimyasal yapıda saklanır. Organizmalar canlılık
işlevlerini yürütmek için sadece kimyasal enerji kullanabilirler. Canlılar iş yapmak için ısı
enerjisi kullanamazlar. Bu nedenle, enerjinin açığa çıkması ile sonuçlanan besinin
yıkımının, karbonhidrat ile oksijen arasında, doğrudan bir tepkime olmadan meydana
gelmesi şaşırtıcı olmamalıdır. Besin yıkımı, aksine, yüksek enerjili yeni bileşiklerin
oluşumuna bağlı pek çok küçük kimyasal basamaklarda meydana gelir.
Besinlerde depolanmış enerjinin açığa çıkması her bir organizmanın ayrı hücreleri
içinde başarılmaktadır. Bu işlemin tamamına hücresel solunum denir. Bu bölümde,
58
hücrenin besinlerden enerji açığa çıkarması işlemi ile bu enerjinin hücrenin kendisi ve bir
bütün olarak organizmanın canlılık işlevlerinin yararına sunulması değerlendirilmektedir.
Energy from organic compounds
Further information: Cellular respiration, fermentation, carbohydrate catabolism, fat catabolism and protein catabolism
Carbohydrate catabolism is the breakdown of carbohydrates into smaller units. Carbohydrates are usually taken into cells once they have
been digested into monosaccharides.[32] Once inside, the major route of breakdown is glycolysis, where sugars such as glucose and fructose
are converted into pyruvate and some ATP is generated.[33] Pyruvate is an intermediate (aracı, ortaç) in several metabolic pathways, but
the majority is converted to acetyl-CoA and fed into the citric acid cycle. Although some more ATP is generated in the citric acid cycle,
the most important product is NADH, which is made from NAD+ as the acetyl-CoA is oxidized. This oxidation releases carbon dioxide as a
waste product. In anaerobic conditions, glycolysis produces lactate, through the enzyme lactate dehydrogenase re-oxidizing NADH to NAD+
for re-use in glycolysis. An alternative route for glucose breakdown is the pentose phosphate pathway, which reduces the coenzyme NADPH
and produces pentose sugars such as ribose, the sugar component of nucleic acids.
Fats are catabolised by hydrolysis to free fatty acids and glycerol. The glycerol enters glycolysis and the fatty acids are broken down by beta
oxidation to release acetyl-CoA, which then is fed into the citric acid cycle. Fatty acids release more energy upon oxidation than
carbohydrates because carbohydrates contain more oxygen in their structures.
Amino acids are either used to synthesize proteins and other biomolecules, or oxidized to urea and carbon dioxide as a source of energy.[34]
The oxidation pathway starts with the removal of the amino group by a transaminase. The amino group is fed into the urea cycle, leaving a
deaminated carbon skeleton in the form of a keto acid. Several of these keto acids are intermediates in the citric acid cycle, for example the
deamination of glutamate forms α-ketoglutarate.[35] The glucogenic amino acids can also be converted into glucose, through gluconeogenesis
(discussed below).[36]
Asetil koenzim A veya Acetyl-CoA metabolizmada önemli bir moleküldür ve pek çok
biyokimyasal tepkimelerde kullanılır. Metabolizmanın aktarım merkezi olarak anılır.
Temel işlevi, asetil grup (CH3CO) içindeki karbon atomlarını enerji üretiminde
yükseltgenmek için sitrik asit döngüsüne (Krebs döngüsü) aktarmaktır. Koenzim A
(CoASH veya CoA)’nın yapısı, bir amit bağı ile vitamin pantothenic aside bağlı bir βmercaptoethylamine gruptan ibarettir. Acetyl-CoA asetil grubu β-mercaptoethylamine’nin
sulfhydryl kısmına “yüksek enerjili” bir thioester ile bağlıdır. Acetyl-CoA’yı “yüksek
enerjili” bir bileşik yapan bu thioester bağıdır. Bu thioester bağının hidrolizi yüksek
59
ekzergoniktir (-31.5 kJ). Asetil-CoA glikolizde karbonhidratların yıkımı yanında yağ asidi
oksidasyonu sırasında üretilir ve sitrik asit döngüsüne girer.
ENERJİNİN DEPOLANMASI VE AKTARIMI
6-2
ATP ve ADP
Hücre solunumu sırasında açığa çıkan enerji doğrudan kullanılmaz. Önce ATP olarak
kısaltılan, adenozin trifosfat denilen bir bileşiğin moleküllerinde “denk” yapılır. Şekil 6-1
ATP molekülünün yapısını göstermektedir.
ADENOZİN TRİFOSFAT (ATP)
ADENOZİN DİFOSFAT (ADP)
ADENİN
yüksek enerji bağı
FOSFATLAR
RİBOZ
Şekil 6-1. ATP ve ADP’nin Yapısı
Molekülün ana kısmı bir riboz molekülü ile birleşmiş bir adenin molekülünden ibarettir.
Adenin DNA ve RNA 'da bulunan azotlu bazlardan biridir. Riboz RNA 'da bulunan 5karbonlu şekerdir. Bu ikisinin birleşimine adenozin adı verilir. ATP 'de, adenozine sıra ile
bağlanmış üç fosfat grubu vardır. Bu fosfat gruplarının DNA ve RNA yapısının da parçası
olduklarını biliyoruz. Hücrenin, bu aynı moleküler birimleri farklı amaçlar için kullanması
ilginçtir. Canlılık kimyasında kimyasal grupların bu tür çok yönlü kullanımının pek çok
örnekleri vardır.
ATP molekülünün enerji depolaması kadar önemli yönü, son fosfat grubunu moleküle
birleştiren bağla ilgilidir. Bu bağ dalgalı bir çizgi ile gösterilmiştir. Bu sembol, bu bağın
oransal olarak büyük bir miktarda enerji içerdiğini belirtmektedir. Buna bir yüksek enerji
bağı denir. Üçüncü fosfat ATP 'den ayrılır ve başka bir bileşiğe bağlanırsa, bu diğer
60
bileşiğe enerji aktarır. Bu aktarıma fosforilasyon denir. Fosforilasyon biyokimyasal
tepkimelerde kimyasal enerji aktarımının yaygın bir yoludur.
ATP 'den bir fosfat grubu uzaklaştırıldığında, geride kalan moleküle adenozin
difosfat ya da ADP adı verilir. ADP, ATP 'den daha düşük bir enerji halindeki bir bileşiktir.
İkinci fosfatı da yüksek enerjili bir bağ ile bağlanmıştır, fakat bu bağ hücrede bir enerji
kaynağı olarak çok az kullanılır.
6-3
ATP İçin Enerji Kaynağı
Hücre solunumu sırasında, besin moleküllerinin kademeli yıkımı ile serbest kalan
enerji, ATP molekülü olarak yüksek-enerjili haline geri dönmesi için, üçüncü fosfatın ADP
'ye tutturulmasında kullanılır. ATP o zaman, bazı kimyasal işlemler için enerjisine ihtiyaç
duyulan hücrenin herhangi bir kısmında kullanılabilir.
Hücrelerin enerji sağladıkları besin maddelerinin en yaygını glikoz şekeridir. Glikoz
hücre
solunumu
için
çoğunlukla
molekülünün enerjisi ile,
başlangıç
noktasıdır.
Bir
hücre,
bir
tek
glikoz
36 moleküle kadar ADP 'den ATP oluşturabilir. Bir molekül
glikozun yıkılmasından sağlanabilen bu toplam enerji gerçekte 36 'ya varan küçük birime
bölünür. Eğer bu enerji bir atılımda serbest bırakılmış olsaydı, hücrenin kullanması için
çok fazla olmuş olacaktı. Hücrenin bu kadar fazla enerjinin tamamını bir defada
kullanabilmesinin hiç bir yolu yoktur. Bununla birlikte, bir tek ATP molekülündeki enerji
miktarı, hücrede enerji gerektiren ortalama bir tepkime için hemen hemen tam
uygundur. Böylece bu küçük birimlerde denk yapılan enerji hücre gereksinimleri için
uygun ve yeterlidir.
6-4
Oksidasyon-Redüksiyon Tepkimeleri
Glikozdaki enerjinin kullanılması ile ATP meydana getiren ana basamakların izlenmesi
ilgi çekicidir. Kimyasal oksidasyon ve redüksiyon düşüncesi bu adımları anlamamıza
yardımcı olabilir. Başlangıçta, oksidasyon terimi oksijenle birleşmeyi ifade ediyordu.
Daha sonra, kimyacılar, bu terimin anlamını oksijenle birleşmeye benzer tepkimelerdeki
ilgili elektronların yer değiştirmelerini kapsayacak kadar genişlettiler. Oksidasyonun bu
genişletilmiş anlamı, bir molekül veya bir atomun elektron kaybettiği herhangi bir
kimyasal değişikliğe işaret etmektedir. Örneğin, sodyum, klorla birleştiğinde, sodyum
atomu bir elektron kaybeder. Bu bir oksidasyon örneğidir. Sodyum atomu oksidize oldu
denir.
Aynı zamanda, klor atomu bir elektron kazanır. Elektron kazanmaya redüksiyon
denir. Klor atomu redükte oldu denir. Oksidasyon ve rdüksiyon her zaman tepkimeler çifti
olarak meydana gelirler. Bir madde oksidize olduğunda, diğeri mutlaka redükte olur. Bu,
oksidize olan bu maddenin verdiği elektronların, redükte olan başka bir madde tarafından
alınmasıdır. Bu reaksiyonlar çiftine oksidasyon-redüksiyon tepkimeleri denir.
Bazı oksidasyon-redüksiyon tepkimelerinde bir elektron, bir hidrojen atomunun parçası
olarak aktarılır. Bu, bir bileşiğin hidrojen atomlarını diğerine aktarabilmesidir. Hidrojen
61
atomlarının yitirilmesi bir oksidasyon şeklidir. Hidrojen atomlarının kazanılması bir
redüksiyon şeklidir.
Oksidasyon-redüksiyon tepkimeleri bir enerji aktarımı ile ilgilidir. Oksidize olan bir
madde (elektronlar ya da hidrojen kaybeder) çoğunlukla enerji kaybeder. Enerji, redükte
olan maddeye elektronlar ya da hidrojen atomları ile taşınır. Böylece bu madde enerji
kazanır. Hücre solunumunda, glikozun yıkılması ile serbest kalan enerjinin hemen
tamamı, öncelikle hidrojen atomları ile taşınır. Hücrede glikozun oksidasyonu gerçekte
hidrojen atomlarının bir kaybıdır, oksijenle bir tepkime değildir.
6-5
Hidrojen Alıcıları
Hücre solunumunda glikozun yıkılması pek çok kimyasal basamakların bir dizisi olarak
meydana gelir. Canlı hücrede özel bir sonuca götüren bir kimyasal tepkimeler dizisine
biyokimyasal yol denir. Hücre solunumu yolunun bazı noktalarında, ilgili bileşiklerden biri
hidrojen atomlarını vererek oksidize olur. Meydana gelen bu oksidasyonda, başka bir
bileşik hidrojeni alır ve indirgenir. Bu oksidasyon-redüksiyon basamaklarının her biri özel
bir enzimin faaliyetini gerektirir. Her bir enzim, bundan sonra, katalizlediği tepkimede
hidrojen alıcısı olarak davranacak bir koenzime gereksinim duyar.
Hücre solunumunda hidrojen alıcıları olarak rol oynayan koenzimlerden bir tanesi NAD
(nikotinamit adenin dinükleotit) olarak simgelenir. Diğeri FAD (flavin adenin dinükleotit)
'dir. Bu moleküllerden her biri iki hidrojen atomu alabilirler, böylece redüksiyona
uğrarlar:
NAD + 2H
NADH2
FAD + 2H
FADH2
Bu NAD redüksiyonunun gösterilmesinin basit bir yoludur. NAD 'nın oksidize olan şekli
gerçekte pozitif bir yük taşır. Dolayısıyla, NAD 'ın redüksiyonunun daha gerçek bir eşitliği:
NAD+ + 2H
NADH + H+
Hidrojen atomları koenzimlere aktarıldıkça, koenzim molekülleri de enerji kazanır.
Böylece indirgenmiş koenzimler hidrojen ve ek enerji taşırlar. Bu geçici bir iş durumudur.
Tepkimelerin diğer dizilerinde, koenzimler hidrojen verir ve yükseltilmiş şekillerine geri
dönerler. Bu sırada, koenzimlerin taşıdığı fazla enerji ADP 'den ATP oluşturulmasında
kullanılır. Oksijen, su meydana getirerek hidrojenin son alıcısı olarak rol oynar. Aşağıda
bu işlemlerin bazı ayrıntıları değerlendirilecektir.
ANAEROBİK SOLUNUM
6-6
Solunum Çeşitleri
Hücre solunumu işleminde, glikoz daha basit bileşiklere yıkılır. Glikoz molekülünde
kimyasal bağlarda tutulan enerji açığa çıkarılır ve ADP ile fosfattan ATP oluşturmak için kullanılır.
62
Organizmaların pek çoğunda, solunum, serbest oksijenin varlığında yürütülür. Oksijen
havadan veya içinde çözündüğü sudan sağlanır. Bu tür solunuma aerobik solunum
denir. Aerobik solunumda, glikoz tamamen karbondioksit ve suya oksidize edilir ve
kendisinden en yüksek miktarda enerji açığa çıkarılır.
Maya ve pek çok bakteri formlarını içeren bazı bir hücreli organizmalar, oksijen
olmadan hücre solunumu yapabilirler. Buna anaerobik solunum denir. Anaerobik
solunumda, glikoz molekülünün sadece kısmen bir yıkımı meydana gelir. Oransal olarak
glikozdaki kimyasal enerjinin çok azı açığa çıkarılır ve ATP olarak depolanır.
Aerobik ve anaerobik solunumun ilk adımları aynıdır. Bu nedenle, önce solunum bu iki
şeklinde ortak adımları kapsayan kimyasal yol incelenecektir.
Cellular respiration in a typical eukaryotic cell.
Cellular respiration, also known as 'oxidative metabolism', is one of the key ways a cell gains useful energy. It is the set of the metabolic
reactions and processes that take place in organisms' cells to convert biochemical energy from nutrients into adenosine triphosphate (ATP),
and then release waste products. The reactions involved in respiration are catabolic reactions that involve the oxidation of one molecule and
the reduction of another.
Nutrients commonly used by animal and plant cells in respiration include glucose, amino acids and fatty acids, and a common oxidizing
agent (electron acceptor) is molecular oxygen (O2). Bacteria and archaea can also be lithotrophs and these organisms may respire using a
broad range of inorganic molecules as electron donors and acceptors, such as sulfur, metal ions, methane or hydrogen. Organisms that use
oxygen as a final electron acceptor in respiration are described as aerobic, while those that do not are referred to as anaerobic[1].
The energy released in respiration is used to synthesize ATP to store this energy. The energy stored in ATP can then be used to drive
processes requiring energy, including biosynthesis, locomotion or transportation of molecules across cell membranes.
Aerobic respiration
6-7
Glikozun Yıkımı (Glikoliz)
Solunumun ilk adımları fosforilasyon tepkimeleridir. Bu tepkimelerde, iki fosfat grubu
glikoz molekülüne tutturulur. Bu adımlar enerji gerektirir. Enerji ve fosfat grupları iki ATP
molekülünün ADP 'ye yıkılmasından elde edilir. Enerjilenmiş glikoz molekülü, daha sonra
kendisini fosfogliseraldehid (PGAL) denilen 3-karbonlu bir bileşiğin iki molekülüne
parçalayan bir kimyasal tepkime dizisine girer. Ardından, PGAL iki hidrojen atomu
kaybederek oksidize olur ve pirüvik asit denilen 3-karbonlu başka bir bileşiğe değişir.
PGAL 'ın oksidasyonu enerji salar. Bu enerjinin bir kısmı doğrudan iki ATP oluşturmak için
kullanılır. Aynı zamanda, PGAL 'dan ayrılan hidrojen, NADH 2 oluşturan NAD tarafından
63
alınır. NADH2
de daha sonraki bir durumda ATP oluşturmak için kullanılabilecek bir
miktar enerji taşır. Glikoz molekülünün 3-karbonlu pirüvik asit molekülüne yıkılması
işlemine glikoliz denir (Şekil 6-2).
Glikoliz ile meydana gelen her bir pirüvik asit molekülüne karşılık, iki ATP oluşturulur. Bir
glikoz molekülü parçalandığında iki pirüvik asit molekülü meydana gelir, her glikoz
molekülünden toplam dört ATP oluşturulur. Glikoz molekülünün enerjilenmesinde iki ATP
kullanılır. Böylece glikolizin net enerji verimi, her bir glikoz molekülü için iki ATP 'dir.
2H
2 ATP
PGAL
(3C)
2 ADP
2 ATP
GLUCOSE
(6C)
NADH2
NAD
PYRUVIC
ACID
(3C)
2 ADP
2 ADP
PGAL
(3C)
2 ATP
PYRUVIC
ACID
(3C)
NAD
2H
NADH2
Şekil 6-2.Glikoliz
Pyruvic acid (CH3COCOOH) is an organic acid. It is also a ketone, as well as being the simplest alpha-keto acid. The carboxylate (COOH) ion (anion) of pyruvic acid, CH3COCOO-, is
known as pyruvate, and is a key intersection in several metabolic pathways. It can be made from glucose through glycolysis, supplies energy to living cells in the citric acid cycle, and can
also be converted to carbohydrates via gluconeogenesis, to fatty acids or energy through acetyl-CoA, to the amino acid alanine and to ethanol.
Fermentation
Main article: Fermentation
64
Without oxygen, pyruvate is not metabolized by cellular respiration but undergoes a process of fermentation. The pyruvate is not transported into the mitochondrion, but remains in the
cytoplasm, where it is converted to waste products that may be removed from the cell. This serves the purpose of oxidizing the hydrogen carriers so that they can perform glycolysis again
and removing the excess pyruvate. This waste product varies depending on the organism. In skeletal muscles, the waste product is lactic acid. This type of fermentation is called lactic acid
fermentation. In yeast, the waste products are ethanol and carbon dioxide. This type of fermentation is known as alcoholic or ethanol fermentation. The ATP generated in this process is
made by substrate-level phosphorylation, which does not require oxygen.
Fermentation is less efficient at using the energy from glucose since 2 ATP are produced per glucose, compared to the 38 ATP per glucose produced by aerobic respiration. This is because
the waste products of fermentation still contain plenty of energy. Ethanol, for example, can be used in gasoline (petrol) solutions. Glycolytic ATP, however, is created more quickly. For
prokaryotes to continue a rapid growth rate when they are shifted from an aerobic environment to an anaerobic environment, they must increase the rate of the glycolytic reactions. For
multicellular organisms, during short bursts of strenuous activity, muscle cells use fermentation to supplement the ATP production from the slower aerobic respiration, so fermentation may
be used by a cell even before the oxygen levels are depleted, as is the case in sports that do not require athletes to pace themselves, such as sprinting.
Acetic acid, CH3COOH, also known as ethanoic acid, is an organic acid, which gives vinegar its sour taste and pungent smell. It is a weak acid, in
that it is only partially dissociated acid in an aqueous solution. Pure, water-free acetic acid (glacial acetic acid) is a colourless liquid that absorbs
water from the environment (hygroscopy), and freezes at 16.5 °C (62 °F) to a colourless crystalline solid. The pure acid, and concentrated solutions,
are dangerously corrosive.
6-8
Mayalanma
Anaerobik organizmalarda, enerji glikoliz işleminden sağlanır. Bu işlemde, glikoz,
pirüvik
aside
dönüştürülür
ve
NAD,
NADH2
'ye
indirgenir.
Özel
organizmanın
metabolizmasına bağlı olarak, birkaç farklı kimyasal değişiklik izlenebilir. Her durumda
pirüvik asit, tekrar kullanılabilecek NAD 'ye yükseltgendiği NADH 2 'den hidrojenleri alır.
Ancak, hiç bir fazla ATP üretilmez. Bu sırda pirüvik asit diğer bileşiklere çevrilir. Maya
hücrelerinde, pirüvik asit etil alkol ve karbondioksite dönüştürülür (Şekil 6-3). Belirli
bakterilerde, örneğin sütte bulunan bakterilerde son ürün laktik asittir. Maya hücreleri
anaerobik solunum yaptıkları için, pirüvik asit kademesinden ancak biraz daha ileri bir
parçalanmayı gerçekleştirebilir. Fermantasyonda son elektron alıcısı, oksijen yerine,
hayvanlarda laktik asit, mayalarda etanol, bazı bakterilerde gliserol ya da sirke
bakterilerinde asetik asittir.
Hiç bir ek enerji açığa çıkarmadan, pirüvik asidin bazı diğer ürünlere dönüştürülmesi
sonucu olan glikolize mayalanma denir. Bazı endüstriyel işlemlerde doğal
fermantasyondan yararlanılır. Maya fermantasyonu ekmek yapımında kullanılır. Ekmek
hamurunda, maya hücreleri karbonhidratları karbondioksit ve alkole yıkarlar.
Karbondioksit hamurun içinde, kabarmasına neden olan gaz kabarcıkları meydana getirir.
Diğer çok iyi bilinen bir örnek içki ve diğer amaçlar için etil alkol yapımıdır. Alkol, pişirme
sırasında buharlaşır. Mayalar bira, şarap ve diğer alkollü içkilerin yapımında kullanılır. Bu
durumda, istenen ürün, fermantasyonla üretilen alkoldür. Kullanılan özel işleme göre, bir
miktar karbondioksit içkinin içinde kalabilir veya kalmaz.
2H
2 ATP
2 ATP
PGAL
(3C)
2 ADP
GLİKOZ
(6C)
NADH2
NAD
PİRÜVİK
ASİT
(3C)
AEROBİK SOLUNUM
PİRÜVİK
ASİT
(3C)
PGAL
(3C)
2 ATP
NAD
2H
Şekil 6-3. Fermantasyon
ETİL ALKOL
(2C)
CO2
CO2
2 ADP
2 ADP
2H
NADH2
2H
ETİL ALKOL
(2C)
65
AEROBİK SOLUNUM
6-9
Oksijenin Önemi
Anaerobik solunum ya da fermantasyonda, enerji üreden yegane işlem, glikozun
parçalanmasından pirüvik asit oluşturulmasıdır. Bu işlem sırasında NAD tarafından alınan
hidrojen, etil alkol gibi bir son ürün veren, pirüvik aside aktarılır. Fermantasyonun son
ürünleri, aşağı yukarı meydana getirildikleri glikoz kadar enerjiye sahiptirler.
Solunum için çevredeki oksijeni kullanabilen bir hücre, bu son ürünlerde kalan enerjiyi
açığa çıkarabilir. Oksijen, bu bileşiklerin oksidasyonu sırasında uzaklaştırılan hidrojeni
alacağı için, hücre bunu yapabilir.
6-10
Krebs Döngüsü
Aerobik solunum, bir molekül glikozun iki molekül pirüvik aside parçalanması, iki
molekül NAD 'nin iki molekül NADH2 'ye indirgenmesi ve net ürün iki molekül ATP olan
glikoliz ile başlar. Bu adımlar aerobik ve anaerobik solunumun her ikisinde aynıdır.
Anaerobik solunumda, solunumla ilgili yolun sonunda, pirüvik asit NADH 2 'den hidrojen
alır. Aerobik solunumda, pirüvik asit daha başka yıkımlar geçirir ve enerji açığa çıkar.
Glikoliz sırasında oluşan NADH2 'den de bir miktar enerji elde edilir.
Aerobik solunumun geri kalan adımları, hücrenin mitokondriumunda meydana gelir.
Glikoliz ile üretilen pirüvik asit, karbondioksit, NADH 2 ve 2-karbonlu bir bileşik
oluşturacak reaksiyonu vereceği mitokondriuma girer. Bu 2-karbonlu bileşik, tamimiyle
karbondioksit ve hidrojene yıkılmasıyla sonuçlanan bir tepkimeler dizisinin birincisini
geçirir. Karbondioksit artık bir ürün olarak dışarı verilir. Hidrojen NAD veya FAD
koenzimleri tarafından alınır.
Mitokondrium iki katlı bir zara sahiptir. İç zar derin olarak katlanmıştır ve geniş bir
yüzey alanına sahiptir. Araştırmalar, aerobik solunum için gerekli enzimler, koenzimler ve
diğer özel moleküllerin bu zar yüzeyinde yerleşmiş olduğunu göstermektedir. Bu
moleküllerin, bu zarın yüzeyinde düzenlenmiş bir halde bulunmaları, bu işlemlerin
tamamına olanak vermektedir.
Pirüvik asitten meydana gelen 2-karbonlu (2C) bileşikle başlayan bu kimyasal
tepkimeler dizisine Krebs döngüsü denir (Şekil 6-4). Ayrıntıları, İngiltere'de Oxford
Üniversitesi'nden
Hans Krebs tarafından keşfedilmiştir. Bu başarısından ötürü 1953
yılında bir Nobel Ödülü almıştır. Krebs tepkimeler dizisinin tekrarlanan bir devre şeklinde
olduğunu bulmuştur. Devrelerin parçası olan belirli organik asit molekülleri tekrar tekrar
kullanılmaktadır. Bunlar, devirler sırasında başka bileşiklere dönüştürülür ancak tekrar
orijinal şekillerine geri çevrilirler.
Devrenin her bir “döngüsü”, bir pirüvik asit molekülünden gelen 2-karbonlu bir bileşiği
gerektirir ve iki molekül karbondioksit ile dört çift hidrojen atomu verir. Ek olarak, bir
66
karbondioksit
molekülü
ve
bir
hidrojen
atomu
çifti
devirden
önce
pirüvik
asit
molekülünden uzaklaşır. Hidrojen atomları NADH2 oluşturan, NAD tarafından toplanır.
Pirüvik asitten açığa çıkan kimyasal enerjinin hemen tamamı hidrojen tarafından taşınır
ve geçici olarak indirgenen koenzimlere aktarılır. Krebs çemberinin her bir döngüsü ile
doğrudan yalnız bir ATP üretilir.
PÜRİVİK
ASİT
(3C)
2H
CO2
2C
4C
2H
H2O
H2O
4C
6C
2H
4C
CO2
ADP
ATP
5C
H2O
Şekil 6-4. Krebs Döngüsü
CO2
2H
2H
67
6-11
Elektron Taşıma Zinciri
Şimdiye
kadar
aerobik
solunumda,
parçalanmasından iki molekül ATP
glikozun
iki
molekül
pirüvik
aside
ve Krebs çemberinin her bir döngüsünde bir ATP
üretildiğini gördük (her bir glikoz molekülü için iki ATP). Her glikoz molekülü dört ATP 'nin
bir toplamıdır. Glikozun yıkılmasıyla açığa çıkan mevcut tüm enerji NADH 2 ve FADH2 'de
hidrojenle taşınır. Bu enerji elektron
taşıma zinciri adı verilen, enzimlerin ve
koenzimlerin yüksek organizasyonlu bir sistemi tarafından ATP oluşturmada kullanılır.
Elektron taşıma zincirinde, oksidasyon-redüksiyon tepkimelerinin bir dizisi meydana
gelir.
Hidrojen
atomları,
zincirde
NADH2
ve
FADH2
tarafından
taşınır.
Hidrojen
atomlarından gelen elektronlar daha sonra bir bileşikten diğerine geçer. Zincir boyunca üç
noktada, elektronlar bir miktar enerji verir ve ATP molekülleri oluşturulur. Tam olarak,
hücrelerin pek çoğunda her bir glikoz molekülü için, elektron taşıma zinciri ile 32 ATP
üretilir. İki ATP doğrudan glikolizden ve 2 ATP Krebs çemberinden geldiği için, aerobik
solunum her bir glikoz molekülünden toplam 36 ATP üretebilir.
Bu işlemde son adım serbest oksijen gerektirir. Oksijen, birleşerek su oluşturduğu,
hidrojenin son alıcısı olmaktadır.
Hücresel solunumla üretilen suya metabolik su denir. Bu su hücre tarafından
kullanılabilir veya artık ürün olarak dışarı verilebilir. Kanguru, sıçan gibi çöl hayvanları
için, metabolik su hayatta kalmak için gerekli bir su kaynağıdır.
6-12
Aerobik Solunumun Net Tepkimeleri
Aerobik solunumun tüm adımlarının net sonucu çoğunlukla aşağıdaki kimyasal eşitlikte
özetlenir:
C6H12O6 + O2
Bu eşitlik
6CO2 + H2O + Enerji (36 ATP)
biraz fazla basitleştirilmiştir. Krebs çemberinde
hammadde olarak, suya
ihtiyaç duyulur. Şekil 6-4’te birer molekül suyun Krebs döngüsüne girdiği üç ayrı yer
görülmektedir. Krebs çemberi her bir glikoz molekülü için iki kere işlediği için, yıkılan her
bir glikoz molekülü için 6 molekül suya gereksinim vardır. Bu su, eşitlikte hammadde
olarak gösterilmelidir. Bu nedenle eşitlik şu şekilde yazılmalıdır.
C6H12O6 +
6-13
6 H2O + 6 O2
6CO2 + 12 H2O + Enerji (36 ATP)
Hücresel Solunumun Etkinliği
Glikozun oksidasyonu, çoğunlukla hücre solunumunun enerji veriminin bir ölçüsü
olarak kullanılır. Anaerobik solunumda, glikoliz yolu, her bir glikoz molekülünden iki ATP
'lik net bir verim sağlar. Solunumun bu türü, glikozun potansiyel enerjisinin çoğunu son
fermantasyon ürünlerinde bıraktığından, oransal olarak verimsizdir. Bununla birlikte, bu
yöntem, bakteri ve mayalar gibi pek çok basit organizmaların enerji ihtiyaçları için yeterli
olmaktadır.
Aerobik solunum, glikozun her molekülünden, mayalanmadakinden tam 20 kat kadar
fazla enerji sağlar. Üstelik, çok etkili bir işlemdir. Glikozun oksidasyonundan kuramsal
68
olarak sağlanabilecek toplam enerjinin yaklaşık % 45'i, aerobik solunumdan sonra ATP
olarak depolanır. Bir karşılaştırma yapılırsa, bir otomobil motoru, yakıtının yaklaşık % 25
'ini ancak verimli işe dönüştürebilir.
6-14
Kas Yorgunluğu ve Oksijen Açığı
Aerobik
solunum
yeteneğine
sahip
bazı
organizmalar,
serbest
oksijen
sağlayamadıklarında, kendi başına anaerobik solunumla işlev yapabilirler. Örneğin, maya
hücreleri, oksijen stoku bol olduğunda aerobik solunumu çalıştırırlar, fakat oksijen
yokluğunda anaerobik solunumla yaşar ve gelişirler. İnsanlar ve diğer hayvanlardaki kas
hücreleri, normal olarak enerji ihtiyaçlarını aerobik solunumla sağlarlar. Bununla birlikte,
sadece glikolizden sağlanan enerji ile, yeterli olmasa da, kısa bir süre için işlev
görebilirler.
Yoğun veya uzamış bir fiziksel faaliyet süresi sırasında, kas hücreleri solunum ve
dolaşım sisteminden sağlayabildiklerinden daha hızlı oksijen harcayabilirler. Oksijen
sağlanması çok azaldığında, elektron taşıma zinciri işlev yapamaz. Bu, NADH 2 ve FADH2
'nin mitokondrilerde biriktiği ve tekrar kullanıma sokulamadığı demektir. Bu, Krebs
çemberini işi bırakmaya zorlar.
Bu durum altında, kas hücreleri glikoliz ile enerji açığa çıkarmaya devam ederler, fakat
pirüvik asit hidrojen alıcısı olur ve laktik aside dönüştürülür. Kas hücrelerinde laktik asit
birikimi yorgunluk duyusu meydana getirir ve hücrelerin normal işlerini yapmalarını
kademeli olarak azaltır.
Bu hücreler bir dinlenme süresine veya normal bir duruma gelebilecek azaltılmış
aktiviteye gereksinim gösterirler. Bu zaman süresince, taze oksijen sağlanması laktik
asidin pirüvik aside geri okside olmasına izin verir ve biriktirilen hidrojen, elektron taşıma
zincirine geçirilir. Laktik asidin ortadan kaldırılması için gerekli oksijen miktarına oksijen
açığı denir. Ağır faaliyetler sırasında, soluk ve kalp hızı, kaslara daha fazla gereken
oksijenin verilmesini düzenlemek için yükselir. Yoğun faaliyet durduğunda, soluk ve kalp
hızı bir süre yüksek kalır. Bu sırda, fazladan alınan oksijen, önceki gayret zamanındaki
oksijen açığını karşılamak içindir.
KATABOLİZMA VE METABOLİZMA
6-15
Hücrede Yıkım ve Sentez
Aerobik solunumun değerlendirilmesi, hücreye enerji sağlamada glikozun yıkımı
üzerine odaklanmıştır. Organizmaların pek çoğunun besinleri, glikozu basit şekliyle
içermez. Glikoz daha karmaşık karbonhidratların yıkımından veya sindiriminden sağlanır.
Aerobik solunum yapan hücreler, yağlar ve proteinler gibi diğer besin maddelerinden de
enerji açığa çıkarabilirler. Bu maddeler yıkılır ve solunum yolunun bazı ara noktalarına
69
girebilecek bileşiklere dönüştürülür. Bu nedenle, glikolizle üretilen pirüvik asit, Krebs
çemberine girebilen tek kaynak bileşik değildir.
Bir organizmanın besin stokundaki proteinler ve yağlar vücutta kullanmak için
sindirimle yıkılırlar. Organizma dokularının parçası olmakla birlikte, protein ve yağlar
sürekli yıkılır ve tekrar oluşturulur. İnsan vücudundaki hücrelerde, vücut proteinlerinin
yaklaşık yarısı her 80 günde yıkılır ve yeniden oluşturulur. Bazı proteinler her 10 günde
bir değiştirilir. Bazı karaciğer enzimleri 2 saatten daha kısa devrede yok edilir ve yeniden
yapılır.
Daha önce de açıklandığı gibi, hücrede veya bir organizmanın hücrelerinde meydana
gelen
tüm
kimyasal
tepkimeler
onun
metabolizmasını
oluşturur.
Sadece
yıkım
tepkimelerinden ibaret metabolizma fazına katabolizma denir. Bu tepkimeler çoğunlukla
enerji
verirler.
Katabolik
işlemleri
dengeleyen
tamamlayıcı
metabolizma
fazına
anabolizma denir. Anabolizma, hücrenin sürekli işlevleri için gerekli olan materyallerin
yapım ya da sentezi ile sonuçlanan tepkimeleri kapsar. Bu reaksiyonlar için bir enerji
girdisi gerekir. Kısacası, hücrelerde, enerji-üreten ve enerji-gerektiren tepkimeler
eşzamanlı ve birbirine bağımlı olarak meydana gelir.
70
7
BESLENME
BESLENME İŞLEMİ
7-1
Besinler
Bütün
canlı
materyalleri,
organizmaların
besinlerden
besine ihtiyacı
sağlanır.
Beslenme,
vardır.
Enerji,
organizmaların
büyüme
canlılık
ve
onarım
işlemlerini
yürütmek için kullanacakları kendi protein, yağ, polisakkarit ve nükleik asitlerine
dönüştürecekleri besinleri sağlamaları işlemidir.
Tüm yiyecekler, metabolizmada kullanılabilecek besin maddeleri içerir. Bazı besinler
basit inorganik bileşiklerdir. Diğerleri daha karmaşık organik bileşiklerdir. Bazıları
organizma içinde sentezlenebilir, bazılarının mutlaka çevreden alınması gerekir. Canlı
organizmaların gerek duyduğu besin maddeleri proteinler, karbonhidratlar, yağlar,
vitaminler, mineraller ve suyu kapsar. Bu besin maddelerinin kaynakları ve işlevleri Tablo
7-1 ‘de verilmiştir.
Bu besin maddelerine ek olarak, pek çok yiyecek lifli gıdalar denilen sert, sindirilmez
materyaller içerir. Yiyeceklerimizde, lifli gıdaların başlıca çeşidi selülozdur. Selüloz
meyvelerin
hücre
duvarlarında,
sebzelerde
ve
tahıllarda
bulunan
sindirilmez
bir
materyaldir. Lifli gıdalar sindirim borusunun kaslarını uyarır ve böylece besinlerin içinde
hareketini sağlar.
7-2
Besinlerin Enerji İçerikleri
Canlı organizmalar canlılık işlemlerini yürütmek için enerjiye ihtiyaçları vardır. Bu
enerji, pek çok durumda, besinlerden sağlanan karbonhidrat, yağ ve proteinlerin
kimyasal yıkımından elde edilir. Hücre solunumunun değerlendirilmesinde açıklandığı gibi,
enerji bir dizi küçük adımlarda açığa çıkarılır ve daha sonraki kullanım için ATP
moleküllerinde depolanır.
Hücresel solunumla besinin belirli bir miktarının kademeli yıkımı ile açığa çıkarılan
toplam enerji miktarı, hızlı bir işlem olan yanmayla açığa çıkarılabilecek enerjiye
eşdeğerdir. Bir besin örneğinin enerji içeriği, bu örneğin tamamının yıkımının vereceği
enerji miktarıdır. Bu, bir besin örneğinin tamamen yakılması ve verdiği ısı miktarının
ölçülmesiyle belirlenir. Bir besin örneğinin enerji içeriğini ölçmede kullanılan cihaza
kalorimetre denir.
Besinin enerji içeriğini ölçmede kullanılan birim kaloridir. Bu 1 gram suyun sıcaklığını
1 0C yükseltmek için gerekli ısı miktarıdır. Kalori, besinin enerji içeriğini saptamak için
kullanışlı olmayan çok küçük bir birimdir. Besinlerin enerji içeriklerini ölçmek için
kullanılması tercih edilen birim kilokaloridir. Bir kilokalori bin kaloridir ve 1 kilogram
suyun sıcaklığını 1 0C yükseltmek için gerekli ısı miktarıdır.
71
Tablo 7-1. İnsan Metabolizması İçin Önemli Besinler
Besin
İşlevleri
Karbonhidratlar
Vücut işlemlerine enerji sağlar
(şeker & nişasta)
Kaynakları
Şeker: meyve ve çay şekeri,
tatlılar, şuruplar, pelte
Nişasta: ekmek, tahıl, patates,
pirinç, mısır, bakla, makarna
Katı yağlar ve
Sıvı yağlar
Enerji sağlar; vücutta yakıt olarak
depolanır
Margarin, tereyağı, pişirme
yağları, et yağı, kabuklu mey.
Proteinler
Büyüme ve vücut dokularının
onarımı; enerji sağlayabilir
Et, süt, balık, yumurta, fasulye,
bezelye
Su
Kimyasal tepkimeler için çözücü,
materyallerin taşınımı
İçme suyu ve diğer içecekler;
çoğu yiyecekler; metabolik su
Mineraller
Vücudun yapımı; metabolizmanın
düzenlenmesi
Et, süt, sebzeler, meyve
Kemikleri ve dişleri yapar; normal
kas hareketi ve kanın pıhtılaşması
için gerekli
Süt ve süt ürünleri, yapraklı
sebzeler, meyveler
Fosfor
ATP, ADP v.b.’nin yapısal parçaları;
kemikleri yapar
Süt ve süt ürünleri, yapraklı
sebzeler, meyveler
Demir
Hemoglobinin bileşeni
Karaciğer, kırmızı et, yumurta,
yeşil yapraklı sebzeler
Tiroid hormonunun bileşeni
Deniz ürünleri, iyotlu sofra tuzu
Çoğu metabolik reaksiyonlarda
koenzim olarak ödev yapar.
Hastalıklara yenik düşmeyi önler
Değişik besinler
A
Büyüme, gece görme yeteneği
Sebzeler, meyve
D
Sağlıklı kemik ve dişler için,
raşitizmi önler
Yumurta, et, süt
C
Vücut dokularını sağlıklı tutar,
iskorbütü önler
Narenciyeler, domates
Kalsiyum
İyot
Vitaminler
B (bileşik)
Hücre metabolizmasında koenzimler Karaciğer, yumurta, süt, katkılı
ekmek, tahıl ürünleri
Bir kalorimetrenin kullanılmasıyla, 1 gram karbonhidrat veya 1 gram proteinin serbest
bıraktığı ısı miktarı yaklaşık 4 kilokalori olarak belirlenmiştir. Diğer taraftan, 1 gram yağ 9
kilokalori ısı salar. Yağ, aynı ağırlıktaki karbonhidrat veya proteinden iki kattan daha fazla
kalori içerir. Kilo kaybetme perhizlerinin çoğunda yağ tüketiminin kısıtlanması bundandır.
Bireylerin günlük kalori gereksinimleri değişiktir. Genel olarak gençler yaşlılardan,
erkekler kadınlardan, faal olanlar faal olmayanlardan daha fazla kaloriye gereksinim
duyarlar. Yiyecekleri, ihtiyacından çok kalori içerenler kilo alır, az olanlar kilo kaybeder.
7-3
Beslenme Türleri
72
Organizmaların ihtiyaç duydukları besinleri sağlamalarının iki temel yolu vardır. Bazı
organizmalar bu besinleri basit inorganik maddelerden yapma ya da sentezleme
yeteneğindedir. Bu organizmalar ototroflardir. Yeşil bitkiler, yeşil algler ve değişik diğer
mikroorganizma çeşitleri ototroftur. Ototrofların pek çoğu, kendi organik bileşiklerini
yapmak için
ışık enerjisi ile çevrenin karbondioksit ve suyunu kullandıklarından
fotosentetiktirler. Bu organizmalara fototroflar denir. Bununla birlikte, bazı ototrof bakteri
çeşitleri, enerji kaynağı olarak ışık kullanmazlar. Bunlar kemosentetiktir, enerjiyi, özel
kimyasal tepkime çeşitlerinden sağlarlar. Bu organizmalara kemotroflar denir. Kendi
organik besinlerini sentezleyemeyen organizmalar heterotroflardır. Bütün hayvanlar ve
belirli mikroorganizma çeşitleri heterotroftur. Bu tür organizmalar besin içeriklerini diğer
bitki veya hayvanların hazırladığı besinlerden almak veya yemek zorundadırlar.
7-4
Sindirim
Bir organizmada hücrelerin kullanacağı bir besinin, mutlaka hücre zarlarından geçmesi
gerekir. Yiyeceklerdeki besin molekülleri, çoğunlukla hücre zarlarından geçemeyecek
büyüklüktedir. Bu yüzden, hücrelerin kullanacağı besin moleküllerinin çoğunun daha
küçük ve basit şekillere parçalanması gerekir. Besin moleküllerinin parçalandığı bu işleme
sindirim denir.
Sindirim terimi çoğunlukla, besinlerin basit bileşiklere kimyasal parçalanmasını ifade
der. Pek çok organizmada, besin parçaları kimyasal değişikliğe uğramadan, önce kesilir,
ezilir ya da küçük parçalara ayrılır. Bu işlem besinlerin mekanik parçalanmasını sağlar.
Kimyasal sindirim, besin taneciklerinin yüzeyinde görev yapan, sadece sindirim enzimleri
tarafından yürütülür. Böylece, mekanik parçalanma, daha fazla besin yüzeyini sindirim
enzimlerinin işleyişi ile karşı karşıya getirerek, besinleri, daha hızlı bir kimyasal sindirim
için hazırlar. Kimyasal sindirim, mekanik sindirim gibi değişik evrelerde meydana gelir.
Büyük moleküller daha küçük moleküllere bölünür, arkasından bunlar daha da basit
şekillere parçalanır. Kullanılabilir en basit sindirim ürünleri, sindirimin son ürünleridir.
BESLENME-SİNDİRİM UYUMLARI
7-5
Protozoada Beslenme
Protozoada sindirim intrasellülerdir, yani hücre içinde meydana gelir. Bununla birlikte
bu grubun üyeleri besin sağlamada çeşitli uyumlar gösterirler. Amip ve paramesyum suda
yaşayan ve küçük organizmalarla beslenen birhücrelilerdirler. Hareket etme yetenekleri
vardır ve kimyasal uyarı ile besine çekildikleri görülür.
Amipler pseudopodlar veya “yalancı ayaklar” denilen hücre uzantılarındaki bir
sitoplazma akıntısı ile katı yüzeyler boyunca uzanır. Bir amip bir besin taneciği ile temas
ettiğinde, pseudopodlar taneciğin etrafını çevirir. Yalancı ayakların hücre zarları kavuşur
ve böylece tanecik, bir zar içine alınmış olarak hücreye alınır. Hücre içine alınmış olan bu
73
besinler, bir zarla diğer hücre içeriğinden ayrılmıştır. Bu, hücre sitoplazması içinde
hareket eden bir besin kofuludur. Besin kofulu bir lizozomla kaynaşır ve lizozomun
sindirim enzimleri kofuldaki besinleri hücrenin kullanabileceği yapılara yıkar. Bu sindirim
ürünleri difüzyonla koful zarından sitoplazmaya geçerler. Sindirilmeyen materyaller besin
kofulunda kalırlar ve en sonunda besin kofulu hücre zarı ile kaynaşır ve içeriği hücreden
dışarı atılır.
Bir Amip hücresinin küçük bir alg hücresini stoplazmasına alması.
74
75
Paramesyum, bu organizmanın dışını kaplayan saç benzeri sillerin çırpılmasıyla hareket
eder. Besin tanecikleri de sillerin hareketi ile oral açıklıktaki gırtlağa süpürülür. Besinler
gırtlağın bitiminde toplandıkça, hücre zarı içeriye doğru bel vererek çıkıntı oluşturarak
kısılır ve besin kofulu oluşturur. Besin kofulu sitoplazma içinde dolaşır ve amipte olduğu
gibi sindirim enzimleri içeren bir lizozomla kaynaşır. Sindirim, koful içinde meydana gelir
ve kullanılabilir ürünler sitoplazmaya difüze olur. Sindirilmeyen materyaller anal
gözenekten hücreden dışarı atılır.
76
7-6
Hidrada Beslenme
Hidra, tabandan dokunaçların ucuna kadar yaklaşık 5 mm uzunluğunda, diğerlerine
oranla basit bir çokhücreli hayvandır. Gövdesi iki hücre katmanına sahip, içi boş bir
silindirdir. Dış katman ektoderm ve iç katman endodermdir. Ağzını çevreleyen dokunaçlar
denilen ısırıcı (yakıcı) hücreler içerir. Her bir dokunacın içi, sarmal bir oyuk iplik içeren
nematocyst adı verilen bir kapsüldür.
Hidra besinlerini dokunaçları ile yakalar. Bir su piresi ya da diğer bir küçük hayvan
dokunaçlardan birine değdiğinde, nematocystler uzun iplikçiklerini dışarıya boşaltırlar.
Bunların bir kısmı yakalanacak hayvancığın etrafını sararken, diğer bir kısmı bu
hayvancığı felç eden zehir salgılar. Yine dokunaçların hareketiyle, besin ağza ve
sindirimin başladığı gastrovascular boşluğa doldurulur.
Hidrada sindirim, hücre içi ve hücre dışıdır. Ekstrasellüler sindirim hücre dışında olur
ve daha sonra besin hücrelere absorbe edilir. Endodermdeki özelleşmiş hücreler
gastrovascular boşluğa sindirim enzimleri salgılar. Bu enzimler besinleri kısmen parçalar.
Diğer endoderm hücrelerinin kamçıları vardır ve bu organellerin dalgalanması besin
taneciklerinin gastrovascular boşlukta dolaşmasını sağlar. Bazı endoderm hücreleri
yalancı ayaklar oluşturur ve küçük besin taneciklerini yutar, ya da besin kofulu
oluşturarak
fagositozla
içeriye
alırlar.
Sindirim,
besin
kofulları
içinde,
salgılanan
enzimlerle tamamlanır. Hidra sadece iki hücre katmanı kalınlıkta olduğundan, sindirimin
son ürünleri, endoderm hücrelerinden difüzyonla kolayca ektoderm hücrelerine geçerler.
77
Atıklar ektoderm hücrelerinden doğrudan etraftaki suya difüze olurlar. Endoderm atıkları
gastrovascular boşluğa geri difüze olurlar ve su akıntıları ile ağızdan dışarıya taşınırlar.
Hydras mainly feed on small aquatic invertebrates such as Cyclops.
When feeding, hydras extend their body to maximum length and then slowly extend their tentacles. Despite their simple construction, the
tentacles of hydras are extraordinarily extensible and can be four to five times the length of the body. Once fully extended, the tentacles are
slowly manoeuvred around waiting for contact with a suitable prey animal. Upon contact, nematocysts on the tentacle fire into the prey, and
the tentacle itself coils around the prey. Within 30 seconds, most of the remaining tentacles will have already joined in the attack to subdue
the struggling prey. Within two minutes, the tentacles will have surrounded the prey and moved it into the opened mouth aperture. Within ten
minutes, the prey will have been enclosed within the body cavity, and digestion will have started. The hydra is able to stretch its body wall
considerably in order to digest prey more than twice its size. After two or three days, the indigestible remains of the prey will be discharged
by contractions through the mouth aperture.
The feeding behaviour of the hydra demonstrates the sophistication of what appears to be a simple nervous system.
All species of Hydra exist in a mutual relationship with various types of unicellular algae. The algae are protected from predators by the
Hydra and, in return, photosynthetic products from the algae are beneficial as a food source to the Hydra.
7-7
Yersolucanında Beslenme
Yersolucanı “iç içe iki boru” şeklindeki vücut taslağı ile karmaşık çokhücreli bir
hayvandır. İç boru sindirim sistemi, dıştaki boru ise vücut duvarıdır (Şekil 7-1). Sindirim
borusu ya da sindirim kanalı, biri besinlerin vücuda girdiği ağız, diğeri atık maddelerin
dışarı bırakıldığı anüs olan iki açıklığa sahiptir. Besinler sindirim sisteminde, ağızdan
78
anüse, bir yönde hareket eder. Besinler, sindirim aygıtında mekanik ve kimyasal olarak
parçalanır. Kullanılabilir besinler, daha sonra vücut hücrelerine absorbe edilir.
Yer solucanları, yeri oydukça, büyük miktarlarda toprağı sindirim sisteminden
geçirirler. Ayrıca yaprak döküntüleri ve diğer ayrışan bitki materyallerini yemek için
toprak yüzeyine de çıkarlar. Besin, kaslı yutak (pharynx)'ın emme eylemi ile ağız içine
çekilir. Arkasından kas kasılım dalgaları ile sindirim borusuna itilir. Besinler, yutaktan,
yemek borusu yoluyla kursak denilen yuvarlak, kalın çeperli organın içine geçer.
Biriktirme odası olarak işlev gören kursak, besinleri kademeli olarak mideye (taşlık)
bırakır. Mekanik parçalanma, organik maddeleri topraktaki kum taneleri ile öğüten
midenin kas hareketi ile tamamlanır. Midenin macun şeklindeki besin kütlesi uzun olan
bağırsağa geçer.
Kimyasal sindirim ve emilim bağırsakta olur. Bağırsağın yüzey alanı körbağırsak
denilen, çeperdeki bir kıvrımla büyütülmüştür. Bağırsağı astarlayan hücreler, büyük besin
moleküllerini daha küçük moleküllere parçalayan enzimler salgılarlar. Sindirim ürünleri
bağırsak hücreleri tarafından absorbe edilir ve kanla taşınır. Besin molekülleri, kan içinde
vücudun tüm parçalarına taşınırlar. Sindirilmeyen materyaller ve içindeki besinler alınmış
toprak, anüsten dışarı atılır.
yutak
ağız
kursak
taşlık (mide) bağırsak
anüs
yemek borusu
körbağırsak
)
Şekil 7-1. Yersolucanın Sindirim Sistemi
8-8
Çekirgede Beslenme
Bir böcek olan çekirgenin de yer solucanı gibi borusal bir sindirim sistemi vardır (Şekil
7-2). Besinler, yaprak vejetasyonunu çiğnemeye iyi uyum sağlamış ağız parçaları ile
mekanik olarak parçalanır ve ağızda tükürük bezlerinin salgısı tükürük ile karıştırılır.
Daha sonra yemek borusu ile geçici olarak biriktirildikleri kursağa iletilir. Buradan,
kitinden yapılmış diş şeklindeki çıkıntıların eylemi ile çok küçük taneciklere öğütüldükleri
kaslı çiğneyici ön mideye geçerler. Ardından kimyasal sindirimin olduğu mideye gelirler.
Midenin hemen dış yüzeyindeki salgı bezlerinde üretilen sindirim enzimleri, besin
79
taneciklerine etki ettikleri mideye geçerler. Sindirim ürünleri mide çeperinden kan
dolaşımına absorbe edilir ve vücudun tüm hücrelerine taşınır. Sindirilmemiş materyaller
bağırsaktan geçer ve su emiliminin olduğu rektumda geçici olarak tutulurlar. Kuru atıklar
anüsten atılır.
Şekil 7-2. Çekirgede Sindirim Sistemi
İNSANDA SİNDİRİM SİSTEMİ
7-9
İnsanda Sindirim Sisteminin Kısımları
İnsan sindirim sisteminin yapı ve işlevi, temelde yersolucanı ve çekirgeninkine
benzerdir. Sindirim borusu, her birinde sindirimin değişik aşamalarının meydana geldiği
özelleşmiş bir organlar dizisinden ibarettir. Besinler, sindirim borusundan şu sırada
geçerler: ağız, yutak, yemek borusu, mide, ince bağırsak, kalın bağırsak, rektum ve
anüs. Birkaç salgı bezi sindirim enzim ve sularını hücre dışı sindirimin meydana geldiği
sindirim borusuna salgılarlar.
Sindirim bezleri, sindirim kanalının astarında veya ayrı yardımcı organlarda bulunan
özelleşmiş salgı hücre gruplarıdır. Yardımcı salgı bezleri sindirim aygıtının dışında yer
80
alırlar. Salgıları bir boru veya kanal yardımıyla sindirim aygıtına girer. Besinler asla
yardımcı salgı bezlerinin içinde bulunmazlar, sadece sindirim kanalının içindedirler.
Yardımcı salgı bezleri tükürük bezlerini, karaciğeri ve pankreası içerir.
Sindirim kanalının çeperlerini astarlayan hücreler, besin kütlesini kaydırıcı rol oynayan
sümüksü bir mukus salgılar. Mukus sindirim borusunun duyarlı hücrelerini asit, sindirim
enzimleri ve besinlerdeki aşındırıcı maddelerin etkisinden koruyan bir katman (manto)
sağlar.
7-10
Ağız ve Yutak
Besinler, mekanik parçalanma ve kimyasal sindirimin her ikisinin de meydana geldiği
ağızdan vücuda alınır. Besin lokmaları dişlerle ısırılır ve yutmak için yeterince küçük
parçalara öğütülür. Dil, besin kütlesini ağızda hareket ettirir ve şekillendirir. Gerçekte iki
tür tükürük ürünü vardır. Bunlardan biri besinleri ıslatan akışkan sulu bir salgıdır. Diğeri
kaydırıcı
olarak
görev
yapan
ve
besin
taneciklerine
şekil
vermek
için
birbirine
yapıştırılmasını sağlayan daha az akıcı mukus salgısıdır. Tükürük ayrıca ptyalin denilen bir
sindirim enzimi veya tükürük amilazını içerir. Bu enzim bir polisakkarit olan nişastayı,
bir disakkarit olan maltoza yıkar.
Yiyecek yeterince çiğnendiğinde, dil ile gırtlağın gerisine ya da yutağa itilir. Bu,
besinleri mideye götüren yemek borusuna iten otomatik yutma refleksini başlatır. Ayrıca,
yiyecekler gibi, hava da yutaktan geçer. Havanın ses kutusu ya da larynx den ve soluk
borusundan akciğerlere geçmesi gerekir. Yiyecek ve içeceklerin larynx'e girmesini
önlemek için, yutma sırasında, epiglottis denilen dokunun bir çırpıntısı ile otomatik
olarak kapatılır. Aynı anda soluk alma geçici olarak durur ve burun, kulak ve ağız geçiş
yolları tıkanır. Ters yutkunulur ve yiyecek soluk borusuna kaçarsa, çok kuvvetli bir
öksürükle gırtlağa geri getirilir.
7-11
Yemek borusu
Yemek borusu yiyeceklerin yutaktan mideye geçtiği bir borudur. Yemek borusunun
başlangıcında,
yiyeceklerin
sindirim
borusunda,
aşağı
doğru
hareketleri,
sindirim
kanalının kaslı çeperlerinin arka arkaya kasılıp gevşeme dalgaları ile desteklenir. Buna
peristalsis denir. Yiyecek kütlesinin önündeki kaslar gevşerken, arkasındakiler kasılarak
besinler ileri doğru itilir.
Peristaltik kasılmalarla desteklenen besinler hızla yemek borusundan aşağı hareket
eder. Yemek borusunun mideye açıldığı yerde büzgen denilen bir kas halkası vardır.
Büzgen bir kapakçık olarak görev yapar ve yiyeceklerin yemek borusundan mideye
geçişini denetler. Peristalsis dalgası büzgene ulaştığında, gevşer ve açılır ve böylece
besinler mideye girer. Yemek borusu ile mide arasındaki büzgene kardiak büzgen denir.
Kusma sırasında, yukarı doğru geçen bir peristalsis dalgası -tersine peristalsis- cardiac
büzgenin açılmasına neden olur ve mide içeriği “yukarı fırlatılır.”
81
7-12
Mide
Mide iki litreden fazla yiyecek veya içecek alacak kadar şişebilen kalın çeperli kaslı bir
torbadır. Yiyecekler geçici olarak midede biriktirilerek mekanik ve kimyasal sindirim olur.
Besinler kaslı mide çeperinin kasılmalarıyla mekanik olarak daha küçük taneciklere
parçalanır. Yiyecek kütlesi çalkalanır ve mide duvarlarındaki salgı bezlerinin salgıladığı
gastrik su ile karıştırılır.
Mide astarı iki çeşit salgı bezi içerir. Bunlardan pyloric salgıbezleri, mide astarını
kaplayan ve onu sindirilmekten koruyan mukus salgılar. Gastric salgıbezleri, pH'sı 1.5 ile
2.5 arasında olan fazla asitik gastric suyu salgılarlar. Bu su hidroklorik asit (HCl) ve
sindirim enzimi pepsin içerir. Pepsin, hidroklorik asitle birleştikten sonra aktif hale gelen,
pensinojen denilen inaktif bir formda salgılanır. Pepsin, protein moleküllerini polipeptitler
denilen daha kısa amino asit zincirlerine yıkar.
Pepsin, süt proteinlerinin katılaşmasına neden olarak onları çökeltir. Sütün sıvı kısmı
hızla ince bağırsağa geçer.
Bununla birlikte, çökeltilmiş proteinler, sindirilmeye izin
verecek uzun bir süre, midede kalırlar. Çökeltme olmasaydı, süt molekülleri herhangi bir
sindirim olmadan mideden geçmiş olurdu.
Nişastanın ağızda başlayan, ptyalinle yıkımı, yiyecek kütlesinin mideye ulaşmasından
sonra bir süre daha devam eder. Ancak, midenin düşük asit pH'sı bu enzimi inaktive eder
ve nişasta yıkımı durur.
Midede yiyecek kalmadığında, sadece küçük miktarlarda gastrik su bulunur. İçine
yiyecek girdiğinde gastrik su akışı artar. Gastrik su akışının uyarılmasına etki eden üç
mekanizma vardır.
1. Besinin düşlenmesi, görülmesi, kokusu veya tadı, uygun miktarlarda gastrik su
salgılamalarına neden olmak için, gastrik salgı bezlerine mesaj göndermesi için beyni
uyarır.
2. Yiyeceğin mide çeperine değmesi yeterli miktarlarda gastrik suyun salgılanmasını
uyarır.
3. Bir yiyecek kütlesi mideye girdiğinde, mide duvarlarını gerer. Bu gerilme, proteinler,
kafein, alkol ve belirli diğer maddelerin varlığı gibi, gastrin denen bir hormonu doğrudan
kana salgılaması için mide astarını uyarır. Gastrin, büyük miktarlarda gastrik su üretmesi
için gastrik salgı bezlerini uyarır.
Sıvılar 20 dakika veya daha az zamanda mideden geçer. Ancak, sıvıların önce, kimüs
denilen, çorba kıvamında, akışkan bir sıvı haline getirilmesi gerekir. Kimüs, besinlerin
mideden ince bağırsağa geçişini denetleyen kas olan pyloric büzgenden bir süre küçük
miktarlarda geçer. Mide bir yemekten 2 ile 6 saat sonra boşalır. Açlık, boş midenin
çalkalanması ile sezilir.
Mide duvarını koruyan kalın mukus katmanı yıprandığında, mide duvarının bir kısmı
sindirilebilir ve ağrılı ülser oluşur. Bazı ülserlere, sinir veya baskı nedeniyle gastrik suyun
normalden fazla salgılanmasının neden olduğu sanılmaktadır. Ülserler perhiz, ilaç tedavisi
veya ameliyatla iyileştirilir.
82
7-13
İnce Bağırsak
İnce bağırsak yaklaşık 6.5 m uzunluğunda ve 2.5 cm çapında kıvrılmış bir borudur.
Kimyasal sindirimin çoğu ve emilimin hemen tamamı burada meydana gelir. Midedeki asit
salgıların aksine, ince bağırsaktaki sıvılar çoğunlukla alkalidir.
İnce bağırsakta, kimüs, karaciğerin safrası (öd), pankreasın pankreas suyu ve ince
bağırsağın çeperlerindeki salgı bezlerinden salgılanan incebağırsak suyu ile karışır. Bu
üç salgı sindirimi tamamlayacak enzimleri ve gerekli diğer maddeleri içerirler.
İnce bağırsağın sığamsal devinimi. Yiyecek bulunduğunda, ince bağırsak sürekli
devinimdedir. Bu peristaltik hareketlerin dört temel etkisi vardır. Bunlar, (1) ince
bağırsağa kimüs sıkarlar, (2) kimüsü sindirim enzimleriyle karıştırırlar, (3) besin
taneciklerini mekanik olarak parçalarlar, (4) ince bağırsak içeriğini bağırsak çeperi ile
temas ettirerek sindirimin son ürünlerinin emilimini hızlandırırlar.
Pankreas suyu. Asit kimüs, mideden ince bağırsağa girdiğinde, iki hormonu kana
salgılamaları
için,
ince
bağırsak
astar
hücrelerini
uyarır.
Bunlar
secretin
ve
cholecystokinin’dir. Bu hormonlar pankreas suyu ve pankreatik kanaldan ince bağırsağın
yukarı kısmına geçen pankreas enzimleri salgılaması için pankreası uyarır. Pankreas
suyu, kimüsün asidini nötralize eden ve ince bağırsak içeriğinin pH 'sını hafif alkali (pH 8)
yapan sodyum bikarbonat içerir. Pankreasın salgıladığı enzimler, besinlerdeki tüm büyük
bileşiklere, yani proteinlere, karbonhidratlara, yağlara ve çekirdek asitlerine etki eder.
Pankreas enzimleri, kalan son nişastayı maltoza hidrolize eden amilaz; midede
başlayan, büyük protein moleküllerinin yıkımını sürdüren tripsin ile chymotrypsin içeren
proteazlar (protein yıkıcı enzimler)’ı ve yağları yıkan lipaz içerir.
Safra. Karaciğer hücreleri, kanallarla, biriktirildiği safra kesesine geçen safra üretirler.
Safra, safra kesesinden safra kanalı ile ince bağırsağın yukarı kısmına geçer. Safra
kesesinden safra salımı, pankreasa da etki eden cholecystokinin hormonu tarafından
uyarılır. Safra hiçbir enzim içermez, ancak, küçücük damlacıklara parçalayarak, katı ve
sıvı yağların sindirimine yardım eder. Emulsifikeyşin denilen bu işlem, enzim faaliyeti için
yüzey alanını artırır. Safra alkalin olduğu için, midenin asit kimüsünün nötralizasyonuna
yardım eder.
İncebağırsak
suyu.
İnce
bağırsak
çeperleri,
ince
bağırsak
suyu
salgılayan,
milyonlarca ince bağırsak salgıbezi içerir. İnce bağırsak suyu protein, karbonhidrat ve
yağların sindirimini tamamlayan enzimler içerir ve bu moleküller, sindirimin son ürünleri
olan amino asitler, basit şekerler ve yağ asitleri ile gliserine yıkılırlar.
Emilim. İnce bağırsak emilim yeridir. Basit şekerler, amino asitler, vitaminler,
mineraller
ve
diğer
maddeler
ince
bağırsak
çeperinden
dolaşım
sisteminin
kan
damarlarına absorbe edilir. Yağ asitleri ve gliserin lactealler denilen lenfal sistemin ince
damarlarına absorbe edilir.
İnce bağırsak, yüzey alanını arttıran ve emilim için ona en uygun durumu veren çeşitli
yapısal özelliklere sahiptir. (1) İnce bağırsak çok uzundur. (2) Astarında pek çok kıvrım
vardır. (3) Astarı, villi denilen, parmak benzeri milyonlarca çıkıntıyla kaplıdır. (4) İnce
83
bağırsağı astarlayan epitel hücrelerinin fırça kenarları vardır.
Fırça kenarlarda, ince
bağırsak açıklığı ile yüz yüze olan hücre uçlarında, yüzey alanını daha fazla arttıran
mikrovilli denilen çok ince çıkıntılar vardır.
Her bir villus içinde, bir kılcal damar ağı ve merkezde bir lenf damarı vardır. Her
villus'un dış örtüsü, mikrovilli'leri olan epitel hücrelerinin bir katmanıdır. Emilim sırasında,
sindirilmiş besinler epitel hücrelerinden geçer ve kılcal damarlar veya lenf damarlarına
girer. Emilim, difüzyon ve aktif taşımanın her ikisini de kapsar.
7-14
Kalın Bağırsak
Sindirilmemiş
ve
absorbe
edilmemiş
materyaller,
bir
büzgenin
içinden,
ince
bağırsaktan kalın bağırsağa geçerler. Kalın bağırsak yaklaşık 1.5 m uzunlukta ve 6 cm
çapındadır. Sindirim sisteminin bu kısmında hiç bir sindirim olmaz.
Karnın sağ alt tarafında, ince bağırsağın kalın bağırsağa birleştiği yer, küçük bir kese
olan apandistir. Apandis, insan sindirim sisteminde, işlevsel ödevi olan bir parça değildir.
Ancak, bazen apandisit olarak bilinen durum olan apandis enfeksiyonu olur. Eğer bu
durum tedavi edilmezse apandis patlar, enfeksiyon yayılır.
Kalın bağırsağın temel işlevlerinden biri besin kütlesinden suyun geri emilimidir.
Sindirim süresince, su, besin maddeleri ile karışmış olarak sindirim sisteminde hareket
eder. Normal koşullar altında, suyun 3/4'ü yeniden absorbe edilir. Kalın bağırsağın kılcal
damarlarına olan bu reabsorpsiyon, suyunu korumasında, vücuda yardım eder. Eğer çok
az su absorbe edilirse, ishal; eğer çok su absorbe edilirse, peklik meydana gelir.
Kalın bağırsağın ikinci görevi, normalde kalın bağırsakta yaşayan bakterilerin ürettiği
vitaminlerin emilimidir. Bu vitaminler su ile birlikte absorbe edilir. Bağırsak bakterileri
sindirilmemiş besinlerde yaşarlar ve kanın pıhtılaşması için gerekli olarak K vitamini ve
bazı B vitaminlerini üretirler. Antibiyotiklerin yüksek dozlarının, bağırsak bakterilerini yok
etmesi, K vitamini eksikliği doğurabilir.
Kalın bağırsağın üçüncü işlevi sindirilmemiş ve sindirilmez materyalin sindirim
sisteminden atılmasıdır. Bu materyal bitki çeper hücrelerinin selülozu, büyük miktarlarda
bakteri, mukus ve sindirim sisteminin yıpranmış hücrelerinden ibarettir. Bu materyal kalın
bağırsakta ilerledikçe, dışkı oluşturur. Dışkı materyali kalın bağırsağın son kısmında,
rektumda biriktirilir ve aralıklarla anüsten uzaklaştırılır ya da atılır.
7-15 Vitaminler ve Sağlık
Besin
maddeleri
olan
vitaminler
sağlıklı
olmak
için
gereklidirler.
Vitaminler
koenzimdirler veya koenzimlere dönüştürülürler ve hücrelerde metabolik tepkimeleri
katalizlemek için belirli enzimlerle birlikte işlev görürler. Belirli bir vitaminin eksikliği,
besin yetersizliğinden kaynaklanan belirli bir hastalığın gelişmesine öncülük eder.
Vitaminlerin belirli en düşük miktarlarının gerekli olduğu saptanmıştır. Bunun yanında,
daha yüksek günlük dozların sağlık için daha yararlı olabildiği savı da bir tartışma
başlatmıştır. ABD 'de Besin ve İlaç İdaresi (FDA) her bir vitamin için bir “önerilen günlük
84
değer" belirlemiştir. Belirlenen bu miktarlar, normal bir insanda vitamin eksikliğinden bir
hastalığın doğmasını önleyecek kadardır.
Diğer
yandan,
bazı
beslenme
uzmanları
FDA'nın
bu
değerlerini
çok
düşük
bulmaktadırlar. Hatta, vitaminlerin daha yüksek düzeylerinin güvenli olduğu kadar yararlı
olduğunu da savunmaktadırlar. Diğer bir grup beslenme uzmanı, vitamin tedavisinin-bir
veya daha çok vitaminin yüksek dozları verilerek- vücut için çok çeşitli yararlar
sağladığına inanmaktadır.
Ancak, vitaminlerin küçük dozlarının yararlı olduğu yerde, büyük dozlarının daha da
yararlı olacağı, mutlaka doğru kabul edilmemektedir. Bazı vitaminler (B vitaminleri ve C
vitamini) suda çözünür. Bu vitaminler yüksek dozlarda alındıklarında, fazlalıkları
böbrekler tarafından vücuttan atılır. Vitamin terapistleri, suda çözünen vitaminlerin,
fazlalıkları vücuttan atılabildiği sürece herhangi bir miktarlarının güvenli olduğunu
savunmaktadırlar. Bu, B vitaminleri için doğru olabilir, ancak C vitamininin yüksek doz
fazlalığının vücuttan atılabilmesinden önce bazı hastalık etkileri meydana getirdiğinin bir
hayli kanıtları vardır.
A, D, E ve K vitaminleri yağda çözünürler. Yağda çözünen vitaminlerin fazlalıkları
vücuttan basit şekilde atılmazlar. Aksine, yağ dokularında depolanır ve toksik düzeylere
kadar biriktirilebilirler. A vitamini fazlalığı baş ağrılarına, mide bulantısına, ishal ve
bitkinliğe neden olabilir. Sürekli yüksek dozlar beyin omurilik sıvısında basıncın artmasına
ve beynin zarar görmesine neden olabilmektedir. İleri dozlarda D vitamini çocuklarda
gelişmenin yavaşlamasına ve kalsiyum birikimine, yetişkinlerde ise çok ciddi böbrek
hasarlarına neden olabilmektedir. Bazı araştırıcılar, herhangi bir miktarı zararlı görülen
çok yüksek dozlardaki E vitamininin kanın pıhtılaşmasını kapsayan toksik etkilere de
sahip olabildiğini kabul etmektedirler.
Sonuçta, sağlıklı kalmak için yüksek dozlarda vitaminler almamız gerekiyor mu
sorusuna, pek çok hekim ve beslenme uzmanı, iyi ve dengeli beslenmenin, ihtiyacımız
olan tüm vitaminleri sağladığı karşılığını vermektedirler. Dengeli besin alınmadığında,
FDA'nın
vitamin
düzeylerini
içeren
günlük
vitamin
desteği
önermektedirler.
Bazı
uzmanların, belli vitaminlerin yüksek dozlarının, iyi beslenen sağlıklı insanların durumu
gibi yararlı olabileceği şeklindeki beyanları şüpheli bulunmaktadır. Suda çözünenler dahil,
vitaminlerin böyle yüksek dozları zararlı olabilmektedir.
85
8
TAŞINIM
TAŞINIM İŞLEMİ
8-1
Emilim ve Dolaşım
Her hücre canlılık işlemlerini yürütmek için çevresindeki maddelere gereksinim duyar.
Bu maddeler, hücreye girmek için, emilim denilen işlemle hücre zarından geçmek
zorundadır. Hücre içinde, maddeler önce kullanılacakları veya depo edilecekleri yere
hareket
ettirilir.
Çokhücreli
organizmalarda,
materyaller
ayrıca
organizmanın
bir
parçasından diğerine taşınırlar. Bir hücre içinde veya bir organizmanın parçaları arasında
materyallerin hareketine dolaşım denir. Taşınım terimi, maddelerin hücreye girip-çıktığı
ve organizma içinde hareket ettiği dolaşım ve diğer işlemleri ifade eder.
Basit
organizmalarda,
difüzyon,
aktif
taşıma
ve
sitoplazmik
akıntı
işlemleri,
materyallerin hücre içinde ve hücreler arasındaki dolaşımı için yeterlidir. Bununla birlikte,
büyük ya da karmaşık organizmalarda, pek çok hücre dış çevreden uzaktır. Bu tür
organizmaların, materyalleri organizmanın tüm kısımlarına hareket ettirecek özel bir
dolaşım sistemine ihtiyacı vardır. Dolaşım sistemi organizmanın hücrelerini çevresiyle
birleştirir.
Bir dolaşım sisteminin üç bileşeni vardır. Bunlar: (1) taşınan materyallerin içinde
çözündüğü bir sıvı, (2) bu sıvının, içinde aktığı borular ağı veya vücut boşluğu ve (3) bu
sıvıyı bu borularda veya boşluklarda yürüten bir araçtır. Hayvanlarda, dolaşım sıvısı
çoğunlukla kan adını alır. Bu sistem içinde kanı pompalayan organa kalp denir. Dolaşım,
farklı şekilleri olan, açık ve kapalı dolaşım sistemleri ile sağlanır.
Açık Dolaşım
86
TAŞINIM UYUMLARI
8-2
Protistlerde Taşınım
Protistlerde dolaşım sistemi yoktur. Hücrelerin çoğu çevre ile doğrudan temasta olan
bir hücreliler ve benzer koloniyal formlardır. Difüzyon ve aktif taşınım organizma ile dış
çevre arasındaki materyal taşınımı için yeterlidir. Hücreler içinde, materyal dağıtımı
sitoplazma akıntısı olan siklosis‘le desteklenir.
Amip ve paramesyumda, besin kofulları
siklosisle sitoplazmada dolaşır. Besin
sindirildikçe, besin kofulu zarından difüzyon ya da aktif taşınımla absorpsiyon olur.
8-3
Hidrada Taşınım
Hidra gibi basit çok hücreli hayvanlar da, bir dolaşım sistemi olmaksızın varlıklarını
sürdürür. Hidra tatlı sularda yaşar. Vücutları içi boş bir torba gibidir. Vücut duvarı iki
hücre katmanından meydana gelmiştir. Dış katman, ektoderm, su ortamı ile doğrudan
temastadır.
İç
katman,
endoderm,
gastrovascular
boşluğu
astarlar.
Su,
ağızdan
serbestçe bu boşluğa girip çıktığı için, endoderm de su ile doğrudan temastadır. Böylece,
her iki hücre katmanı çözünmüş oksijen, karbondioksit ve atıkların değişimini
sulu
çevreleri ile difüzyonla doğrudan yapabilirler.
Besinler, gastrovascular boşluktan aktif taşınım ve difüzyonla endoderm hücrelerine
geçer. Dış ektoderm hücre katmanı, besinleri bitişik endoderm hücrelerinden difüzyonla
absorbe eder. Bütün hücrelerde, besin ve diğer maddelerin dolaşımı siklosis ile sağlanır.
Hidranın gerilip kasılmasıyla kas hareketleri materyallerin gastrovascular açıklık içinde
dağıtılmasına yardım eder. Bu hareket gerekli materyalleri endodermin bütün hücrelerine
taşır ve aynı zamanda atıkların endoderm yüzeyinin yakınında toplanmasını önler.
87
Endoderm hücrelerinin kamcıları da materyallerin hareketine yardım eder. Böylelikle,
hidrada, gastrovascular açıklık hem dolaşım hem de sindirim işlevine hizmet eder.
8-4
Yersolucanında Taşınım
Yapısal olarak hidradan daha karmaşık olan yersolucanı, gerçek organ ve organ
sistemleri içerir. Hücrelerinin çoğu dış çevre ile doğrudan temasta değildir. Dolaşım
sistemi, dış çevre ile vücut hücreleri arasındaki materyal değişimine olanak verir.
Yersolucanının dolaşım sisteminin ana özellikleri Şekil 8-1’de görülmektedir. Kan
çözünmüş besin maddeleri, gazlar, atıklar, su ve diğer maddeleri taşır. Kırmızı pigment
hemoglobin içerdiğinden kırmızıdır. Hemoglobin kanın oksijen taşıma kapasitesini artırır.
Solucanın dolaşım sistemi, kanın sürekli damarlarda tutulduğu bir kapalı dolaşım
sistemi örneğidir.
Yersolucanında, biri sindirim sisteminin üstünde, dorsal damar; diğeri sindirim
sisteminin altında, ventral damar olarak uzanan iki büyük kan damarı vardır. Bu iki
damar baş ya da anterior yakınında solucanın uç kısmında aort kemerleri veya “kalpler”
olarak bilinen beş çift kan damarı ile bağlanmıştır. Bu kalp benzeri kan damarlarının
atması, kanı dorsal damardan ventral damara pompalar.
Ventral damar tüm vücut parçalarına giden pek çok küçük damarlara bölünür. Bu
küçük damarlar da gittikçe küçülen damarlara dallanır. Bunların en küçüğü, her biri bir
vücut hücresinin yanında bulunan çok fazla sayıdaki mikroskobik kılcal damarlardır. Kan
ile vücut hücreleri arasındaki materyal değişimi, kılcal damar çeperlerinde meydana gelir.
Çözünmüş materyaller kılcal damarların ince çeperlerinden oldukça hızlı difüze olur. Kılcal
damarlar, kanı dorsal damara geri taşıyan büyük damarlarla bağlantı oluşturur. Dorsal
kan damarı ritmik olarak kasılarak, kanın geriye, aort kemerine iter.
dorsal damar
aort kemerleri (kalpler)
küçük damarlar
ventral damar
Şekil 8-1. Yersolucanında Dolaşım
8-5
Çekirgede Taşınım
88
Çekirgenin açık dolaşım sistemi vardır. Açık dolaşım sisteminde, kan, damarlar
içinde değil, vücut dokularını doğrudan ıslattığı açık boşluklar içinde akar.
Çekirgenin kanı hemoglobin içermez ve renksizdir. Temelde besinlerin ve azot içerikli
atıkların taşınması ödevini görür. Oksijen ve karbondioksit taşımaz. Aksine, bu solunum
gazları dolaşım sisteminden ayrı olan bir dizi borular içinde taşınır.
Çekirgenin açık dolaşım sistemi, solucanın kapalı dolaşım sisteminden oldukça farklıdır
(Şekil 8-2). Sırt borusu, üstte, dorsalde, sindirim ve üreme sistemlerinin üzerinde tek bir
damar olan aort ve boru şeklindeki bir kalptir. Posterior ya da hayvanın gerisine yakın
olan kalbin kasılması, kanı aorttan başa doğru pompalar. Başta, kan aorttan dışarı boşalır
ve vücut boşlukları ya da sinüslerden damla damla akarak bütün vücut dokularından
geçer. Kan ile vücut hücreleri arasındaki materyal değişimi kanın sinüsler içinde olduğu
anda meydana gelir. Kanın sinüsler içindeki hareketi diyaframlar ve diğer kas hareketleri
ile sağlanır. Sonuçta, kan, çeperindeki açıklıklardan tekrar kalbe geçer.
kalp
aort
Şekil 8-2. Çekirgede Dolaşım
Bir açık dolaşım sisteminin temel karakteristiği, kanın, basınç altında olduğu kapalı bir
dolaşım sistemindekinden daha yavaş hareket etmesidir. Bununla birlikte, açık dolaşım
sistemleri
böceklerin
ve
diğer
bazı
gruplardaki
hayvanların
gereksinimlerinin
karşılamasında yeterli olmaktadır.
İNSANDA DOLAŞIM
Diğer omurgalılar gibi, insanların kapalı dolaşım sistemleri vardır. Solucandakine
benzer, ancak daha karmaşıktır. Bu sistem kanı pompalayan bir kalp ve kanı vücudun
tüm hücrelerine taşıyan damarlar ağını içerir. Kan damarları üç çeşittir. Bunlar,
atardamarlar, toplardamarlar ve kılcal damarlardır.
8-6
Kan Damarları
89
Atardamarlar. Kanı kalpten vücudun organ ve dokularına taşıyan kan damarları
arterler ya da atardamarlardır. Atardamar çeperleri kalın ve elastiktir. Bağ, kas ve epitel
doku katmanlarını içerirler.
Bir arter bir doku ya da organa girdikten sonra gittikçe
küçülen pek çok alt bölümlere ayrılır. En küçük arterlere artioller denir.
Toplardamarlar. Kanı vücut dokularından kalbe geri getiren kan damarlarına
toplardamarlar denir. En küçük toplar damarlara venullar denir. Venullarin birleşmesiyle
oluşan
damarlar
bir
araya
gelerek
gittikçe
büyüyen
toplardamarları
oluşturur.
Toplardamarların çeperleri ince ve sadece çok az elastiktir. Toplardamarların içindeki
kanat şeklindeki kapakçıklar kanın yalnızca bir doğrultuda, kalbe doğru akmasını sağlar.
Kapakçıklar tam olarak işlev yapamadığında, kan toplardamar içinde birikme eğilimi
gösterir. Damar çeperleri gerinir ve elastikliğini kaybeder. Bu duruma varisli damar denir.
Kılcallar. Atar ve toplar damarlar mikroskobik kılcal damar ağlarıyla bağlantılıdırlar.
Kılcal damar çeperleri bir tek katmanlı epitel hücrelerinden meydana gelmiştir. Bu
damarlar, kırmızı kan hücreleri içlerinden tek sıra halinde geçecek kadar çok dardır.
Çözününmüş besinler, atıklar, oksijen ve diğer maddelerin kan ile vücut hücreleri
arasındaki değişimi, kanın kılcal damarlar içindeki akışı sırasında yapılır.
8-7
Kalp
Kalp, ritmik kasılmaları, kanı damarlarda dolaşmaya zorlayan bir pompadır. Bu kaslı
organ yumruğumuzdan biraz büyüktür ve göğüs boşluğunun ortasının hafifçe solunda
bulunur. Hemen tamamen özel kalp kasları olan kardiak kaslardan oluşmuştur.
Mikroskobik çalışmalar, bu dokunun, her biri bir çekirdekli olan ayrı hücrelerden meydana
geldiğini göstermiştir. Kardiak kas hücreleri, büyük bir güçle kasılmalarına olanak veren,
dallanarak, birbirine kenetlenmiş ağdan oluşur.
Kalbin dış tarafı dayanıklı (sert) bir koruyucu zar olan pericardium ile çevrilidir. İçte,
kalp dört odacığa ayrılmıştır. Üsteki ikisi, ince çeperli olan atria ya da auricle’lerdir. Alttaki ikisi,
kalın çeperli karıncıklardır. Kalbin sağ ve sol yanları septum denilen bir bölme ile ayrılmıştır.
Kanın kalp içindeki akışı, yalnızca bir yöndeki akışına izin veren, kanat şeklindeki dört
adet kapakçık tarafından kontrol edilir. Atriovenricular ya da A-V
kapakçıkları adı verilen
bu kapakçıklardan ikisi, kanın atria’lardan karıncıklara akmasına izin verir. Kanın
karıncıklardan atria’lara akmasını önlerler. Kalbin sağ tarafında, A-V kapakçığı üç kanatlı
olduğundan tricuspid kapakçığı adını alır. Sol tarafta, bicuspid ya da mitral kapakçık adını
alır. Kanın karıncıklardan akciğer arterine ve aorta hareketine izin veren diğer iki
kapakçık, semilunar kapakçık adını alır. Bu kapakçıklar bu atardamarlardan karıncıklara
geri akışı önlerler.
Gerçekte, kalp ikili bir pompadır. Kalbin sağ tarafı oksijence fakir kanı akciğerlere
gönderirken, sol tarafı oksijence zengin kanı vücudun diğer kısımlarına gönderir.
Kalp atışı döngüsü. Kalbin pompalama eylemi iki ana devre içerir. Bu devrelerden
birinde, kalp kası gevşer.
Bu gevşeme dönemine diastole denir. Diğer devrede, kalp
kası kasılır. Kasılma devresine systole denir.
90
Gevşeme devresi olan diastole sırasında atrioventricular (A-V) kapakçıklar açılır. Kan
atria’dan karıncıklara akar. Diastole sonunda, karıncıkların yaklaşık yüzde yetmişi dolar.
Kasılma devresi olan systole, atria’nın kasılmasıyla başlar. Atria’nın kasılması, onları
dolduracak daha fazla kanı, karıncıklara girmeye zorlar. O zaman da karıncıklar kasılır. Bu
kasılma basıncı A-V kapakçıklarını kapatır ve semilunar kapakçıkları açar. Kan, sağ
karıncıktan, akciğerlere giden iki atar damara ayrılmış olan akciğer arterine akar. Kan, sol
karıncıktan vücudun en büyük atardamarı olan aorta akar. Aort, kanı bütün vücut
dokularına taşıyan pek çok küçük atardamara dallanır ve bölünür.
Karıncıklar kasılırken, atri’lar gevşer. Bu, kanın toplardamarlardan atri’ya kamasına
izin verir. Vücut dokularından geri dönen kan sağ atrium’a girer. Akciğerlerden dönen kan
sol atrium’a girer. Karıncıkların gevşemesiyle, yeni bir diastole dönemi başlar ve döngü
tekrarlanır.
Kalp kapakçıkları açılıp kapandıkça, stethoscope ‘dan net olarak duyulan bir “lub-dup”
sesi çıkarırlar. “Lub” sesini, tricuspid ve bicuspid (A-V) kapakçıkların kapanması
meydana getirir. ”Dup” sesi, semilunar kapakçıkların kapanması ile meydana gelir. Kalp
kapakçıklarından biri zarar görürse, kalp atışı döngüsü sırasında belirli zamanlarda bir kan
sızması ya da geri akışı olur. Bu, çoğunlukla “kalp mırıltısı” olarak bilinen anormal kalp
sesleri meydana getirir.
Kalp atışının kontrolü. Kalbi meydana getiren kardiak kas vücudun diğer kas
dokularından farklıdır. Diğer kas türlerinden farklı olarak, kardiak kas lifleri bir ağ ya da
kafes oluşturur. Kas liflerinin bu düzenlemesinde, atria ve karıncık ayrı birer işlevsel
birimler gibidir.
Diğer kas türlerinin kasılımı
sinir sistemi tarafından kontrol edilir. Bununla birlikte,
kardiak kas yapısal ya da kendine özgü bir kasılma yeteneğine sahiptir. Hatta, kalp,
vücuttan çıkarıldığı zaman bile, özel bir çözelti içinde tutulduğu sürece atışlarını sürdürür.
Her bir kalp kas lifi kendi kendine özgü konsantrasyon hızına sahiptir. Bununla birlikte,
kalp tek bir birim olarak işlev görmek zorundadır. Buna, “uzlaştırıcı (bağdaştırıcı)” ya da
sinoatrial node denilen kalpteki bir yapı olanak vermektedir. Uzlaştırıcı sağ atrium’un
çeperinde özelleşmiş bir kas hücreleri grubudur. Kalbin kasılması uzlaştırıcıdan gelen
elektriksel impulslarla başlatılır. Özelleşmiş bir lifler sistemi bu impulsları kalbin bütün
kısımlarına taşır, önce atria sonra da karıncıklarda kasılmaya neden olur.
Kalp
kasılmalarının
her
bir
anında
üretilen
bu
çok
küçük
elektrik
akımı
electrokardiogram ya da EKG veren bir makinede kayıt edilebilmektedir. Hekimler
electrocardiogramları, kalp sağlığını kontrolde kullanmaktadır.
Kalp atışı hızı uzlaştırıcıya giren belirli sinirler tarafından düzenlenmektedir. Vagus
sinirleri’nin impulsları
uzlaştırıcıyı yavaşlatırken, cardioakselerator sinirler’in impulsları
uzlaştırıcıyı hızlandırmaktadır. Kalbin ritmi, vücut sıcaklığının ve kanda
taşınan belirli
kimyasalların değişmesinden de etkilenmektedir.
Kalbin kendi doğal uzlaştırıcısı uygun şekilde işlev yapmadığında, kalp atışlarını
düzenlemek için elektriksel güç kaynaklı kablolardan oluşan elektronik bir uzlaştırıcı
ameliyatla kalbe eklenebilmektedir.
91
8-8
Kan Basıncı ve Kanın Akışı
Arterlerin kalın, kaslı çeperleri elastiktir. Karıncıklar kasıldığında, kan büyük bir basınç
altında arterlere itilir. Elastik olduklarından, arterler genişleyebilir ve bu büyük basıncı
absorbe edebilirler. Karıncıkların gevşemesiyle, basınç azalır. Bununla birlikte, arter
çeperlerinin elastikliği kalp atışları arasındaki basıncın sürdürülmesine yardım eder. Bu
yolla, kanın sürekli akması sağlanır. Kalp atışı sol karıncığın her bir kasılma gevşeme
anında arterde duyulan gerilme (yüksek basınç) ve gevşeme (düşük basınç) değişimidir.
Kalp atışının her iki hız ve gücü nabızda yansıtılmaktadır.
Arterlerdeki kan basınç altındadır. Arterial kan basıncı sphygmomanometer denilen bir
aletle ölçülmektedir. Basınç, bu alette bir boru içindeki cıva kolonu yüksekliği cinsinden
ölçülmektedir. Sistol sırasında, dinlenme durumunda, ortalama bir erişkinde, basınç
yaklaşık 120 milimetre yükseklikte bir cıva sütununa denktir. Diastolde, basınç düşer ve
maksimum cıva yüksekliği sadece yaklaşık 80 mm’dir. Kan basıncı yaygın olarak sistolik
basınç/diastolik basınç şeklinde ifade edilir. Böylece dinlenme durumundaki bir erişkinde
kan basıncı 120/80’dir. Alıştırma ve stres anında, kan basıncı yükselir.
Yüksek
kan
basıncı
veya
hypertansiyon,
kan
basıncının
normal
kalp
atışı
döngüsündekinin çok yukarısında kaldığı bir durumdur. Bu ciddi ve oldukça yaygın bir
sağlık problemidir. Yüksek kan basıncının sık rastlanan bir nedeni
yaygın olarak
“arterielerin sertleşmesi” denilen bir rahatsızlık olan atherosclerosis ‘dir. Bu rahatsızlıkta,
kolesterol ve diğer yağ materyali birikimlerinin arterielerin iç çeperlerinde toplanmasıdır.
Arterielerin daralması ve çeperlerinin elastikliğini kaybetmesi, kan basıncının artmasına
neden olmaktadır. Bu durum kalbe ve kan damarlarına bir zorlanma yüklemektedir. Eğer
tedavi
edilmezse,
kalp
krizlerine
ve
felçlere
öncülük
edebilir.
Pek
çok
çalışma
atherosclerosis gelişme şansı kandaki kolesterol miktarı ile arttığını göstermiştir. Bu, daha
doğrusu, beslenmede tüketilen yağ miktarıyla, özellikle hayvansal yağ miktarıyla ilişkili
görülmektedir. Bu nedenle uzmanlar beslenmede yağ miktarının düşük tutulmasını
önermektedir.
Kan arterielere aktıkça, basınçta bağıntısal olarak küçük bir düşüş vardır. Bununla
birlikte, kan arteriollere ulaştığında daha büyük bir düşüş olur. Arteriollerin kapilar
sonlarında kılcallarda kanın akışını kontrol eden kas halkaları, precapillary büzgen, vardır.
Kılcallar vücuttaki pek çok sayıdaki kan damarlarıdır. Eğer bütün kılcallar aynı anda açık
olsalardı, bunları dolduracak yeterli kan bulunmayacaktı. Precapillary büzgenin açılması
ve kapanması kan akışını gerekli olduğu yerlere vücut parçalarına yöneltmektedir.
Örneğin, koştuğumuzda, sindirim sistemi kılcallarında kan istemi azalırken, iskelet
kaslarının kılcallarındaki kan akışı artmaktadır.
Kan damarlara ulaştığında, basınç düşüktür. Basınç, kanın kalbe, özellikle de vücudun
alt kısımlarından dönüşünde, daha da düşüktür. Damarlardaki kan akışı, vücudun
hareketi ile iskelet kaslarının sıkıştırma eylemi ile desteklenmektedir. Kasılan bir kas bir
damara baskı uyguladıkça, damardaki kan hareket etmeğe zorlanır. Damarlardaki vanalar
aksi yöndeki akışa engel olduğundan, kan kalbe doğru hareket eder.
92
8-9
Akciğer Dolaşımı
Vücut dokularından kalbe dönen kanda oksijen düşük ve karbondioksit yüksektir. Bu
kan sağ kulakçığa girer ve sağ karıncık içine akar. Sağ karıncık kanı akciğer atardamarları
ile akciğere pompalar. Akciğer atardamarları, oksijence fakir kan taşıyan yegane
atardamarlardır. Diğer bütün atardamarlar oksijence zengin kan taşırlar. Kan, akciğerler
kılcallarında dolaştıkça, oksijen kazanır ve karbondioksitten temizlenir. Akciğer kılcalları,
kalbin sol kulakçığına oksijence zengin kan taşıyan akciğer damarlarına birleşir. Akciğer
toplardamarları
oksijence
zengin
kan
taşıyan
yegane
damarlardır.
Diğer
tüm
toplardamarlar oksijence fakir kan taşırlar.
8-10
Sistemik Dolaşım
Kan, sol kulakçıktan sol karıncığa girer. Sistemik dolaşım kalbin sol karıncığında
başlar. Kanı tüm vücuda pompaladığından, güçlü sol karıncık, kalbin diğer odacıklardan
daha kalın çeperlere sahiptir. Kan, sol karıncıktan, aorta pompalanır. Aort, tüm vücut
kısımlarında ödev gören atardamarları oluşturan kollara ayrılır. Atardamarlar, gittikçe
küçülen damarları yapan ve en sonunda kılcalları oluşturan daha alt bölümlere ayrılırlar.
Her vücut hücresinin yanında bir kılcal damar vardır. Kan ile vücut dokuları arasındaki
madde değişimi kılcalların çeperleri boyunca meydana gelir. Kılcallar, sonunda kanı kalbe
geri getiren toplardamarların oluşumuna katılırlar. Vücudun en büyük toplardamarları,
superior vena cava ve inferior vena cava, kalbin sağ kulakçığına boşalırlar. Superior vena
cava baş, kollar ve göğüsten; inferior vena cava vücudun aşağı kısımlarından, kanı geri getirir.
Büyük dolaşım, özel öneme sahip üç alt bölüm içerir. Bunlar, kalp dolaşımı,
karaciğer-kapı damar dolaşımı ve böbrek dolaşımıdır.
Kalp dolaşımı. Kalbe ait dolaşım kalbin damarlarına kan sağlar. Sağ ve sol koroner
atardamarlar, aort hemen kalpten ayrıldıktan sonra aortta kollara ayırırlar. Koroner
atardamarlar, kalp kaslarına giren kollarla kalbin her iki yanında ilerlerler. Kalp kasını
boşaltan toplardamarlar, doğrudan kalp odacıklarına, çoğunlukla sağ kulakçığa boşalırlar.
Kalp hücreleri, sürekli olarak besin ve oksijen sağlamak zorundadır. Bir korener
atardamar, bir kan pıhtısı ya da yağ birikintisi ile tutulursa, bir kalp krizi meydana gelebilir.
Karaciğer-kapı damar dolaşımı. Kan, kalbe dönmeden önce, çoğunlukla sadece bir
kılcal damar takımında dolaşır. Bunun bir istisnası kanı, sindirim sisteminden karaciğere
taşıyan, karaciğer-kapı damar dolaşımıdır. Sindirim sistemi kılcallarından geçen kan,
besin maddelerini alır. Bu toplardamarları boşaltan kılcallar, doğrudan kalbe geri
götürülmezler.
Bunun
yerine,
karaciğere
giden
kapı
toplardamarını
oluştururlar.
Karaciğerde, bu toplardamar daha küçük toplardamarlara ve kılcallara benzer damarlarakaraciğer boşluklarına bölünür. Sıvılar, besin maddeleri ve hatta kan proteinleri kolaylıkla
kandan dışarıya ve karaciğerde hücreler arası boşluklara difüze olurlar. Karaciğer
boşluklarındaki kan, inferior vena cavaya boşalan, bazı karaciğer toplardamarları
tarafından alınır.
93
Karaciğer-kapıdamar dolaşımı yaşamsal bir homeostatik işlev görür. Kan karaciğerden
geçtikçe, fazla glikoz karaciğer hücreleri tarafından absorbe edilir ve daha sonra
depolanan glikojene dönüştürülür. Bir süre hiçbir şey yenmediğinde, sindirim sisteminden
karaciğere ulaşan kan, düşük glikozlu olur. O zaman karaciğer, biriktirdiği glikojeninin bir
kısmını, karaciğer hücrelerinden kana difüze olan glikoza dönüştürür. Böylece karaciğer,
kan glikozu konsantrasyonunu değişmez bir düzeyde tutmaya yardımcı olur.
Böbrek
dolaşımı.
Kanın
işlevlerinden
biri,
vücut
dokularına
ait
atıkların
uzaklaştırılmasıdır. Bu atıklar mutlaka atılmalı veya boşaltılmalıdır. Gazsal atık ürün
karbondioksit kalp dolaşımı ile akciğerlere taşınır ve oradan dışarı atılır. Diğer atıklar kan
ile uzaklaştırılır ve böbreklerle boşaltılır. Böbrek dolaşımı, kanı böbreklerde taşıyan,
büyük dolaşımın özel bir koludur.
LİMFAL SİSTEM
8-11
Hücrelerarası Sıvı
Bütün vücut hücreleri, hücrelerarası ya da interstitial sıvı denilen renksiz, akışkan bir
sıvı içinde ıslanırlar. Bu sıvı, kılcal damarlar ile vücut hücreleri arasında materyallerin
değişimi için bir ortam olarak ödev yapar. Kan ile vücut hücreleri arasında değiştirilen
bütün maddelerin, mutlaka hücrelerarası sıvıya difüze olması gerekir.
Hücrelerarası sıvı, kılcal damarlardan dışarı difüze olan kanın sıvı kısmından (plazma)
meydana gelir. Çoğu su ve tuzlardan ibarettir, ancak protein ve besin maddeleri de içerir.
Hücrelerarası sıvının vücut dokularına difüzyonu, kılcal damarların, atardamar tarafındaki
uçlarında meydana gelir. Kılcal damarların toplardamar uçlarında, hücrelerarası sıvının
çoğu ve içerdiği maddelerin bir kısmı, kılcal damarlara geri difüze olur. Ancak, bu sıvının
bir kısmı ve bütün proteinler kılcal damarların dışında kalır.
8-12
Limfal Sistemin Yapı ve İşlevi
Fazlalık sıvı ve proteinler, hücrelerarası boşluktan, limfal sistem denilen bir
toplardamar sistemi ile kana geri döner. Limfal sistem olmasa, kandan sürekli sıvı kaybı
ile dolaşım sistemi kurur ve vücut dokuları su içinde kalırdı. Limfal sistem, vücut dokuları
içinde, bir ucu kapalı mikroskobik borucuklar olan, limf kılcallar ile başlar. Bu borucukların
çeperleri, yalnızca bir hücre katmanı kalınlıktadır. Bu hücreler arasındaki açıklıklar,
hücreler arası sıvı ve proteinlerin, kolaylıkla limfal damarlara geçmesine izin verir. Bu
damarlar içindeki sıvıya limf denir. Toplardamarlar gibi, limfal damarların, limfin sadece
bir yönde akmasına izin veren, kanatçık şeklinde vanaları vardır. Kas hareketi limf
damarlarını sıkar ve limfi ileri iter.
Limfal kılcal damarlar, gittikçe kalınlaşan damarlar meydana getirmek için birleşirler.
Sonunda, vücudun aşağı kısmından, başın ve göğsün sol tarafında ve sol koldan, bütün
limf, vücudun en büyük limfal damarı olan göğüs salgı kanalına akar. Limf, göğüs salgı
94
kanalından, göğsün sol tarafındaki büyük bir damara boşalır. Başın sağ tarafından, sağ
koldan ve göğsün sağ tarafından, bütün lemf, göğsün sağ tarafındaki büyük bir damara
boşalan, sağ limf kanalına girer. Bu yolla, kandan kılcallara gitmiş olan sıvı ve proteinler,
dolaşıma geri dönerler.
İnce bağırsağın villisindeki limf damarlara lactealler denir. Yağ sindirim ürünleri
lacteallere ve sonunda limf ile kan dolaşımına girerler.
Limfal damarlar boyunca, çeşitli yerlerde, vücudun hastalıklara karşı savunulmasında
önemli rol oynayan, limfal düğümler ya da limf bezleri vardır. Bunlar, limften yabancı
maddeleri süzer, kanser hücrelerine, bakterilere ve kan dolaşımına giren hastalık etmeni
diğer organizmalara engel olur. Ayrıca, ürünleri bakteri ve diğer yabancı maddeleri yok
eden çeşitli beyaz kan hücreleri üretirler. Bulaşma alanında, limf düğümü büyüyebilir ve
ağrı yapabilir. Bu “şiş bezler”, vücudun bir enfeksiyonla savaştığını gösterir.
Limfoid doku, limfal düğümlerde olduğu gibi, midenin yanında yer alan dalakta de
bulunur. Dalakta, limfoid dokular, bakterileri ve yıpranmış kırmızı kan hücrelerini süzer.
95
9
KAN
KANIN BİLEŞİMİ
9-1
Kanın İşlevleri ve Bileşenleri
Kan, insan ve diğer omurgalılarda sıvı, taşıma dokusudur. Kan sıvı olduğu için,
çözünmüş ve asılı materyalleri taşıyabilir. Solunum gazları, besin maddeleri, hücresel
artıklar ile enzim ve hormonlar gibi düzenleyici maddeleri taşır.
Kan, tüm vücut işlevlerinin düzenlenmesini destekler. Kimyasal durumu, pH'yı,
hücrelerin ve vücut sıvılarının su içeriğini korur ve düzenler. Kan ayrıca vücut sıcaklığının
düzenlenmesine katılır.
Kan vücudu korur. Beyaz kan hücreleri ve kanda bulunan belirli maddeler vücudu
hastalık yapan mikroorganizmalara karşı korur. Kanın pıhtılaşma yeteneği, dolaşım
sistemini, bir yaradaki sıvı kaybının neden olabileceği yıkımdan korur.
Ortalama insan vücudu yaklaşık 5.5 litre kan içerir. Kan, plazma adı verilen bir sıvı
içinde asılı hücrelerden yapılmış yegane dokudur. Kanın toplam hacminin yaklaşık %55
'ni plazma, yaklaşık %45 'ini de hücreler ya da şekillenmiş elementler oluşturur.
Şekillenmiş elementler kırmızı kan hücreleri, beyaz kan hücreleri ve trombositleri kapsar.
Şekillenmiş element hacminin çoğu kırmızı kan hücreleridir.
9-2
Plazma
Plazma berrak, saman renkli bir sıvıdır. Esas olarak su (%90 dolayında) ve çözünmüş
proteinlerden (%7 dolayında) ibarettir. Ayrıca, tuzlar, glikoz, amino asitler, yağ asitleri,
vitaminler, hormonlar ve hücresel atıklar içerir.
Kan plazmasında bulunan üç çeşit protein albümin, globulinler ve fibrinojendir. Plazma
proteinlerinin
en
bolu
olan
albümin,
hücrelerarası
boşluklarda,
plazmanın
kılcal
damarların dışına difüzyonunu düzenleyen bir ozmotik eğime neden olur. Globulinler belli
sayıda farklı işlevlere hizmet derler. Bazı globulinler proteinler ve diğer maddelerin
vücudun bir kısmından diğerine taşınmasına katılırlar. Diğer globulinler, özellikle gamma
globulinler, enfeksiyonlara karşı vücudun savunulmasında büyük bir rol oynarlar.
Fibrinojen kanın pıhtılaşmasında önemlidir.
9-3
Kırmızı Kan Hücreleri
Kırmızı kan hücreleri ya da eritrositler, büyük bir farkla kandaki en çok sayıdaki
hücrelerdir (kanın her milimetre küpünde yaklaşık 5 milyon). Esas işlevleri, oksijenin
akciğerlerden organ dokularına ve karbondioksitin dokulardan akciğerlere taşınmasıdır.
Kırmızı kan hücreleri, merkezleri, etrafındaki kenardan daha ince olan, disk şeklinde
96
hücrelerdir. Bununla birlikte, kolaylıkla şekil değiştirirler. Kanan karakteristik kırmızı
rengini veren demir içerikli pigment, hemoglobin ile doludurlar. Hemoglobin oksijen ve
karbondioksitin taşınmasında işlev görür.
Memelilerde embriyo gelişimi sırasında, kırmızı kan hücreleri karaciğer, dalak ve lenf
düğümlerini içeren çeşitli organlar tarafından meydana getirilir. Ancak, doğumdan sonra,
normal olarak sadece kemik iliği tarafından üretilirler. Olgun kırmızı kan hücreleri
çekirdek içermez. Yaklaşık 120 gün canlı kalırlar. Eskimiş kırmızı kan hücreleri karaciğer
ve dalak tarafından dolaşımdan uzaklaştırılır ve yıkılır. Hemoglobin molekülünün demiri
vücut tarafından yeniden kullanılır.
Anemi bir ferdin çok az kırmızı kan hücresine veya yetersiz hemoglobine sahip olması
durumudur. Anemide, vücut hücreleri yeterli miktarda oksijen alamazlar. Bazı anemi
şekilleri, vitamin B12 enjeksiyonu veya demiri bol besinlerin alınması ile tedavi edilebilir.
9-4
Beyaz Kan Hücreleri
Beyaz kan hücreleri ya da lökositler, vücudu bakteri ve diğer mikroorganizma
enfeksiyonlarına karşı korur.
Beyaz hücreler kırmızı hücrelerden daha büyüktür ve
kırmızı hücrelerin aksine bir veya daha fazla çekirdek içerirler. Lökositler kemik iliği ve
lenfal dokular tarafından meydana getirilir. Olgun lökositler kan dolaşımına girer. Kılcal
damar çeper hücrelerinin arasından sıkışabilir ve vücut dokularına geçebilirler. Vücudun
belirli bir yerinde bir enfeksiyon olduğunda, lökositler orada toplanır.
Yapısal olarak, beyaz kan hücrelerinin birkaç farklı çeşidi vardır. Bununla birlikte,
işlevleri bakımından, lökositler iki grup altında toplanır. Bir çeşidi, mikroorganizma ve
diğer maddeleri yutan fagositoz olarak rol oynar (Şekil 9-1). İkinci çeşit, vücuda giren
yabancı maddeler veya mikroorganizmalara saldıran protein molekülleri olan antikorların
üretimine katılırlar.
Şekil 9-1. Beyaz Kan Hücresinin Bir Bakteri Zincirini Yutması
97
Normal olarak, kanın her milimetreküpünde sadece 6,000 ile 8,000 arasında beyaz kan
hücresi vardır. Ancak, vücutta bir enfeksiyon olduğu zaman, bu sayı milimetreküpte
30,000 'e kadar çıkabilir. Fagositik lökositler arasında, çoğu ölmeden önce 5 ile 25
arasında bakteri yutabilir. Enfekte olmuş bir yara yerinde meydana gelen ince sarımsı
sıvı, aslında bakterileri yuttuktan sonra ölen beyaz kan hücrelerinden ibarettir.
Lösemi, beyaz kan hücreleri sayısının kontrolsüz artışı olan bir kan kanseri şeklidir.
Günümüzde,
bazı
kan
kanseri
formları
kontrol
edilebilmekte
hatta
ilaçla
tedavi
edilebilmektedir.
9-5
Trombositler
Trombositler, kemik iliğinde oluşturulan, küçük, yuvarlak veya oval bir çeşit kan
hücresi parçacıklarıdır. Çekirdeği olmayan trombosit, hücre zarıyla çevrili bir sitoplazma
kırıntısından ibarettir. Kanın her milimetreküpünde, çoğunlukla 200,000 ile 400,000
arasında trombosit vardır. Trombositler, kanın pıhtılaşma işlemini başlatır.
KANIN PIHTILAŞMASI İŞLEMİ
9-6
Pıhtılaşma İşlemi
Bir kan damarı yaralandığında, yarayı tıkayan katı bir kütlenin, bir kan pıhtısı’nın
oluşmasıyla kanın akması durdurulur. Kanın bu katılaşmasına pıhtılaşma denir.
Pıhtılaşma temelde tromobositler ve plazma proteini fibrinojen tarafından gerçekleştirilir.
Kan pıhtılaşmasının ayrıntılı süreci şu şekilde özetlenebilir.
1. Pıhtılaşma, yaralı kan damarının çeperinden thromboplastin adlı bir maddenin
salıverilmesiyle başlatılır.
2. Damar yaralanır yaralanmaz, trombositler yaralı damar çeperine yapışmaya başlar
ve bir yandan thromboplastin salıverilir.
3. Yara yerinde thromboplastin ve diğer bazı etkenlerin bulunması, sonuçta plazma
proteini
prothrombin’in
thrombin’e
dönüştürüldüğü
enzim
kontrollü
karmaşık
bir
tepkimeler dizisinin meydana gelmesine neden olur.
4. Bir enzim olan thrombin, diğer bir plazma proteini, fibrinojeni, çözünmez fibrin
bağlarına dönüştürür. Thrombinin trombositleri aynı zamanda yapışkan yapması, damar
çeperindeki yarayı bir trombosit kütlesi ve fibrin bağcıkları ile doldurur.
5. Kırmızı kan hücreleri fibrin iplikçikleri ile trombositler arasında tutulur ve yaranın
içini doldurur. Pıhtı su kaybettikçe, kabuk halinde sertleşir.
6. Yara, fibroblast’lar denilen hücrelerinin ve epitel hücreleri dış katmanının gelişmesi
ile onarılır.
Kan, aktarım için kullanılacaksa, pıhtılaşma önlenmelidir. Pıhtılaşma tepkimelerinin
bir çoğu için gerekli olan kalsiyum iyonları, plazmada bulunmaktadır. Kana sodyum sitrat
98
eklendiğinde, kalsiyum iyonları sitratla bağ yapar ve kan pıhtılaşamaz. Kan aktarımlarının
çoğunda sitratlı kan kullanılmaktadır.
9-7
Pıhtılaşma Problemleri
Kanın normalde pıhtılaşmayacağı çeşitli koşullar vardır. Bu, küçük yaralardan fazla
kan akmasına ya da kanamaya yol açabilir. Fazla kan akma eğilimi, K vitamini eksikliği (K
vitamini prothrombin sentezi için gereklidir) veya kanın pıhtılaşma etkenlerinden birinin
kaybedildiği,
hemofili
denilen
kalıtsal
bir
hastalıktan
dolayı,
kandaki
trombosit
yetersizliğinden kaynaklanabilir.
Pıhtılaşma kan kaybına karşı en büyük savunma olduğundan, sadece gerekli yerde ve
zamanda meydana gelir. İki etken, damarlarda dolaşan kanda pıhtı oluşumunu önler.
Birinci, kan damarlarının iç yapısı, pıhtılaşma tepkimelerinin harekete geçmesini önler.
İkinci, Kanda, pıhtılaşmaya karşı iş gören ve pıhtı oluşumunu önleyen kimyasal maddeler
vardır. Heparin, ameliyattan sonra kan pıhtısı oluşumunu engellemek için ilaç olarak
kullanılabilen
güçlü
bir
pıhtılaşma
önleyicidir.
Normalde,
kanda,
düşük
konsantrasyonlarda mevcuttur. Vücutta bazı değişik hücreler tarafından, özellikle akciğer
ve karaciğer kılcallarını kuşatan dokularda üretilir.
Bazen pıhtı, bir kan damarı içinde oluşur. Bu tür bir pıhtı damar çeperine
tutunduğunda, thrombus adını alır. Thrombuslar bir atardamar içinde meydana gelirse,
bu atardamarın karşıladığı, organı besleyen kan, olası kötü etkileri ile kesilebilecek ya da
azalabilecektir. Bir thrombus serbest kaldığında, dolaşım sistemi içinde gezen kan pıhtısı
olan bir embolus oluşturur. Embolus çok tehlikelidir. Sonunda, yaşamsal bir organın,
özellikle kalp, akciğerler veya beynin atardamarını tıkayabilir. Tıkalı bir kalp atardamarı
bir kalp krizine; tıkalı bir beyin atardamarı bir felce neden olabilir.
BAĞIŞIKLIK
9-8
Hastalıklara Karşı Savunma
Vücudun hastalık etmeni organizmalara karşı bazı savunmaları vardır. Kesintisiz deri,
mikroorganizmaların saldırısını önler. Ağız asidi besinlerdeki pek çok mikroorganizmayı
öldürür. Vücut dokularına girmeyi başaran pek çok mikroorganizma fagositler tarafından
yutulur ve imha edilir. Ancak, belirli mikroorganizmaların bulaşmasına karşı koyan
bağışıklık vücut savunmalarının en güçlüsüdür. Bağışıklık, vücudun belirli hastalıklara
karşı koyma yeteneği olarak tanımlanır.
Bağışıklığın gerçek mekanizmalarının anlaşılması oldukça yakın olsa da, yüzyıllardan
buyana, belirli hastalıklardan iyileşen insanların, bu hastalıklara bağışık olduklarından,
yeniden yakalanmayacakları biliniyordu. Çiçek bu tür bir hastalıktır. Ancak, çoğunlukla
ölümcül olduğundan, bağışıklık kazanmak için, çiçek hastalığı kapmak arzulanan bir yol
olmamıştır.
99
Onsekizinci yüzyılda, sütçü kadınlar, bazı yönlerden çiçek hastalığına benzeyen, hafif
geçen bir sığır çiçeği hastalığı geçirirdi. Çok kimse, sığır çiçeği geçiren birinin, çiçek
hastalığına yakalanmayacağına inanırdı. İngiliz doktor Edward Jenner, 1796 yılında, bu
kuramı test etmeye karar verdi. Sütçü bir kadının sığır çiçeği yarasından bir miktar sıvı
almış ve bunu küçük bir çocuğun derisinde açtığı bir kesik yarasına enjekte etmiştir.
Çocuk, sığır çiçeğinin bilinen hafif seyrini geçirmiştir. Çocuk iyileştikten sonra, Jenner, bir
çiçek hastasının yarasından aldığı materyalle çocuğun derisini muamele etmiştir. Çocuk
sağlıklı kalmıştır. Bu deneyden sonra Janner, sığır çiçeği ile insanlara bağışıklık
kazandırdığı aşı yöntemini geliştirmiştir. Daha sonra bu yöntem, diğer pek çok hastalığın
önlenmesi için genişletilmiştir.
Sığır çiçeği ile çiçek hastalığına akraba virüsler neden olmakta, dolayısıyla sığır
çiçeğine bağışıklık çiçek hastalığına karşı da bağışıklık geliştirmektedir. Bununla birlikte,
sığır çiçeği ile çiçek hastalığı arasındaki bu “çapraz bağışıklık” seyrektir. Çoğunlukla, bir
hastalığa bağışıklığın diğer herhangi bir hastalığa bağışıklığa hiçbir etkisi yoktur.
9-9
Bağışıklığın İşleyişi
Bağışıklığın temeli, vücudun, “kendinden” (kendi hücre ve molekülleri) ve
“kendinden olmayan”ı (yabancı hücre ve moleküller) ayırma yeteneğinde
yatmaktadır. Bu tanıma, bir organizma ile diğeri arasında, belirli büyük
moleküllerin farklılıklarına dayanmaktadır. Yabancı hücre ve moleküller vücuda
girdiğinde, onları imha etmeye veya etkilerini gidermeye çalışan bağışıklık
sistemi, onları “kendinden olmayan” olarak tanınır. Bağışıklık sistemi lenfositler
denilen beyaz kan hücreleri ve lemfatik sistemin çeşitli dokularını içerir. Yabancı
hücre ve moleküllerin varlığına bağışıklık sistemin karşı koymasına bağışıklık
tepkisi denir.
Antijenler. Bağışıklık tepkisine neden olan herhangi bir maddeye antijen denir.
Antijenlerin çoğu proteinlerdir, ancak karbonhidratlar ve çekirdek asitleri de antijenler
olabilmektedirler.
Mikroorganizmaların çoğu ve pek çok toksinler (bakterilerin ürettiği
zehirli maddeler)’in içerdiği maddeler antijenlerdir. Her insan vücudu, diğer hiçbir insanda
bulunmayan emsalsiz bir protein bileşimi içerir. Sonuç olarak, bir kişiden diğer bir kişiye
aktarılan doku, antijen olarak etki eden “yabancı” proteinler içerir. Antijenlerin vücutta
olması, antijenleri veya onları taşıyan yabancı dokuları imha için harekete geçen
bağışıklık tepkisine neden olur.
Lenfositler ve antikorlar. Vücut dokularında bulunan yabancı antijenlerin tanınması
ve yok edilmesi lenfositlerce yerine getirilir. Lenfositler, başlangıçta, gelişen embriyonun
kemik iliğinde meydana getirilir. Kan dolaşımına girerler, vücut dokularına geçerler ve
sonunda lenfoid dokularda toplanırlar. İki tür lenfosit vardır-B lenfositler ve T lenfositler.
Lenfoid dokulara yerleşmeden önce, B ve T lenfositlerin her ikisi, lenfal sistemin özel
bir yerinde “işleme” uğrarlar. Bu işlem olmadan, antijenleri tanıyamazlar. İnsan
lenfositlerinde 10,000 ile 100,1000 arasında farklı türden antijen reseptörlerinin olduğu
100
tahmin edilmektedir. Bununla birlikte, her bir bağımsız lenfosidin, sadece bir çeşit antijen
için reseptörleri vardır. Bir antijen vücuda girdiğinde, sadece o özel antijeni tanıyan
reseptörlü lenfositler harekete geçirilir. Antijene bağlı olarak, B lenfositler, T lenfositler
veya her ikisi uyarılabilmektedir.
B lenfositler antijenlerce harekete geçirildiğinde, plazma hücreler ve bellek hücreler
olarak iki farklı türden hücreler oluşturmak için, büyürler ve tekrarlanan hücre
bölünmeleri geçirirler. Plazma hücreler, özgün olarak antijenlerle hareket eden ve onları
etkisiz hale getiren proteinler olan antikorlar salgılarlar (Şekil 9-2). Antikorların, özel
antijenlerin belirli yelerine uyan aktif yerleri vardır. Birkaç farklı antikor sınıfı vardır ve
antijenlerin faaliyetini değişik şekillerde durdururlar.
Aktif hale gelmiş B lenfositler tarafından üretilen bellek hücreler lenfoid dokularda
kalırlar. Aynı antijen vücuda tekrar girere, bellek hücreler, o hastalığa bağışıklık
sağladığından, ona karşı hemen antikor üretmeye başlarlar.
antijenler
B lenfositler
antikorlar
plazma hücreler
tekrar hücre bölünmesi
bellek hücreler
Antijen-antikor kompleksi
Şekil 9-2. B Lenfositlerce Antikor Oluşturulması
T lenfosit bir antijenin varlığında uyarıldığında, o antijene duyarlı daha fazla lenfosit
üretmek için, o da hızlı bir hücre bölünmesi geçirir. Bu yeni oluşmuş lenfositlerin bazısı
lenfoid dokuda kalır ve bellek hücreler olarak ödev yapar. Diğerleri lenfoid dokudan
dolaşım sistemine ve vücut dokularına geçerler. Duyarlı oldukları antijenlerle temasa
geçtiklerinde, onlarla birleşir ve onları yok ederler.
9-10
Bağışıklık Türleri
101
Doğuştan bağışıklık ve kazanılan bağışıklık olmak üzere iki temel bağışıklık çeşidi
vardır.
Bazı hastalıklara doğuştan ya da doğal olan bağışıklık birey doğduğunda mevcuttur.
Kanda, belirli türden mikroorganizmaları yok eden birkaç kimyasal madde çeşidi vardır ve
ayrıca hastalık etmeni özel organizmalara saldıran özgün antikorlar da doğumda kanın
içinde mevcuttur. İnsanlar, diğer tür hayvanlarda hastalıklara neden olan pek çok
mikroorganizmalara karşı doğuştan bağışıktırlar.
Kazanılan bağışıklık, bireyin yaşam süresince gelişen bağışıklık türüdür. Aktif ve pasif,
iki çeşit kazanılan bağışıklık vardır. Aktif bağışıklıkta, vücut, özel bir tip antijene
saldıracak, kendi antikor veya lenfositlerini üretir. Pasif bağışıklıkta, bir kişiye, bir başka
kişi
veya
hayvanın
kanından
sağlanan
antikorlar
verilir.
Pasif
bağışıklı
“ödünç”
bağışıklıktır.
Aktif kazanılan bağışıklık hastalığa yakalanma sonucu gelişebilir. Örneğin, suçiçeği
geçiren bir kişinin bu hastalığa ikinci kez yakalanması çok nadirdir. Suçiçeği virüsü
vücuda yeniden saldırdırırsa, vücut dokularında kalan bellek hücreler, hızla antikorlar
veya lenfositler üretirler.
Aktif bağışıklık bir aşının kullanılması ile de gelişebilir. Bir aşı, ölü ya da zayıflatılmış
bakteriler veya virüsler veya değiştirilmiş bakteri toksinlerinden ibarettir. Her durumda,
organizma veya toksin bağışıklık sistemini uyarabilmekte, ancak hastalığa neden
olamamaktadır. Böylece, aşı vücuda enjekte edildiğinde, bağışıklık sistemi antijenlerin
varlığına tepki vermekte ve onlara kaşı antikorlar veya aktif hale gelmiş lenfositler
üretmektedir. Bu yolla bir kişi, gerçek hastalığa uğramadan, ona karşı bir bağışıklık
geliştirir. Bir kural olarak, aktif kazanılmış bağışıklık yavaş gelişir, fakat yıllarca devam
eder. Bazı aşılarda, antikor düzeyini yüksek tutmak için belirli aralıklarla “destek aşılar”
vermek gerekir.
Pasif bağışıklık sadece geçicidir ve vücut ödünç antikorları yok ettiği için, çoğunlukla
bir aydan daha fazla devam etmez. Bununla birlikte, pasif aşı çabuk etki eder ve ciddi bir
hastalık geçirmekte olan veya bu tür bir hastalığa yakalanmakta olan insanları
iyileştirmek için kullanılır.
Anneden gelen bağışıklık pasif bir bağışıklık şeklidir. Antikorlar, doğumdan öce,
anneden bebeğin kanına geçer
ve bağışıklık sağlarlar. Bu antikorlar anne sütünde de
bulunurlar. Anneden gelen bağışıklık çocuğu, ilk birkaç ay içinde, çoğu bulaşıcı
hastalıklara karşı korur.
İnterferon virüs saldırısına uğrayan vücut hücreleri tarafından üretilen bir proteindir.
Bu madde kan dolaşımında taşınır ve vücudun bulaşık olmayan hücrelerinde viral DNA
üretimini engeller. Bu yolla bulaşık olmayan hücreleri istilacı virüsün bulaşmasından
korur.
İnterferonun hastalık önleme ve tedavide olası kullanımının araştırıldığı çeşitli
araştırmalar yürütülmektedir. Ne yazık, diğer hayvanlardan alınan interferon insanlarda
etkili olmamaktadır. Uzmanlar, vücudun, kendi interferonunu üretmesi için uyarılmasının
yollarını araştırmaktadırlar.
102
9-11
Bağışıklık Sistemi Bozuklukları
Bağışıklık sistemi bozuklukları alerjilerde, eklem
yangılarında, kanserlerde
ve diğer
çeşitli insan hastalıklarında ortaya çıkmaktadır. Bağışıklık sistemi yaşlılık süreci ile de
karıştırılabilmektedir.
Bağışıklık sisteminin temel özelliği, bir bireyin bağışıklık sisteminin hücrelerinin,
vücudunun diğer hücrelerine tepki vermemesi ve onları yok etmemesidir. Bu özelliğe
hoşgörü denir. Bu hoşgörünün embriyonik gelişme sırasında lenfositlerin oluşumunda ve
doğumdan hemen sonra geliştiği düşünülmektedir. Oluşum sırasında, vücudun kendi
hücrelerinin antijenlerine duyarlı olan tüm lenfositler bu antijenlerin kararlı etkisiyle yok
edilirler.
Kişinin bağışıklık sisteminin çöktüğü ve vücudun kendi antijenlerine karşı antikor ve
duyarlı lenfositlerin
geliştirildiği, çeşitli hastalıklar vardır. Bu tür hastalıklara kendine
bağışık hastalıklar denir. Örneğin, ateşli romatizmada, özel bir streptococus türü
bakterilerin etkisinden sonra kalp dokuları ve eklemlere karşı bir bağışıklık tepkisi gelişir.
Diğer bir tür streptococcus, böbrek dokusuna karşı gelişen bir bağışıklık tepkisine neden
olur.
Pek çok insan saman nezlesi ve astım gibi alerjilere uğrarlar. Alerjilere, kendi başına
tehlikeli olmayan ve insanların çoğuna rahatsızlık vermeyen antijenlere karşı antikor
üretimi neden olur. Bu tür antijenler toz, penisilin, çeşitli besinler, polenler, arı sokmaları
ve hayvan kıllarını kapsar. Tipik alerji belirtileri burun akıntısı, göz şişkinliği, aksırık,
öksürük, isilikleri içerir. Bu belirtilere, çoğunlukla, antijen-antikor tepkimesinin ardından
vücut hücreleri tarafından histamin denilen bir maddenin salıverilmesi neden olur.
Antihistaminler histaminin etkisini gidermek için kullanılan ilaçlardır.
Araştırmalar, T lenfositlerin, yüzeyleri antijen olarak tanınan anormal proteinler
içerdiğinden, kanser hücrelerine saldırdıklarını göstermektedir. Bu, vücudun normal
olarak bağışıklık tepkisi ile kanserden korunduğunu göstermektedir. Bazı kanserlerin
bağışıklık tepkisindeki bir yetersizlikten kaynaklandığı kabul edilmektedir.
AIDS (Aquired Immune Deficiency Syndrome) bir virüsün neden olduğu bir hastalıktır.
AIDS virüsü, belirli beyaz kan hücreleri olan T lenfositlere saldırmakta ve yok etmektedir.
Bunlar, enfeksiyonlardan korunmada bağışıklık sağlayan beyaz kan hücreleridir. T
lenfositler olmadan, vücudun bağışıklık sistemi bozulmakta, normalde zararsız hale
getirilebilecek mikroorganizmaların enfeksiyonunu önlenememektedir. AIDS hastaları, ya
zatürree, deri kanserinin özel bir öldürücü şeklinden veya diğer bazı geniş sistemli
hastalılardan ölmektedir.
9-12
Nakiller
Kalp, böbrek veya deri gibi bir organ veya dokunun bir insandan (verici) diğerine
(alıcı) naklinde, aktarılan doku veya organ, kısa bir süre içinde, alıcının bağışıklık
sistemince “kendinden olmayan” ya da yabancı olarak tanınmaktadır. Bu, bağışıklık
sistemini harekete geçirmekte ve bu organ veya doku, ret etme denilen bir tepki ile yok
103
edilmektedir. Önce, nakledilen doku T lenfositlerin saldırısına uğrar; ardından B
lenfositlerin ürettiği antikorlar, doku bütünlüğünün bozulmasına eden olur. Özdeş ikizler
arasındaki nakillerde, doku proteinleri özdeş olduğundan, çoğunlukla ret etme olmaz.
Doku nakline bağışıklık tepkisi, vericinin doku proteinlerinin alıcınınkilere olabildiğince
eşleştirilmesi ile azaltılabilmektedir. Ek olarak, bağışıklık tepkisi bağışıklık tepkisi
bağışıklık sistemini kilitleyen ilaçlar kullanarak da kontrol edilebilmektedir. Ancak, bu,
hastayı enfeksiyonlara karşı ileri derecede duyarlı duruma itmektedir.
İNSAN KAN GRUPLARI
9-13
ABO Kan Grubu
Kan grupları bulunmadan önce, ara sıra bir kişiden diğerine kan nakline baş vurulurdu.
Sonuçlar bazen yararlı, bazen de öldürücü olurdu. Avusturyalı doktor Karl Landsteiner,
dört büyük tür insan kanının bulunduğunu göstermeyi başarmıştır. Bir kan naklinde yanlış
türler karıştırılırsa, vericinin kırmızı kan hücreleri aglütinasyon adı verilen bir işlemle bir
araya kümelenir. Kırmızı kan hücrelerinin aglütinasyonu antijen-antikor tepkimesinin bir
sonucudur.
Landsteiner tarafından ilk bulunan kan türleri ABO sistemindekilerdir. O günden
buyana, 100 den daha çok diğer kan grupları bulunmuştur. ABO kan grupları kırmızı
kan hücrelerinin yüzeyinde belirli antijenlerin varlığıyla ilgilidir. Buna katılan, A ve B
denilen iki antijen vardır. Herhangi bir kimsenin kanında, kırmızı kanda sadece A
antijenleri (A kan grubu); sadece B antijenleri (B kan grubu); A ve B antijenlerinin her
ikisi (AB kan grubu); veya ne A ne de B antijenleri ( O kan grubu) vardır. Ek olarak, kan
plazması, kanda bulunmayan antijenlerle tepkimeye giren antikorlar içerir. Diğer bir
anlatımla, kan plazması, “yabancı” kırmızı hücrelerin varlığını ortaya çıkaracak antikorlara
sahiptir. Böylece A kan grubu anti-B antikorlarını içerir. B kan grubu anti-A antikorları
içerir. AB kan grubu bu antikorlardan hiç birine sahip değildir. O kan grubu her ikisine
sahiptir. Bu olgular Tablo 9-1’de özetlenmektedir.
Tablo 9-1. ABO Sisteminin Antijen ve Antikorları
Kan grubu
Antijenler
Antikorlar
O
hiç biri
Anti-A ve Anti-B
A
A
Anti-B
B
B
Anti-A
AB
A ve B
hiç biri
A ve B antijenlerine aglütinojenler denir. Onlarla reaksiyona giren antikorlara
aglütininler denir. Bu antijenlerden biri bulunan kırmızı kanı içeren kan, karşılığı olan
104
antikoru içeren kanla karıştırılırsa, antikor antijenle tepkimeye girer ve kırmızı hücrelerin
bir arada kümeleşmesine veya birbirine bitişmesine neden olur.
9-14
Kan Nakli
güvenli bir nakli için, alıcının kanı, verici kanında ABO sisteminin antijenleri ile
tepkimeye girecek antikorları içermemelidir. Bunu bildiğimizde, hangi kan grubunun her
bir alıcı grubun hangisine güvenli olarak verilebileceğine karar vermek kolay olmaktadır.
Sonuçlar Tablo 9-2’te gösterilmiştir. Görüldüğü gibi, özellikle AB kan grubu olan bir kişi,
AB kan grubu antikorlardan hiç birini içermediğinden, bu grupların herhangi birinden kan
alabilir. Bu nedenle, AB kan grubu olanlara genel alıcılar denir. Diğer yandan, O kan
grubu, O grubun hiçbir antijeni olmadığından, herhangi bir alıcıya kan verebilir. O kan
grubu olanlara genel vericiler denir.
Acil durumlarda, nakillerde tam kan yerine plazma kullanılmaktadır. Plazma, kan
hacmini tamamlar ve kan basıncını korur. Kan grubu gerektirmemesi, dondurulabilmesi
ve uzun süreler saklanabilmesi, plazmanın üstünlükleridir.
Tablo 9-2. Nakil için Kan Grubu Uyumları
Alıcı
9-15
Verici
O Grubu
Güvenle alabilir
O Grubu
A Grubu
Güvenle alabilir
A veya O Grubu
B Grubu
Güvenle alabilir
B veya O Grubu
AB Grubu
Güvenle alabilir
A, B, AB. veya O Grubu
Rh faktörleri
Rh faktörleri, kırmızı kan hücrelerinin yüzeyinde bulunan diğer bir grup antijenlerdir.
Bu antijenler Karl Landdsteiner tarafından 1940’da bulunmuştur. İlk kez
rhesus
maymununda bulunduklarından, Rh faktörleri olarak adlandırılmışlardır. Sadece iki farklı
antijen içeren, ABO sisteminden farklı olarak, Rh sistemi sekiz olası antijen içerir.
Bunlardan bazısı kan nakillerinde kuvvetli aglütinasyonlara neden olurken, diğerleri çok
küçük veya hiçbir tepkimeye neden olmazlar. Kırmızı kan hücreleri, transfüzyon
tepkimelerine neden olan, bir veya daha çok Rh faktörü içeren bir kişiye Rh-pozitif veya
Rh+ denir. Kırmızı kan hücreleri, transfüzyon tepkimelerine neden olan Rh faktörü
içermeyen bir kişiye Rh-negatif ya da Rh- denir. ABD’de
nüfusun yaklaşık %85’i Rh+
%15’i Rh-‘dir.
ABO sisteminde, kendinden olmayan kan gruplarına karşı antikorlar, doğumdan kısa
bir süre sonra kendiliğinden gelişir. Bunun yanında, anti-Rh antikorlar kendiliğinden değil,
sadece Rh antijenlerine maruz kaldıktan sonra ancak gelişirler. Rh+ bir birey Rh4 ve Rhher iki kanı alabilir. Rh- bir kişi birinci defa Rh+ kan aldığında, hiçbir hastalık etkisi
105
meydana gelmez. Ancak, bu kan nakli anti-Rh antikorların oluşumunu uyarır. İkinci
nakilde Rh+ kan verilirse, çok ciddi bir antijen-antikor tepkimesi meydana gelebilir. Kan
nakillerinde kan gruplarının uyuşturulmasında, Rh faktörü de ABO sistemi gibi mutlaka
hesaba katılmalıdır.
Anne Rh- fakat çocuğa babadan Rh+ kan geçmişse, Rh faktörü gebelik sırasında özel
bir problem gösterebilmektedir. Doğum sırasında çocuğun dolaşış sistemi ile annenin
dolaşım sistemi rasında bir sızma meydana gelebilir. Daha sonra anti-Rh antikorlar
oluşturmaya başlayan bazı Rh antijenler annenin kanına geçebilir. Daha sonraki
gebeliklerde, antikorlar annenin kanından çocuğun kanına geçerler. Eğer çocuk Rh+ ise,
antikorlar çocuğun kırmızı kan hücrelerini yok ederler. Yakın yıllarda, gebeliklerde Rh
problemini ortadan kaldırabilecek bir tedavi geliştirilmiştir. Rh- anneye, Rh+ bir çocuğun
doğumdan 72 saat içinde, bir anti-Rh antikor enjeksiyonu verilmektedir. Bu antikorlar
çocuğun kanından annenin kanına geçmiş olan Rh antijenleri yok etmektedir. Bu şekilde
anne vücudu kendi anti-Rh antikorlarını üretmek için uyarılmayacağından, sonuç olarak,
gelecekte Rh+ bebekte bir problem olamayacaktır.
106
10
SOLUNUM
SOLUNUM İŞLEMİ
Hücresel
solunumu
işleminde
besinler
yıkılır
ve
enerji
açığa
çıkarılır.
Bazı
mikroorganizmalar dışında, hücre solunumu oksijen gerektiren aerobik solunumdur.
Aerobik hücre solunumunun son ürünleri karbondioksit ve sudur. Bu yüzden, aerobik
solunum yapan tüm organizmaların, çevreden oksijen alma ve karbondioksiti dışarı atma
problemleri vardır. Bir canlı organizmanın, çevresiyle oksijen ve karbondioksit değişimi
yaptığı işleme solunum denir.
10-1
Solunum Yüzeyi
Bir organizma ile çevresi arasındaki oksijen ve karbondioksit değişimi, bu gazların bir
sınır yüzeyden geçişini kapsar. Gaz değişiminin meydana geldiği bu yüzeye solunum
yüzeyi denir. Bir solunum yüzeyi şu karakteristiklere sahip olmalıdır: (1) İçinden hızlı
difüzyon olması için, ince çeperli olmalıdır. (2) Oksijen ve karbondioksit çözelti içinde
bulunacağından, ıslak olmalıdır. (3) Bir oksijen kaynağı ile temasta olmalıdır. (4) Çok
hücreli organizmaların çoğunda, çözünmüş materyalleri organizmanın hücrelerine götürüp
getiren taşıma sistemi ile yakın temasta olmalıdır.
107
Solunum yüzeyinde gaz değişimi difüzyonla meydana gelir. Gaz değişiminin yönü,
solunum yüzeyinin her iki tarafındaki gazların konsantrasyon eğimleri tarafından
belirlenir. Oksijen, organizmaların dokularında tüketildikçe, daha çok oksijen içeri difüze
olur. Dokulardaki karbondioksit konsantrasyonu yükseldiğinde, bu gaz dışarı difüze olur.
Solunum yüzeyi ne kadar büyükse, belirli bir zaman diliminde meydana gelen gaz
değişim miktarı o kadar fazladır.
Protistler ve çok küçük çokhücreli hayvanlarda, solunum gazlarının difüzyonu, hücre ile
çevresi arasında doğrudan meydana gelir. Ancak, daha büyük hayvanlarda, vücut
hücrelerinin pek çoğunun dış çevre ile temasları yoktur ve bu yüzden doğrudan difüzyon,
bir gaz değişim mekanizması olarak görev yapamaz. Ek olarak, büyük hayvanlar, önemli
ölçüde bir gaz alışverişini önleyen pul, kürk veya deri gibi koruyucu bir dış katmana
sahiptirler. Bu yüzden, çokhücreli büyük hayvanların, özelleşmiş organ veya organ
sistemleri içinde solunum yüzeyleri vardır.
İnsanda akciğerlerin toplam alanı yaklaşık 70 metre kare olan, yaklaşık 300
milyon alveoli içerdikleri tahmin edilmektedir. Bu insan derisinin yüzey alanının
40 katıdır.
SOLUNUM UYUMLARI
Çeşitli tür hayvanlar arasında genelde solunum faaliyetindeki büyük farklılıklar
çevreleri ile oksijen ve karbondioksit değiştirme yöntemlerindedir. Protistler ve hayvanlar
çevreleriyle solunum gazlarının değişimi için değişik uyumlar gösterirler.
Protozoada solunum nispeten basittir. Çevre ile gaz değişimi doğrudan vücut
yüzeyinde, hücre zarında meydana gelir. Amip ve paramesyumda, çevrelerindeki suda
çözünmüş oksijen, difüzyonla hücre zarından sitoplazmaya geçer. Hücresel solunumda
oluşturulan karbondioksit, sitoplazmadan çevrelerindeki suya difüze olur.
Hidranın vücudunu yapan iki hücre katmanı, su ile doğrudan temastadır. Küçük boyutu
ve basit yapısından dolayı, hidrada solunum gazları değişimini, vücut hücreleri ile çevresi
108
arasında, doğrudan difüzyonla meydana gelebilmektedir. Hidrada gaz değişimi için özel
yapılar yoktur.
10-2
Çokhücreli Büyük Hayvanlarda Solunum
Çokhücreli büyük hayvanlar, oransal olarak, solunum yüzeyinden büyük miktarda gaz
değiştirmek zorundadırlar. Suya batmış olarak yaşayan hayvanlar, açık havada soluyan
hayvanlardan farklı problemlere sahiptir. Birincisi, havadaki oksijen konsantrasyonu %21
iken, suda çözünmüş oksijen konsantrasyonu nadir olarak %0.5 'den daha yüksektir. Bir
açıklama yapmak gerekirse, kimyasal olarak su moleküllerinin bir parçası olan oksijen,
kuşkusuz solunum için asla alınamaz. Yalnızca serbest çözünmüş oksijen kullanılabilir.
İkincisi, oksijenin difüzyonu, havaya oranla suda çok daha yavaş meydana gelir. Kısacası,
suda yaşayan bir hayvanın yeterli oksijen alabilmesi için, büyük bir su hacmini solunum
yüzeyinden sürekli olarak hareket ettirmek zorundadır.
Gazların canlı zarlardan difüze olabilmesi, çözelti içinde olmalarını gerektirir. Bu
nedenle, havayla solunum yapan hayvanlar, solunum yüzeylerini ıslak tutma sorunu
ile karşılaşır. Havayla solunum yapan hayvanların pek çoğunda, organizmanın içerisine
doğru uzanan solunum sistemleri vardır. Bu, solunum yüzeyini korur ve solunum
yüzeyinden buharlaşma ile su kaybı oranını en aza indirir. SU KURBAĞALARI
10-3
Solunum Pigmentleri
Çok hücreli hayvanların pek çoğunun kanlarında, solunum yüzeyleri ile vücut hücreleri
arasında oksijen ve karbondioksit taşıyan protein pigmentleri vardır. Bu pigmentler kana,
suyun yalnız başına taşıyabileceğinden daha fazla oksijen ve karbondioksit taşıma
olanağını verirler. Örneğin, 100 mililitre su yaklaşık 0.2 mililitre oksijen ve 0.3 mililitre
karbondioksit taşıyabilir. En yaygın solunum pigmenti olan hemoglobin, solunum
gazlarının en etkili taşıyıcısıdır. İnsan kanının 100 mililitresi yaklaşık 20 mililitre oksijen
ve 30 ile 60 mililitre arasında karbondioksit taşıma yeteneğindedir. (Bu değerler, bu
gazların çözelti içindeki hacimleri değil, havadaki gazlar olarak eşdeğer hacimleridir.)
10-4
Yersolucanında Solunum
Nemli toprakta yaşayan yersolucanında, deri solunum yüzeyidir. Deri incedir ve özel
hücrelerin salgıladığı mukoza ile ıslak tutulur. Deri, çok zengin kılcallar ağıyla desteklenir.
Havadan toprağa geçen oksijen, nemli deriden kılcallara difüze olur. Kılcallar içindeki kan,
oksijeni alır ve vücut hücrelerine taşır. Kan plazması, oksijen taşınımına yardım eden
kırmızı
pigment, hemoglobin içerir. Vücut
hücrelerinde, kan, oksijeni
bırakır ve
karbondioksiti alarak derideki kılcallara taşır. Karbondioksit deriden havaya difüze olur.
Rutubetli toprak, solucanın derisini nemli tutar ve solunum sisteminin verimli
çalışmasına yardım eder. Yersolucanları açık havada kalırsa, derileri kısa zamanda kurur
ve solunum yapamadıklarından ölürler. Kuru havada, nemli toprağa ulaşana kadar derine
doğru oyuk açarlar. Ancak, yağmurda oyukları su ile dolduğundan problemle karşılaşırlar
109
ve sudan yeterli oksijen sağlayamazlar. Boğulmaktan kurtulmak için su dolu oyukları terk
etmek zorundadırlar.
10-5
Çekirgede Solunum
Çekirgede
solunum
sistemi
dolaşım
sistemine
bağlı
değildir.
Kan
oksijen
ve
karbondioksitin taşınması için kullanılmaz. Bunun yerine, hava, trake ya da trake
borucukları denilen, kollara ayrılan bir hava borucukları sitemi ile bütün vücut
hücrelerine doğrudan taşınır. Hava, çekirgenin vücuduna soluk delikçikleri denilen on
çift açıklıktan girer ve çıkar (Şekil 10-1). Her bir soluk delikçiğinden başlayarak, trake
borucukları giderek küçülen borucuklara ayrılır. Mikroskobik hava borucuklarının sıvı dolu
son uçları vücut hücreleri ile doğrudan temastadır ve gerçek solunum yüzeyidir. Havanın
oksijeni burada trake borucuklarından vücut hücrelerine difüze olur ve karbondioksit
vücut hücrelerinden trake borucuklarına difüze olur.
hava keseleri
soluk delikçikleri
trake boruları
Şekil 10-1. Çekirgede Solunum Sistemi
Hava, çekirgenin kaslarının kasılmasıyla trake sisteminin içine ve dışına pompalanır.
İçeriye nefes alırken, karın genişler ve hava öndeki ilk dört çift soluk delikçiğinden trake
borucuklarına emilir. Bu borucuklara bağlı birkaç büyük hava kesesi bu pompalama
eylemini destekler. Nefesi dışarı verirken, karın büzülür, öndeki dört çift soluk delikçiği
kapanır ve hava, arkadaki altı çift soluk delikçiğinden trake borucuklardan dışarıya
sızdırılır.
Trake borucukları sistemi küçük hayvanların solunumu için orantısal olarak yeterlidir.
Bunun yanında, büyük hayvanlarda, gerekli hacimdeki gazları böyle bir sistemle
ulaştırmak
mümkün
olamamaktadır.
Çekirgeler
ve
diğer
böcekler
hepsi
küçük
hayvanlardır ve bu hava borucukları sistemi onların ihtiyaçları için yeterli olmaktadır.
110
10-6
Solungaç Solunumu
Solungaçlar, balık, midye, istiridye, ıstakoz 'u içeren pek çok sucul hayvanın solunum
organlarıdır. Solungaçlar çoğunlukla vücudun dışında gelişen ince, deri filamentleridir.
İnce bir hücre tabakası ile kaplıdırlar ve çok sayıdaki kan damarı ile desteklenirler. Gaz
değişimi için çok geniş bir yüzey alanı sağlarlar. Su, solungaçların arasından geçtikçe,
çözünmüş oksijen, suyun içinden ince zarın diğer tarafına ve vücudun bütün kısımlarına
taşınacağı kana difüze olur. Karbondioksit kandan, solungaçların dışına difüze olarak suya
geçer. Solungaçların üzerinden sürekli bir su akışı olması gerekir. Eğer su akışı durursa,
hayvan oksijen yokluğundan ölür. Solungaçlar, suyun dışında,
gaz değişimi önlenecek
şekilde, kurur ve birbirine yapışır.
10-7
Dalıcı Memeliler ve Vurgun
Balinalar, yunuslar, beyaz balinalar, foklar, denizaslanlarını kapsayan deniz memelileri,
hava solumak zorundadırlar, fakat yiyecek aramak için deniz yüzeyinden yüzlerce metre
derine dalarlar. Fokların 600 metre derine daldıkları ve suyun altında 70 dakika kaldıkları
gözlenmiştir. Balinalar 1000 metre dolayındaki derinliklerde görülmüş ve suyun altında
75 dakika kaldıkları gözlenmiştir.
Deniz hayvanları, vücut şekillerinden dolayı çevrelerine iyi uyum sağlamışlardır.
Vücutları kaygan ve akış çizgisi biçimindedir. Kuvvetli kuyruk hareketiyle su içinde ileriye
doğru itilirler. Değişikliğe uğramış ön üyeleri, yüzme kolları dengeyi ve yönelmeyi
destekler. Dolaşım ve solunum sistemleri deniz hayatına uymuştur. Zamanlarını kıyıda
veya buzlar üzerinde geçiren foklar ve denizaslanlarında baş, köpeklerinkine benzer ve
burun açıklıkları başın ön tarafındadır. Yaşamları suyun içinde geçiren balinalar, yunuslar
ve domuzbalıklarının üfleme deliği başın üst kısmında yer alır. Hayvan soluduğunda
üfleme deliği mutlaka suyun dışındadır. Üfleme deliğinin başın üstünde yer alması,
hayvanın soluk almak için vücudunu su yüzeyinden fazla yukarıya kaldırması gerekmediği
demektir. Hayvan soluk verdiği zaman, bir hava ve sıvı karışımı püskürüğü üfleme
deliğinden dışarı fışkırtılır. Deniz memelilerinin geniz geçitleri kara memelilerininkinden
çok daha karmaşıktır. Suyu, solunum yüzeylerinden, akciğerlerin bronşlarından uzak
tutan çeşitli uyumlar içerirler.
Araştırmalar, deniz memelilerinin akciğerlerinin, oransal olarak, karada yaşayan
memelilerle aynı büyüklükte olduğunu ve uzun süreli bir derin dalış için gerekli havanın
akciğerlerde depolanmadığını göstermiştir. Aksine, dalıcı memelilerin pek çoğunda,
hayvan dalmadan önce veya kısa bir süre sonra nefes verir. Bazılarında, akciğer bir dalış
sırasında tamamen katlanır. Solunum sistemleri, dalış için bazı değişiklikler gösterir.
Dalıcı memelilerin kalbi, oransal olarak karada yaşayan memelilerle aynı büyüklüktedir,
ancak aort ve atardamarların büyüklük ve şekilleri farklıdır. Damar büyüklüğü arttıkça,
özellikle vücuttaki kanın hacmi artmaktadır. Ek olarak, deniz memelilerinde kanın her
milimetre küpündeki kırmızı kan hücrelerinin sayısı, karada yaşayanlardan daha yüksektir
ve kırmızı hücrelerdeki hemoglobin konsantrasyonu da çok daha fazladır. Bu uyumlar,
111
kanın oksijen taşıma kapasitesini büyük oranda arttırmaktadır. Bu hayvanların, vücutta
kanın dolaşım şeklini değiştiren bir dalma tepkileri vardır. Dalma tepkisinde, kan akışı
kalp ve beyine yöneltilir ve vücudun daha az duyarlı dokularından uzak tutulur. Kalp atışı
oranı dalma sırasında oldukça yavaşlar ve diğer metabolik işlemler en aza indirilir. Bu
uyumlar, hayvanın uzun bir zaman süresinde suyun altına kalmasına izin verir.
Dalgıç olarak insan,
su yüzeyinden derine daldığında, basınç aşırı derecede artar.
Dalgıç soluk alabilmek için basınçlı hava solumak zorundadır.
Bir dalgıç basınç tüpündeki havayı uzun bir süre soluduğunda, soluduğu havadaki azot
vücut sıvısı ve dokularında çözünür. Eğer dalgıç, basıncın çok daha az olduğu yüzeye
aniden dönüş yaparsa, azot, vücut sıvısı ve dokularında kabarcıklar oluşturarak çözeltiden
açığa çıkar. Bu durum, vurgun ya da dekompresyon rahatsızlığı olarak adlandırılır. Çok
ağrı vericidir ve öldürücü olabilir.
Eğer dekompresyon kademeli olursa, dalgıçlar bundan sakınabilirler. Dalgıçlar, yaklaşık
12 metreden daha fazla olan derinliklerden yüzeye dönüşü, belirli derinliklerde değişen
sürelerde bekleyerek, çok kademeli olarak yaparlar. Bu duraklar vücuda, fazla azottan
kurtulma şansı verir.
Derin bir dalıştan çabucak yüzeye dönen dalıcı memelilerde vurgun gelişmez. Bunun
nedeni,
büyük
oranda,
suyun
altında
yüksek
basınçlı
gaz
solumadıklarındandır.
Daldıklarında, vücutları sadece akciğerlerinde kalan havayı içerir.
10-9
Solunumun Aşamaları
Dış ve iç solunum.
Dış solunum akciğerlerde hava ile kan arasında oksijen ve karbondioksit değişimidir.
Soluk
aldıktan
sonra,
alveolide
oksijen
konsantrasyonu
kandaki
oksijen
konsantrasyonundan yüksektir. Oksijen alveolinin nemli çeperinde çözünür ve yüksek
konsantrasyonlu bölgeden (alveoliden) düşük konsantrasyonlu bölgeye (kana) difüze
olur. Bağımsız olarak, karbondioksit kandan alveoliye, zıt yöne difüze olur.
Kalbin çarpmasıyla vücudun bütün damarlarına kanın pompalanmasıyla, oksijence
zengin kan akciğerlerden vücut dokularına taşınır ve oksijence fakir kan dokulardan
akciğerlere geri getirilir.
İç solunum, kan ile vücut hücreleri arasında oksijen ve karbondioksit değişimidir.
Vücut dokularının kılcallarında, oksijen, kandan hücrelerarası sıvıya, oradan vücut
hücrelerine difüze olur; karbondioksit, hücrelerden hücrelerarası sıvıya oradan kana
difüze olur. Her gaz konsantrasyon eğiminde, örneğin yüksek konsantrasyonlu alandan
düşük konsantrasyonlu alana difüze olur.
Oksijen taşınımı. Oksijenin çoğu akciğerlerden vücut dokularına kırmızı kan
hücreleri içindeki hemoglobinle taşınır. Plazma içinde büyük boyutta çözünmüş değildir.
Hemoglobin demir içerikli yegane proteindir. En önemli karakteristiği oksijenle kolaylıkla
birleşmesidir. Ancak, oksijen zayıf olarak tutulur ve oksijen konsantrasyonuna bağlı
olarak
tepkime
geri
dönüşümlüdür.
Oksijen
konsantrasyonunun
yüksek
olduğu
112
akciğerlerde, hemoglobin (Hb) oksihemoglobin (HbO2) oluşturmak için oksijenle (O2)
birleşir. Kan, çevre dokularda oksijen konsantrasyonun düşük olduğu vücut dokularının
kılcallarına ulaştığında, oksihemoglobin oksijen ve hemoglobine yıkılır. Oksijen, kandan,
hücresel solunumda kullanıldığı vücut hücrelerinde difüze olur.
Düşük oksijenli kan, hemoglobinden dolayı koyu kırmızı veya donuk mor renktedir.
Oksijence zengin kan oksihemoglobinden dolayı parlak kırmızı renktedir.
Karbondioksit taşınımı. Hücresel solunum karbondioksit üretir. Bu nedenle
karbondioksit konsantrasyonu vücut hücrelerinde kılcallardaki kandan daha yüksektir. Bu
yüzden, karbondioksit hücrelerden kana difüze olur. Karbondioksitin kanla akciğerlere
taşınması birkaç yolla olur.
Karbondioksit kana difüze olduğunda, su ile birleşerek karbonik asit meydana getirir.
CO2 + H2O
H2CO3
Karbonik asit, H2CO3 , hidrojen iyonları ve bikarbonat iyonları oluşturarak, hızla
yıkılır.
H2CO3
H+ + HCO3-
Bu tepkimeler kırmızı kan hücrelerinde bir enzimin bulunması ile hızlandırılır.
Karbondioksitin çoğu (yaklaşık %70) bikarbonat iyonları halinde plazmada taşınır.
Karbondioksitin bir kısmı (yaklaşık %20) karboksihemoglobin olarak kırmızı kan
hücrelerinde taşınır.
CO2 + Hb
HbCO2
Karbondioksitin az bir miktarı (yaklaşık %10) plazmada çözünmüş olarak taşınır.
Tüm bu tepkimeler geri dönüşümlüdür ve akciğerlerden karbondioksit uzaklaştırılır.
İNSAN SOLUNUM SİSTEMİ
İnsan solunum sistemi, akciğerlerden ve havayı akciğerlerde dolaştıran hava boruları
sisteminden ibarettir. Akciğerler, hava ile soluyan hayvanlarda gaz değişimi için en
gelişmiş organlardır. Akciğerler, her biri kılcallarla çevrili olan pek çok küçük odacık ya da
hava keseciklerinden meydana gelmiştir. Bu hava keseleri oksijen ve karbondioksitin
kana ve kandan difüzyonu için çok büyük bir solunum yüzeyi sağlar.
10-8
İnsan Solunum Sisteminin Yapısı
İnsan solunum sistemi akciğerlerden ve ona ulaşan hava geçitlerinden meydana gelir.
Akciğerler göğüs boşluğunun büyük bir kısmını doldurur. Karın boşluğundan, göğüs
boşluğunun tabanında oluşmuş bir kas olan diyaframla ayrılırlar. Her bir akciğer, pleura
denilen iki katmanlı bir zarla tamamen kuşatılmıştır. Pleura zarının bir katmanı her bir
akciğeri sıkıca sararken, diyafram ve göğüs boşluğundaki diğer organlarla temastadır. Bu
113
katmanlar arasındaki yağlayıcı bir sıvı, nefes alırken akciğerlerin göğüste serbestçe
hareket etmesine izin verir.
Hava geçitleri, havayı çevreden akciğerlerdeki solunum yüzeyine taşırlar. Bu geçitler
burun yutak, soluk borusu, bronşlar, bronş boruları, bronşçuklar ve alveolü kapsar.
Burun. Hava, normalde solunum sistemine, genizsel geçitler denilen burundaki
çukur boşlukların önündeki burun deliklerinden girer. Burun delikliklerinin açıklıklarındaki
uzun kıllar büyük yabancı parçacıkların içeriye girmesini engeller. Genizsel geçitlerin
çeperleri, solunum sistemindeki diğer geçitler gibi, temelde kirpikli epitel hücrelerinden
yapılmış olan bir mukoza zarla astarlanmıştır. Diğer hücreler, bakteri, toz ve havadaki
diğer tanecikleri yakalayan yapışkan bir sıvı olan, sümük salgılar. Sümük ayrıca havayı
nemlendirir. Mukoza zarın hemen altı zengin kılcallar sağlar. Hava burundan geçtikçe, bu
kılcallardaki kan tarafından ısıtılır. Böylece, genizsel geçitler, solunan havayı, akciğerlerin
hassas astarına ulaşmadan önce süzme, nemlendirme ve ısıtma ödevi görürler. Ağızdan
da soluk alınabilir, düzenli olarak burundan solunulmadığında bu yararlar kaybedilir.
Yutak. Hava, genizsel geçitlerden, ağız boşluğunun gerisinde yer alan, yutak ya da
gırtlağa geçer. Adenoidler ve tonsiller gırtlakta bulunan lenfoid dokulardır. Enfeksiyonlara
karşı vücut savunma sisteminin parçalarıdırlar.
Gırtlak. Hava, yutaktan, büyük oranda kıkırdaktan yapılmış olan gırtlak ya da ses
kutusu geçer. Gırtlak, akciğerlere giden hava borusu olan soluk borusunun yukarı ucunda
bulunur. Ses kirişleri gırtlak içinde çapraz gerilmiş iki zar çiftidir. Soluk verirken, ses
kirişlerinin titreşimi ses çıkarmak için kontrol edilebilir. Yutkunma sırasında, yiyecek ve
sıvıların gırtlak açıklığına girmeleri gırtlak kapağı tarafından engellenir.
Soluk borusu. Gırtlak soluk borusu ya da nefes borusu ile devam eder. Soluk
borusu 12 santimetre uzunluğunda 2.5 santimetre genişliğinde bir borudur. Soluk borusu,
çeperlerine gömülü atnalı şeklindeki kıkırdak halkalarla açık tutulur. Genizsel geçitler gibi,
soluk borusu da kirpikli sümüklü bir mukoza zarla astarlanmıştır. Normalde, kirpik
mukoza ilerler ve hava yollarından dışarı atılan ve çoğunlukla yutulan, yutaktaki yabancı
maddeleri yakalar.
Çok
kimsenin
farkında
olduğu
gibi,
solunum
sistemi
sigara
dumanına
göre
tasarlanmamıştır. Sadece bir sigara yaklaşık 20 dakikalığına kirpik hareketini durdurur.
Ayrıca, sigara dumanı hava geçitlerinde mukoza üretimini artırır. Sigara içenin öksürmesi,
vücudunun fazla mukozadan kurtulma girişimidir.
Bronşlar. Göğsün ortasında, soluk borusu bronşlar denilen kıkırdak halkalı iki boruya
ayrılır. Bronşlar akciğerlere girer ve bronş boruları denilen ağaç şeklinde biçimlenmiş
daha küçük borulara dallanır.
Bronşçuklar. Bronş burularının bölünüp, tekrar bölünmesiyle, çeperleri incelir ve
kademeli
olarak
kıkırdaklarını
kaybederler.
En
sonunda,
bronşçuklar
denilen
bir
mikroskobik borucuklar ağı meydana getirirler.
Hava keseleri ve alveoli. Her bir bronşçuk hava kesesi denilen bir boşlukla
sonlanır. Bir hava kesesi bir üzüm salkımına benzer. Her bir hava kesesi alveoli denilen
fincan şeklinde birkaç oyuk içerir. Sadece bir hücre kalınlığındaki alveoli çeperleri,
114
solunum yüzeyidirler. Bu zarlar ince ve nemlidir ve zengin bir kılcallar ağıyla çevrilidirler.
Kan ile hava arasında oksijen ve karbondioksit değişimi bu çeperlerde meydana gelir.
Akciğerlerin, toplam alanı yaklaşık 70 metre kare olan, yaklaşık 300 milyon alveoli
içerdikleri tahmin edilmektedir. Bu insan derisinin yüzey alanının 40 katıdır.
Soluk borusu ve bronşların tahrişinden başka, sigara içme hava keselerinden oksijen
alımını engeller. Sigara dumanı akciğerlere çekildiğinde, duman taneciklerinin yaklaşık
üçte biri alveolide kalır. Makrofaj denilen fagositik hücreler bu taneciklerin çoğunu hızla
uzaklaştırabilirler.
Bununla
birlikte,
sigara
dumanı
veya
hava
kirliliğinin
diğer
kaynaklarından gelen fazla tanecikler hava keselerinin çeperlerini yaralar ve esnek
olmayan, yara dokusu benzeri yapılara neden olur. Bu durum çoğunlukla solunum
yüzeyinin işlevsel alanını büyük oranda azaltır ve anfizem denilen bir hastalığa götürür.
10-9
Solunumun Aşamaları
İnsanda, solunum dört ayrı aşamaya ayrılabilir.
1. Soluma havanın akciğerlere girme ve çıkma hareketidir.
2. Dış solunum akciğerlerde hava ile kan arasındaki oksijen ve karbondioksit
değişimidir.
3. Dolaşım çözünmüş gazların kanla vücut hücrelerine götürülüp getirilmesidir.
4. İç solunum kan ile vücut hücreleri arasında oksijen ve karbondioksitin değişimidir.
Dikkat
edilirse
solunumun
bu
aşamaları
fiziksel
işlemlerdir.
Hücrede
besin
maddelerinin yıkıldığı ve enerjin açığa çıkarıldığı kimyasal bir işlem olan hücresel
solunumla karıştırılmamalıdır.
Soluma. Soluma havayı akciğerlere götürüp getirir. Solumanın iki aşaması, havayı
akciğerlere çeken soluk alma ve akciğerlerden havayı çıkaran soluk vermedir.
Akciğerler kas doku içermediğinden, bağımsız hareket etme yetenekleri yoktur. Ancak,
esnektirler ve soluma sırasında, diyaframın, kaburgaların ve kaburga kaslarının ve hava
basıncının gücüyle hareketinin sağlandığı basınç değişmelerinin etkisiyle genişleme ve
daralmaya zorlanırlar.
Soluk alma, solumanın aktif aşamasıdır. Kaburgaların yukarı ve dışarı çekilmesiyle
ve diyaframın aşağı çekilmesiyle, göğüs boşluğu genişler. Bu nedenle, göğüs boşluğu
içindeki basınç azalır. Dış hava (atmosfer basıncında) solunum yolundan hava keselerinin
içine sokuşur, akciğerleri genişlemeye zorlar.
Soluk verme solumanın pasif fazıdır. Diyafram gevşer ve aşağı çekilir ve kaburga
kaslarının gevşemesi, kaburganın serbest kalmasına neden olur. Bu, göğüs boşluğunu
daraltır ve akciğerler üzerindeki basıncı arttırır. Böylece, hava akciğerlerden dışarı sıkılır.
Normal soluma hızı, dakikada yaklaşık 12 ile 25 kez arasında değişir. Sigara içmenin
etkilerinden biri soluma hızını arttırmasıdır.
Soluma, isteğe bağlı olarak bir miktar kontrol edilebilse de, temelde o istem dışı bir
harekettir. Beyindeki solunum merkezi tarafından kontrol edilir. Aortta ve diğer birkaç
büyük atardamarda kandaki oksijen ve karbondioksit konsantrasyonuna duyarlı özel
115
yapılar vardır. Bu kimyasal alıcılar solunum merkezine mesajlar gönderirler. Kandaki
karbondioksit konsantrasyonu arttığında, beyindeki solunum merkezi uyarılır. Sinirler
solunum merkezinden diyaframa impulslar götürür ve göğüs kasları solumanın hızını ve
derinliğini arttırır. Bu, kandaki karbondioksit konsantrasyonunu azaltır ve oksijen
konsantrasyonunu arttırır.
Aşırı kas gayreti sırasında, karbondioksit gibi laktik asit de üretilir. Bu kanın
asiditesini arttırır. Artan asidite beyindeki solunum merkezini uyarır ve soluma hızını
arttırır.
Dış ve iç solunum. Dış solunum akciğerlerde hava ile kan arasında oksijen ve
karbondioksit değişimidir. Soluk aldıktan sonra, alveolide oksijen konsantrasyonu kandaki
oksijen konsantrasyonundan yüksektir. Oksijen alveolinin nemli çeperinde çözünür ve
yüksek konsantrasyonlu bölgeden (alveoliden) düşük konsantrasyonlu bölgeye (kana )
difüze olur. Bağımsız olarak, karbondioksit kandan alveoliye, zıt yöne difüze olur.
Kalbin çarpmasıyla vücudun bütün damarlarına kanın pompalanmasıyla, oksijence
zengin kan akciğerlerden vücut dokularına taşınır ve oksijence fakir kan dokulardan
akciğerlere geri getirilir.
İç solunum, kan ile vücut hücreleri arasında oksijen ve karbondioksit değişimidir.
Vücut dokularının kılcallarında, oksijen, kandan hücrelerarası sıvıya, oradan vücut
hücrelerine difüze olur; karbondioksit, hücrelerden hücrelerarası sıvıya oradan kana
difüze olur. Her gaz konsantrasyon eğiminde, örneğin yüksek konsantrasyonlu alandan
düşük konsantrasyonlu alana difüze olur.
Oksijen taşınımı. Oksijenin çoğu akciğerlerden vücut dokularına kırmızı kan
hücreleri içindeki hemoglobinle taşınır. Plazma içinde büyük boyutta çözünmüş değildir.
Hemoglobin demir içerikli yegane proteindir. En önemli karakteristiği oksijenle kolaylıkla
birleşmesidir. Ancak, oksijen zayıf olarak tutulur ve oksijen konsantrasyonuna bağlı
olarak
tepkime
geri
dönüşümlüdür.
Oksijen
konsantrasyonunun
yüksek
olduğu
akciğerlerde, hemoglobin (Hb) oksihemoglobin (HbO2) oluşturmak için oksijenle (O2)
birleşir. Kan, çevre dokularda oksijen konsantrasyonun düşük olduğu vücut dokularının
kılcallarına ulaştığında, oksihemoglobin oksijen ve hemoglobine yıkılır. Oksijen, kandan,
hücresel solunumda kullanıldığı vücut hücrelerinde difüze olur.
Düşük oksijenli kan, hemoglobinden dolayı koyu kırmızı veya donuk mor renktedir.
Oksijence zengin kan oksihemoglobinden dolayı parlak kırmızı renktedir.
Karbondioksit taşınımı. Hücresel solunum karbondioksit üretir. Bu nedenle
karbondioksit konsantrasyonu vücut hücrelerinde kılcallardaki kandan daha yüksektir. Bu
yüzden, karbondioksit hücrelerden kana difüze olur. Karbondioksitin kanla akciğerlere
taşınması birkaç yolla olur.
Karbondioksit kana difüze olduğunda, su ile birleşerek karbonik asit meydana getirir.
CO2 + H2O
H2CO3
Hidrojen iyonları ve bikarbonat iyonları oluşturarak, H2CO3 hızla yıkılır.
H2CO3
H+ + HCO3-
116
Bu tepkimeler kırmızı kan hücrelerinde bir enzimin bulunması ile hızlandırılır.
Karbondioksitin çoğu (yaklaşık %70) bikarbonat iyonları halinde plazmada taşınır.
Karbondioksitin bir kısmı (yaklaşık %20) karboksihemoglobin olarak kırmızı kan
hücrelerinde taşınır.
CO2 + Hb
HbCO2
Karbondioksitin az bir miktarı (yaklaşık %10) plazmada çözünmüş olarak taşınır.
Tüm bu tepkimeler geri dönüşümlüdür ve akciğerlerden karbondioksit uzaklaştırılır.
10-10
Solunum Sistemi Hastalıkları
Aşağıdaki liste bazı yaygın solunum sistemi rahatsızlıklarını içermektedir.
1. Astım bronşçukların kapanmasından soluk almanın güçleştiği şiddetli bir alerjik
tepkimedir.
2.
Bronşit
bronş
burularının
astarlarının
iltihaplanmasıdır.
Alveoliye
geçitler
şişer ve mukoza ile tıkanır. Bu durum kuvvetli öksürük ve soluma güçlüğü ile fark
edilir.
3.
Anfizem
çeperlerinin
akciğerlerin
çökmesi
esnekliğini
solunum
kaybetme
yüzeyini
durumudur.
küçültür.
Hava
Anfizem
kısa
keselerinin
soluktan
anlaşılır.
4. Zatürree akciğerlerde gaz değişimini engelleyen, alveolinin sıvı ile dolması
durumudur.
5. Akciğer kanseri düzensiz ve kontrolsüz hücre gelişiminin bir sonucu olarak
akciğerlerde tümörlerin (doku kütleleri) oluşması durumudur. Sayısız araştırmalar akciğer
kanseri ile sigara içme arasında kesin bir ilişkinin olduğunu göstermiştir.
Sigara içenler, içmeyenlere göre, bronşit ve anfizeme yakalanmada çok büyük bir
risk taşırlar.