Difuzyon2.82 MB
advertisement
KONU BAŞLIKLARI Molekül Hareketleri, Hücrenin Fiziksel Yapısı, Hücre zarının özellikleri ve görevleri Hücrede Zarında TaĢınma, (ilke ve çeĢitleri) Biyolojik sistemlerde süreçler, enzimlerin kontrolleri altında oluĢurlar. Bu süreçteki kimyasal reaksiyonlar ve reaksiyonların hızı ise FĠZĠKSEL ETMENLERLE sınırlıdır. En önemli fiziksel sınırlamalardan biri ise, reaksiyona girecek maddelerin reaksiyon bölgesine belirli hızlarla taĢınmasıdır. Tüm organizmalarda, temel fonksiyonel birim HÜCRE’dir Hücre Canlının, tüm canlılık işlevlerini yürütebilen temel birimine hücre denir. Hücre iç bileşiminin sabit kalması için, membrandan net ileti belli bir hızda devam etmelidir. Küçük Moleküller(Mikromoleküller), elektronlar, fotonlar, protonlar, iyonlar ve su Orta büyüklükteki moleküller amino asitler ve şekerler, Makromoleküller proteinler ve DNA Zardan geçen maddelerin çoğu seçime tabi tutulurlar. Canlı sistemlerde, moleküler iletim ve moleküler dağılımda etkili olan birçok fiziksel süreç vardır. Hücrelerde moleküler harekete; •Elektriksel itme ve çekmeler, •Van der Walls kuvvetleri, •Membranın mekaniksel kuvvetleri etki eder. Membranda madde iletiminin hangi mekanizmalarla olduğunu anlayabilmek için kısaca hücre yapısı ve ilgili fiziksel süreçleri inceleyeceğiz. Hücre içi ve hücre dışı sıvılar arasındaki madde alışverişi, özel bir yapıya sahip olan hücre zarı (membran) aracılığı ile olur. Hücre zarı ya da plazma zarı hücrenin organellerini ve sıvı içeriğini saran ve hücreye yapısal bütünlük sağlayan ayrıca çok önemli işlevleri yürüten seçici geçirgen bir yapıdır. Yapısı: Hücre zarı baslıca protein ve fosfolipitlerden oluĢmuĢ çift katlı bir sıvıdır. Fosfolipit tabaka membranın sıvı bölümünü oluĢtururken, fosfolipitten oluĢmuĢ bu sıvı tabaka içine gömülü halde bulunan proteinler ise mozaik bölümünü oluĢtururlar. Hücre Zarı Polar (Kutuplu) Maddeler Polar Olmayan (Kutupsuz) Maddeler = Hidrofilik = Hidrofobik Fosfolipid + = Fosfat Baş Bölgesi Polar Hidrofilik Lipid Kuyruk Bölgesi Non-Polar Hidrofobik Fosfolipid Topluluğu Sulu Ortamda ; -Misel -Bilayer = Double Layer Bir madde; Ya akıcı, hareketli, kararsız, Ya da düzenli, kristalize, yüksek organizasyonlu Hücre membranının bilayer tabakası : Ġkisi de. Singer ve Nicholson’un akışkan mozayik modeli (1972) Bilayer tabaka üzerindeki mozayikler = Proteinler Hücre Zarındaki Proteinler: -İçsel = -Yüzeyel = Integral Proteinler Periferal Proteinler Hücre Zarının Kantitatif Özellikleri Kalınlık = 6 - 10 nm Kapasitans = 0.5 - 1.3 µF/cm2 Direnç = 102 - 105 Ohm x cm2 Bozulma Potansiyeli = 100 - 150 mV Su Geçirgenliği = (0.4 - 400) x 10-6 m/s Yüzey Gerilimi = 0.03 - 0.1 N/m ÖZELLĠKLERĠ: • Kesintisiz olarak hücreyi çevrelerler 0 •Kalınlıkları 75-100 A kadardır • Canlı-saydam ve esnektir 0 •Üzerinde por (8 A )denilen delikler bulunur •Seçici geçirgendir •Zardaki proteinler enzim görevi yapar •AkıĢkan bir yapıya sahiptir •Elektriksel bakımdan yalıtkandır Membranlar bir iç ve bir dıĢ yüzeye sahip asimetrik çit tabaka Ģeklinde yapılardır. Bu tabaka Ģeklinde yapılar termodinamik olarak kararlı, metabolik olarak aktifler. Ve aralarında nonkovalent bağlar vardır. Membranların yapısı, organizmalar arası, hücreler arası ve farklı organeller arası farklılıklar gösterir. Farklı fonksiyon- farklı yapı Yapıda değiĢim- fonksiyonda değiĢim Plazma membranının fonksiyonları •Bariyer •Selektif permeabilite •Reseptörler ve sinyal iletimi •Endositoz, eksisitoz •Tanıma ve hücreler arası iletiĢim •Hücrenin Ģekil ve hareketi ► Hücre zarının en önemli özelliklerinden birisi seçici geçirgenlik özelligine sahip olmasıdır. • Bu; ► homeostazis için ve ► hücrelerin uyarılması için gereklidir. Membranlar Morfolojik yapılarına, Geçirgenlik derecelerine, Geçirgenlik derecelerini değiĢtirme yeteneklerine göre sınıflandırılırlar. Geçirgenlik derecelerine göre-1 Semipermeabl membran (yarı geçirgen zar): Bunlar sadece su molekülleri gibi küçük moleküllerin geçişine izin verirler relatif katı maddeleri - kristalloid, kolloid gibi- geçirmezler.. Geçirgenlik derecelerine göre-2 Ultrafiltre ve diyalizan zarlar: Su ve tüm kristalloidlerin geçmesine izin verip kolloitlerin geçmesini kısıtlayan zarlardır. Geçirgenlik derecelerine göre-3 Selective permeabl (seçici geçirgen ) membranlar: Bir çözeltideki farklı özellikler taşıyan parçacıklardan bir kısmını geçirip diğer bir kısmının geçmesine imkan vermeyen zarlardır. Kolloidlerin hiçbirini geçirmeyip kristalloidler için de seçici davranır. Örn. canlı organizmadaki hücre zarları. Uyarılabilen membranlar (sinir, kas hücresi membranları..) Uygun bir uyaranla membranın geçirgenliği değiĢtirilebilir (elektriksel uyaran, mekanik uyaran, transmitter olabilir). Membrandan geçen madde miktarı ve geçiĢ hızı kontrol edilebilir. Bir membrandan maddenin geçme hızını belirleyen 2 etmen vardır. 1- Hareketi oluĢturan kuvvetlerin Ģiddeti (konsantrasyon gradyienti, elektriksel gradiyent, basınç gradiyenti) 2-Zarın geçirgenliği Membran Transport sistemleri 1- TaĢınacak bileĢiğin özelliğine göre sınıflandırma 2- TaĢıyıcı proteinin varlığına göre sınıflandırma 1- Taşınacak bileşiğin özelliklerine göre sınıflandırma Küçük moleküllerin geçişi Pasif Transport Basit difüzyon Kolaylaştırılmış Difüzyon Aktif transport Büyük moleküllerin geçişi Endositoz Eksositoz 2-Taşıyıcı Protein Varlığına Göre a- Aracısız transport Basit difüzyon b-Aracılı transport Kolaylaştırılmış Difüzyon Aktif transport HÜCRE ZARINDAN MADDE TAġINMASI Canlılığın devam etmesi için bütün canlılar dışardan bazı maddeleri alıp, bazı artıkları dışarı atmak zorundadır. Madde geçişleri hücre zarında olur. Porlardan küçük maddeler (Difüzyon, Osmoz ve Aktif taşıma) Glikoz, fruktoz ve galaktoz. Amino asit,Yağ asitleri ve gliserol,Vitamin. Mineral, tuz ve sudur. Porlardan büyük maddeler (Ekzositoz ve Endositoz) Maltoz, sakkaroz ve laktoz Yağ, Protein. Nişasta, glikojen, selüloz ve kitindir. Molekül Hareketleri Maddelerin katı, sıvı, gaz olma durumlarına göre molekülleri hareketsiz, az hareketli veya çok hareketlidirler. Brown hareketi, Sıvılarda ya da gazlarda bulunan çok küçük taneciklerin yaptıkları sürekli ve düzensiz hareketleri açıklar. Adı bulucusu Robert Brown'ın (1773-1858) adından kaynaklanan Brown hareketi, her parçacığa sıvı ya da gaz moleküllerinin çarpmasının sonucudur; çok küçük tanecikler içeren bir sıvı damlasının mikroskopta incelenmesi sırasında kolayca gözlenebilir ve sıvı ya da gaz moleküllerinin sürekli ve rastgele hareket halinde olduklarını ortaya koyar. BROWN HAREKETĠ Özellikle sıvılarda ve sıvılarda çözünen katı moleküllerin hareketi bu tarzda olmakta, böylece moleküler difüzyon gerçekleĢebilmektedir. DĠFÜZYON Gaz veya sıvı moleküllerinin sahip oldukları kinetik enerji yardımıyla rastgele yer değiĢtirmesidir. A- gazlar ve gazların difüzyonu, B- Sıvılar ve sıvıların difüzyonu, C- Katılar ve katıların difüzyonu A- Gazlar ve gazların difüzyonu Belirli şekil ve hacimleri yoktur, Moleküller birbirinden uzaktır. Bu nedenle çekim güçleri zayıftır. Sahip oldukları kinetik enerji nedeniyle molekülleri devamlı hareket halindedir. Bu hareket ısıyla artar ve bulundukları ortamın her tarafına dağılırlar. B- Sıvılar ve sıvıların difüzyonu Hareketleri yavaĢ, çekim güçleri fazladır. Birbirlerini çektiklerinden bulundukları ortamın Ģeklini alırlar. Difüzyonları da moleküllerin kinetik enerjiye sahip olmasından dolayıdır. Katılar ve katıların difüzyonu Moleküller arası çekim kuvveti fazla olduğundan bu kuvvet moleküllerin yer değiĢtirmesine engel olur. Bu yüzden hareketsizdirler ve Ģekilleri sabittir. Molekülleri titreĢim halindedir. Katı maddelerde serbest molekül hareketi değil de ancak titreĢim hareketi olduğundan, difüzyonları için bir çözücü tarafından eritilmeleri gerekir. Solüt- katı madde, Solvent- çözücüye, Solüsyon-Çözünme sonucu oluĢan karıĢıma denir. Hücrede en iyi solvent sudur. Solüsyon ve Solüsyon tipleri Ġki ayrı yapının birbiri içinde eriyerek oluĢturduğu karıĢım solüsyondur. A- hakiki gerçek solüsyon Suda dağılan partiküller < 1 mµ Saydam olan solüsyonların suyu uçurulursa kristal halde kalır ve kristaloit adını da alırlar B- Kolloid çözelti: Suda dağılan partiküllerin büyüklükleri 1-100 mµ arasındadır. Filtre edilemezler, kristal oluĢturmazlar, su molekülünün hareketi ile taĢınamazlar fakat yinede ÇÖKMEZLER.???? Su içinde çözünen partiküller > 100 mµ Kolloid çözelti partikülleri aynı elektrik yüküne sahip oldukları için birbirlerini iterler , buda partikülleri dağılmıĢ(disperse) halde tutar. Sitoplazma proteinleri de izoelektrik noktasına göre alkali ortamda bulunduklarından yalnızca – yüklü olurlar ve sitoplazmanın iskeletini oluĢtururlar. C-Süspansiyon Su içinde çözünen partiküller > 100 mµ Canlı sistemlerde çözücü moleküller SUDUR. Hücre sıvısında(protoplazma) bulunan çözünmüş tuzlar, şekerler ve diğer maddeler hücreye belli bir yoğunluk ve osmotik basınç kazandırırlar. Bu sayede hücre bulunduğu ortamın yoğunluğuna göre çevresiyle alışveriş yapabilir. Hücre, içinde bulunduğu solüsyon tipine göre durumunu değiştirir. Buna göre solüsyonlar; 1- İzotonik solüsyonlar, 2-Hipotonik solüsyonlar, 3- Hipertonik solüsyonlar Difüzyon-1 Bir kaba konan sıvı veya gaz şeklindeki maddenin molekülleri, kabın her yerine ortalama olarak aynı konsantrasyonda dağılır. Difüzyon-2 Bir maddenin çok olduğu yerden az olduğu yere geçmesidir. Difüzyon; Çok yoğundan az yoğuna doğru olur. Porlardan küçük maddeler geçer. Enerji harcanmaz. Enzimler kullanılmaz. Denge sağlanınca durur. Gazların geçişi difüzyonla olur. Gaz ve sıvılarda Herhangi bir maddenin yoğunluğunun yüksek olduğu bir ortamdan, düşük olduğu ortama geçmesine difüzyon denir. Her iki ortamdaki madde yoğunluğu eşitleninceye kadar geçiş devam eder. Madde yoğunluğundaki fark fazla ise difüzyon çok daha hızlı gerçekleşir. 1.av i difüzyonun yönü difüzyonda hareket tek yönlü değildir moleküller devamlı hareket halinde olduğundan, az yoğun ortamdan çok yoğun ortama da bir miktar madde geçişi olur iki yöne doğru olan difüzyon akımları arasındaki fark net geçişi verir difüzyonun gücü Difüzyon akımının büyüklüğü çeşitli faktörlere bağlı olarak değişir: konsantrasyon farkı sıcaklık molekül kitlesi yüzey alanı ortam hali difüzyonun hızı moleküller düz bir çizgide çok uzağa gidemezler dolayısıyla difüzyon süresi moleküllerin difüze olacakları mesafenin karesiyle orantılıdır organizmada dolaşım sistemi mesafeleri kısaltıcı işlev görür ►Diffüzyon hızı hangi faktörlere bağlıdır ? • Gaz yada sıvı oluşlarına, gazlar daha hızlıdır. ► Isı, ısı arttıkça difüzyon artar. ► Moleküllerin büyüklüğü, küçük daha hızlı. ► Difüzyon alanı, alan arttıkça hız da artar. ► Membran kalınlığı diffüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız azalır. DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t0 = Madde yok Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verileceği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t1 = Ortama madde verildi Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verildiği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t2 = Madde difüzyonu başladı Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verildiği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t3 = Madde difüzyonu (devam) Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verildiği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t4 = Madde X noktasına ulaştı Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verildiği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t5 = 0 noktasındaki kons. azalıyor Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verildiği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t6 = 0 - X arası doğrusal dağılım (STEADY-STATE ANI) Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verildiği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t7 = Doğrusal dağılım (devam) Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verildiği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ t8 = Madde dağılımı homojen (EQUILIBRIUM ANI) Konsantrasyon Saf Madde C (Max) Madde Yok C=0 Maddenin Verildiği Yer 0 (Maddenin Verildiği Yer) X Uzaklık X membranlardan difüzyon hücre zarında difüzyon, aynı molekülün sudaki difüzyonundan çok daha yavaştır membranda difüzyonu sınırlayan esas faktör lipid çift tabakadır polar ve iyonize moleküller ya hiç ya da çok az difüze olur bir maddenin lipidlerde eriyebilirliğinin yüksek olması membranlardan daha kolay geçmesini sağlar ►Oksijen akciğerlerdeki alveollerden, difüzyon ile kana geçer. Kandan da oksijen yoğunluğunun düşük olduğu hücrelere geçer. ► Hücre solunumu sonucunda oluşan CO2 difüzyon ile kana geçer. Kandan yine difüzyon ile CO2alveollere geçer soluk verme ile buradan dışarı atılır. ► Parçalanan besinlerden bazıları difüzyon ile ince bağırsaktan emilerek kana geçer. osmoz; suyun difüzyonu ► su, polar bir molekül olmasına rağmen hücre zarından hızla difüze olur ► geçiş iki taraf arası osmolarite farkına göredir ► su, osmolaritesi düşük olan bölgeden yüksek osmolariteye sahip tarafa geçer osmotik basınç bir solüsyonun osmotik basıncı = “saf su ile yanyana konduğunda, su difüzyonunu önleyebilmek için uygulanması gereken basınç” osmotik basıncı arttıkça osmolarite de artar, su konsantrasyonu düşer izotonik solüsyon = membrandan geçebilen mevcut madde konsantrasyonuna bakılmaksızın, 300 mOsm/l geçemeyen madde içeren solüsyon hipertonik solüsyon = Membrandan geçebilen mevcut madde konsantrasyonuna bakılmaksızın, 300 mOsm/l’den fazla geçemeyen madde içeren solüsyon hipotonik solüsyon = membrandan geçebilen mevcut madde konsantrasyonuna bakılmaksızın, 300 mOsm/l’den daha az geçemeyen madde içeren solüsyon Hücrenin çevresi ile seçimli madde alışverişi yapması, gereksinim duyulan maddelerin kolaylıkla içeriye alınması, reaksiyonlar sonucu artık ürünlerin dışarıya atılması hücre zarları aracılığı ile gerçekleşir. Biyoelektrik olaylarda hücre zarlarının bir fonksiyonudur. Hücre düzeyinde en önemli tanecik taşınımı konsantrasyon gradiyentle rinden kaynaklanır yani difüzyonla sağlanır. DİFÜZYON Fick I. Yasası Maddenin moleküler kinetik teorisine göre, mutlak sıcaklığı T olan bir Ortam içindeki m kütleli moleküllerin ortalama kinetik enerjileri, k= 1,38x10-23 J/mol (Boltzman sabiti) olmak üzere, Öte yandan , çözelti çok büyük olmayan bir v hızıyla hareket eden bir Molekül, hızı ile orantılı ve zıt yönlü F=-fv sürtünme kuvveti etkisinde kalır f:sürtünme katsayısı, taneciğin iriliğine, biçimine, ortamın viskosluğuna bağlıdır. F= -6πηav ―› Stokes yasası f=6πηa η: viskosluk katsayısı a: yarıçap Fick yasası ile maddenin kinetik teorisi sonuçlarının karşılaştırıl masından, D ile f arasında D= kT/f yazılabilir Difüzyon olayının temelinde moleküllerin gelişigüzel hareketleri yatmaktadır. Bir molekül için gelişigüzel haraket sonrasında ortalama yer değiştirme x2= 2 kT/f .t = 2Dt x2+y2= 4Dt x2+y2+z2= 6Dt ZARLARDA DİFÜZYON VE OZMOZ Eğer zar kalınlığı x2-x1=δ kalınlığına sahip ise; o halde 1. Fick yasası Mdif=-D dc/dx ≈-D c2-c1/x2-x1=-P(c2-c1) Mdif=P(c1-c2) P: permeabilite (geçirgenlik) Örneğin; PK ≈10-8 m/s PNa ≈10-10 m/s Osmotik Basınç: Yarı geçirgen bir zardan derişik çözelti tarafına su geçişini engellemek için çözeltiye uygulanması gerekli basınca çözeltinin osmotik basıncı denir. П=icRT T: mutlak sıcaklık R: 8,3145 J/K .mol genel gaz sbt i: çözünenin bir molekülünün çözeltiye verdiği tanecik sayısı TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR 1. Fick Yasası Difüzyon akı yoğunluğu, konsantrasyon gradienti ile doğru orantılıdır. J = -D dc dx J(mol/m2s) : Difüzyon akı yoğunluğu TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR 2. Nernst Denge Denklemi Bir iyonun, bir membranla ayrılmış iki hacimdeki konsantrasyonları eşit değilse, bu konsantrasyon farkından kaynaklanan elektriksel potansiyel farkı hesaplamayı sağlayan, yani bu konsantrasyon farkını dengeleyecek potansiyeli hesaplamayı sağlayan denkleme Nernst Denge Denklemi adı verilir. RT E= ln F EClEK+ ENa+ Ci dış Ci iç = -90 mV = -98 mV = +66 mV R = 8.3143 J K-1 mol-1 T = 37 0C = 310 0K F = 96500 Cmol-1 RT F = 0.0267 Volt TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR 3. Gibbs-Donnan Dengesi Nernst Denge Denkleminin özel bir durumudur. Ortamlardan birisinde membranı kesinlikle geçemeyecek bir maddenin bulunması halinde, iki iyon arasındaki dengenin sağlanabilmesi için gerekli iç ve dış konsantrasyonları hesaplamak için kullanılır. [K+]iç [Cl-]dış = [K+]dış [Cl-]iç FİCK Kanunu : (geçiş hızı) Difüzyon Hızı : D.A.K. ( Cdış – Ciç ) Delta X D : Difüzyon sabiti A : Membran alanı K : Partisyon katsayısı Delta x : Membran kalınlığı Difüzyon Hızı : D.A.K. C dış Membran kalınlığı OSMOS ve OSMOTĠK BASINÇ 2. Osmoz Suyun difüzyonudur. Yani suyun çok olduğu yerden (yoğunluk az) suyun az olduğu (yoğunluk çok) yere suyun geçişidir. Özellikleri Su, çok olduğu yerden az olduğu yere geçer. Su porlardan küçüktür. Enerji harcanmaz. Enzimler kullanılmaz. Denge sağlanınca durur. Konsantrasyon Gradienti = ++++++ Hidrostatik Basınç Farkı =0 Konsantrasyon Gradienti = +++++ Hidrostatik Basınç Farkı =+ Konsantrasyon Gradienti = ++++ Hidrostatik Basınç Farkı = ++ Konsantrasyon Gradienti = +++ Hidrostatik Basınç Farkı = +++ Farklı iki çözeltiyi ayıran yarı geçirgen bir zardan suyun geçmesine karşın, bir takım iyon vb. maddelerin geçememesi, difüzyonun özel bir durumudur ve OSMOS olarak adlandırılır. Osmotik Basınç Hücre yoğunluğundan dolayı, hücre dışındaki suyun hücreye girmek için dışardan zarlara yaptığı basınçtır. Yoğunluk arttıkça osmotik basınç artar. Osmozla Ġlgili Deneyler Bir hücre kendisinden daha yoğun bir ortama konursa, su kaybederek büzüşür. Buna, Plazmoliz denir. Bir Hücrenin Çok Yoğun Ortama (Hipertonik) Konması Osmotik dengenin sürekliliği • Su hücre zarı içerisinden, solütlerin az suyun fazla olduğu ortamdan, solütlerin yoğun suyun az olduğu ortama doğru hareket eder - osmosis düşük [solüt] yüksek [solüt]H O 2 H2O büzülür gerilir osmotik basınç H2O H2O • Ekstraselluler [NaCl], intracelluler [solute] ortamla dengededir • Denge Na-K ATPase pompası tarafından devam ettirilir Osmos Düşük solüt konsantrasyonundan yüksek solüt konsantrasyonlu bölgeye doğru suyun hareketi Osmoz ; suyun geçişini ifade eder. Bir taraftan diğer tarafa suyun geçişidir. Sadece su için kullanılır. (ilaç ya da ksenobiyotik için kullanılmaz) Filtrasyon; membrandaki porlardan süzme olayıdır. Aslında bu da difüzyon olayıdır. Glomerüler filtrasyon bir difüzyon olayı gibi kabul edilebilir. Burada konsantrasyondan ziyade basınçtan söz edilebilir. Ancak albumin gibi 66 000 dalton ağırlığındaki molekülleri filtre edemez. Hücre zarında taşınma İlkeleri • Büyüklük • Konsantrasyon farklılıkları • Lipid içerisinde çözünebilme • Elektriksel yük Membran transportu • Lipid çift tabakası pratik olarak suda çözünen moleküllere karşı (hydrophilic/lipophobic) impermeabeldır. • Hücrelerin suda çözünmüş besinlerin girişine (şekerler, amino asitler, vs), son ürünlerin atılmasına ve iyon konsantrasyonlarının kontrol edilmesine (H+, Na+, K+, Ca2+, vs) ihtiyaçları vardır • Membran transport proteinleri spesifik moleküllerin giriş çıkışını sağlarlar (örn Na+ - K+ değil, glukoz – fruktoz değil) • Her bir tip membran hücreye veya organellere girip çıkacak solütlerin miktarını ayarlayan karakteristik transport proteinlerini bulundurur protein-free suni lipid çift tabaka Hücre membranı MEMBRANDAN GEÇİŞ ŞEKİLLERİ I.BASİT DİFÜZYON : Membranlardan geçişlerin % 90’ı bu şekilde olur. Filtrasyon ve osmoz da buna dahildir. Difüzyonun kuralları ; Yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona geçiştir Enerji gerektirmez Difüzyonun kaideleri tamamen pH partisyon teorisine dayanır Her iki kompartmanda konsantrasyon eşitleninceye kadar devam eder Kanlanma ve yüzey genişse geçiş kolay olur (Kanlanma az olduğu için, adipoz dokuda difüzyon hemen durur, eşitlenir.) Elektrokimyasal gradyan-1 • Çoğu hücreler zarlarında bir sahiptirler - membran potansiyeli voltaja (potansiyel farka) • Membran potansiyeli bütün yüklü moleküllerin (iyonlar) zardaki hareketlerini etkiler • Plazma zarının sitoplazmik tarafı, dış tarafına nazaran genellikle negatif potansiyele sahiptir • Elektrostatik kuvvet katyonları hücre içine ve anyonları hücre dışına iter • Böylece, eğer yüklü solütlerin membrandan gerçekleşirse, iki kuvvet göz önüne alınmalıdır: diffüzyonu • (a) Transmembran konsantrasyon gradyanı (kimyasal potansiyel) • (b) Transmembran potansiyel farkı (Membran potansiyeli) • Net etkili kuvvet = Elektrokimyasal gradyan Elektrokimyasal gradyan-2 out in Zar potansiyeli yok İç tarafı negatif zar potansiyeli Katyon transportu iyileştirilir İç tarafı pozitif zar potansiyeli Katyon transportu zayıflar Basit difüzyon • Basit difüzyon hücre membranında iki yol izlenerek gerçekleştirilir: – 1- Özellikle difüze olacak madde yağda eriyorsa çift katlı lipit tabakasının aralıklarından, – 2- Taşıyıcı proteinlerin su dolu kanallarından. Lipitte eriyen maddelerin difüzyonu • Lipitte eriyen maddelerin çift katlı lipit tabakadaki hızını belirleyen en önemli faktörlerden birisi o maddenin lipitteki eriyebilirliğidir. • Örneğin oksijen, karbondioksit, azot ve alkolün lipitte çözünürlüğü yüksektir. • Bütün bu maddeler çift katlı lipit tabakada doğrudan çözünürler ve sudaki çözeltilerinde olduğu gibi difüzyona uğrarlar. • Bu nedenle özellikle oksijen hücrelere bu şekilde kolaylıkla, sanki hücre zarı hiç yokmuş gibi iletilir. Moleküllerin membranı geçebilirlikleri, büyüklüklerine ve yağda çözünürlüklerine bağlıdır Su, molekül ve iyonlar ancak çift tabakanın hidrofobik iç kısmından diffüze olarak geçebilirler İyonlar, şeker ve aminoasitler gibi polar moleküller membranı çok yavaş geçerler !! Bunun için hücre zarında taşıyıcı proteinler yer alır Basit diffüzyon Solütler, yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona kendi kinetik hareketleri ile diffüze olurlar. Yön, konsantrasyon gradyanı tarafından belirlenir (yokuş aşağı). Fosfolipit tabakanın hidrofobik olan ara bölgesi pekçok solüt ve iyonun basit düffüzyonuna engel olur. Alkol, eter Amino asitler, gliserol, yağ asitleri, inorganik tuzlar, asit ve bazların iyonları, disakkaritler (sakkaroz, maltoz, laktoz) Protein, polisakkaritler, fosfolipitler Maddelerin diffüzyon dereceleri Hücre membranındaki difüzyon olayı basit difüzyon ve kolaylastırılmıs difüzyon diye iki alt gruba ayrılır. Suyun difüzyonu • Su molekülleri lipitte erimedigi halde protein kanallarından her iki yönde de kolaylıkla geçerler. • Öyleki alyuvar membranında saniyede difüzyona uğrayan suyun toplam miktarı alyuvar hacminin yaklaşık 100 katıdır. • Lipitte erimeyen öteki moleküller eğer yeteri kadar küçük iseler su molekülleri gibi protein kanallarından geçebilirler. • Molekül büyüklüğü arttıkça geçis hızı da yavaşlar. • Protein kanalları genellikle belirli maddelere karsı seçici geçirgendirler ve kanalların çoğu kapılarla açılıp kapanırlar. Kolaylaştırılmış Difüzyon: • Kolaylaştırılmış difüzyona aynı zamanda tasıyıcıaracılığı ile difüzyon da denir. • Çünkü bir maddenin bu şekilde taşınması özel taşıyıcı bir protein yardımı olmaksızın gerçekleşmez. • Glikoz ve amino asitler yağda erimezler ve bu yolla hücre içine taşınırlar. Kolaylastırılmıs Difüzyon-I • Örneğin amino asit taşınmasını bu yolla açıklamak istersek, hücre içine girmesi gereken molekül zarda bulunan özel taşıyıcı proteine geçici olarak bağlanır ve lipitte eriyebilen yeni bir bileşik oluşur. • Aminoasit-tasıyıcı protein kompleksi plazma membranını geçer ve amino asit sitoplazmaya bırakılır. • Gerektiğinde taşıyıcı protein diğer amino asitler içinde taşıyıcılık görevi yürütebilir. • Bu olayda ATP formundaki hücre enerjisi kullanılmaz, yalnızca tasıyıcı proteinlerin iç yapıları degisir. • Glikoz da 45000 molekül agırlıgındaki bir tasıyıcı protein aracılıgı ile hücre içine alınır ve insülin hormonu glikozun kolaylaştırılmış difüzyonunu 10-20 kat artırabilir. Difüzyon hızı hangi faktörlere baglıdır ? • Gaz yada sıvı oluslarına, – gazlar daha hızlıdır. • Isı, – ısı arttıkça difüzyon artar. • Moleküllerin büyüklügü, – küçük daha hızlı. • Difüzyon alanı, – alan arttıkça hız da artar. • Membran kalınlıgı – difüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız azalır. Ozmoz (Osmos-Geçisme)-Su geçisi • Moleküller ve iyonlar devamlı hareket ederler, bu moleküllerin ve iyonların birbirlerine ve bulundukları kabın çeperine çarpmalarından osmotik basınç meydana gelir. • Yarı geçirgen bir zarla ayrılmış bir ortamda suyun osmotik basıncın yüksek olduğu taraftan, düşük olan tarafa doğru bir geçme eğilimi vardır. • Geçis çok yoğun ortamdan, az yoğun ortama doğru olur ve suyun basıncı zarın her iki tarafında eşitlenince durur, bu olaya ozmoz denir. izotonik • Canlı hücrelerin, kendi hücre içi yoğunlukları, içinde bulundukları çözeltinin (solüsyonun) yoğunluğuna eşit olduğu zaman (izotonik-isotonic) su molekülü konsantrasyonu da eşittir, böylece su molekülleri hücreden içeri ve dışarı aynı oranda hareket ederler, su moleküllerinin net hareket sürekliliği sıfırdır. • Vücut sıvıları izotonik sıvılardır. Hipertonik • Hücreler kendi yoğunluklarından, daha yoğun bir çözelti içinde (hipertonik-hypertonic) bulundukları zaman , su hücreden ayrılır ve hücrenin büzülmesine, kurumasına ve belki de ölümüne yol açar. Hipotonik • Hücreler, kendi yoğunluklarından, daha az yogun bir çözelti içinde bulundukları zaman (hipotonik-hypotonic) hücre bu solüsyon üzerinde osmotik basınç yapar ve su hücre içine doğru hareket eder. • Hücre içine giren su onun şişmesine, büyümesine belki de patlamasına yol açar. Filtrasyon (Filtration) ► Bir membranın iki yüzü arasındaki hidrostatik basınç farkı nedeniyle, basıncın yüksek olduğu taraftan az olduğu tarafa doğru sıvı ve beraberinde erimiş küçük moleküllerin geçisine filtrasyon (süzülme) denir. ► Vücutta filtrasyona örnek kapillerlerdeki ve böreklerdeki taşıma olayları gösterilebilir. ► Kapillerlerdeki olay basınç farkı nedeniyle su ve suda erimis partiküllerin damar dışına çıkısıdır (dokulararası sıvıya geçisidir). ► Filtrasyonda proteinler gibi büyük moleküller damar dışına geçemez. Diffüzyonu etkileyen faktörler Molekül ne kadar küçükse katman arasından o kadar hızlı diffüze olur Molekül su ile ne kadar zayıf bağlanırsa çift katmandan o kadar hızlı diffüze olur Lipitlerde eriyebilirliği, moleküler büyüklüğü, yükü. Isı, zarın yüzey alanı, kalınlığı..... Difüzyon hızı hangi faktörlere baglıdır ? • Gaz yada sıvı oluslarına, – gazlar daha hızlıdır. • Isı, – ısı arttıkça difüzyon artar. • Moleküllerin büyüklügü, – küçük daha hızlı. • Difüzyon alanı, – alan arttıkça hız da artar. • Membran kalınlıgı – difüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız azalır. KOLAYLAġTIRILMIġ DĠFÜZYON Permeaz adı verilen proteinlerce gerçekleĢtirilen taĢıma tipidir. Herbir permeaz sadece bir iyon veya bir molekülü geçirir. Herbir taĢıyıcı protein, taĢıyıcı solutun tutunacağı, özel bir bölge ihtiva eder. solüt lipid katmanı Kolaylaştırılmış diffüzyon (Çoğu doku hücrelerinde glukoz ve amino asit taşınımı) durum A durum B Dış taraf Konsantrasyon gradyanı İç taraf taşıyıcı protein solüt bağlantı yeri örn memeli KC hücreleri glukoz taşıyıcısı Farklı yöne doğru transportun derecesi zardaki konsantrasyon gradyanı ile belirlenir. Hep konsantrasyon gradyanı yönündedir (Yokuş aşağı) DeğiĢmeli difüzyon; TaĢıyıcı ile meydana gelir. Alınan ve atılan molekül veya iyon miktarları birbirine eĢittir.?????? Her taĢıyıcı bir taraftan diğer tarafa hareket ederken yüklenmektedir demektedir. Ġyonik hareketler nötraldiryani birebir aynı tür iyon değiĢimi olur. Metabolik zehirlerden etkilenmediğinden, metabolik enerji değil, kinetik enerjinin kullanıldığı kabul edilmektedir. Dizi halinde difüzyon; Pasif ve Elektro difüzyon Dizi halinde difüzyon; Hücre zarında 8A0 çapında ve birbirinden belirli aralıklarla ayrılmıĢ porlar vardır. Porlardan maddenin difüzyon süreciyle geçiĢinde, genel fifüzyon kurallarıyla birlikte 3 etki daha rol oynar. 1- Porun çapı, geçecek olan maddenin çapı porun çapından küçük olmalıdır, 2-Geçmekte olan maddelerin elektrik yükü, 3- Porun geçirgenliğini değiĢtiren etkiler. Örn;Hücre dıĢında Ca’un artması-geçirgenliğin azalmasına Pasif ve Elektro Difüzyon; Ġç yapısından ötürü her biyolojik hücre zarı, molekül ve Ġyonların içlerinden geçmesine karĢın bir miktar direnç gösterir. Üç tip taşıyıcı •Uniport: Tek bir molekülün taşınması •Symport: İki farklı molekülü aynı yönde taşır •Antiport: İki farklı molekülü farklı yönlerde taşır K KolaylaĢtırılmıĢ difüzyon Taşıyıcı molekül vardır, Yoğun konsantrasyondan, düşük konsantrasyona doğrudur, Pasif difüzyondur, enerji harcanmaz. Kolaylaştırılmış diffüzyon İntegral transmembran proteinleri (kanal ve taşıyıcılar) spesifik moleküllerin zarı geçmelerine izin verirler. Basit diffüzyonda akı konsantrasyon gradyanı ile artarken, basitleştirilmiş olan akı bir doygunluk değerine ulaşır Kolaylaştırılmış Difüzyon; aktif transportun alt kademesidir. Difüzyon gibi yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona doğru geçiş olur, taşıyıcılar vardır, ATP gerektirmez. Intrasellüler ve ekstrasellüler iyon konsantrasyonları Iyon Na+ K+ Mg2+ Ca2+ H+ Intrasellüler 5-15 mM 140 mM 0.5 mM 10-7 mM 10-7.2 M (pH 7.2) Cl5-15 mM sabit anyonlar yüksek Ekstrasellüler 145 mM 5 mM 1-2 mM 1-2 mM 10-7.4 M (pH 7.4) 110 mM 0 mM [intrasellüler] ortam [ekstraselluler] ortamdan çok farklıdır katyonlar (+yüklü türler) anyonlarla dengelenir (- yüklü) Özet- Pasif transport-1 • Zar etrafındaki konsantrasyon gradyanı passif diffüzyonun yönünü ve oranını belirler. • Moleküller yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye hareket ederler (“yokuş aşağı” transport) • Basit diffüzyon: moleküller lipid çift tabakasını rahatça geçerler • Kolaylaştırılmış diffüzyon: taşıyıcı protein aracılı diffüzyon (enerji gerektirmez) Özet-Pasif transport-2 Taşınacak madde taşıyıcı protein konsantrasyon gradyanı lipid katmanı kanalbasit diffüzyon aracılı taşıyıcı aracılı pasif transport (Basitleştirilmiş diffüzyon) aktif transport Küçük moleküllerin ve iyonların hücre zarında taşınması Pasif taşıma Aktif taşıma Büyük moleküllerin hücre zarında taşınması Endositoz Pinositoz Fagositoz Reseptör aracılı endositoz Ekzositoz Endositoz • Lipitler ve protein gibi büyük moleküllerin ve büyük miktarlardaki suyun hücre içine girişi endositoz yoluyla olur. • Materyal hücre zarı ile sarılır ve hücre içine alınır. Endositoz sekilleri • Pinositoz, • Reseptör aracılıklı endositoz, • Fagositoz Pinositoz; • Hücrenin içmesi anlamına gelir. • Hücre dısı sıvısı küçük damlacıklar halinde hücre içine alınır. • Bu sıvı içinde çözünmüs herhangi bir materyal varsa (düşük molekül agırlıklı besinler, amino asitler, glikoz, vitaminler ve diger maddeler gibi) sıvıyla birlikte onlarda hücre içine alınırlar. • Böbrek hücreleri pinositoz kullanımına örnek pekçok hücreden birisidir. Reseptör aracılıklı endositoz; • Hücre dışındaki makromolekülü tanıyıp ona bağlanan özel reseptör aracılığıyla oluşur. • Reseptöre bağlanan madde ligand olarak isimlendirilir. • Reseptör-ligand kompleksini ihtiva eden eden hücre zarı bölgesi endositoza uğrar. • Bu yolla taşımanın spesifik örnegi LDL nin (düşük molekül ağırlıklı lipoprotein) hücre içine alınmasıdır. • Yeni membran oluşturmak için gerekli olan kolesterolün çoğu LDL olarak bu yolla hücre içine taşınmaktadır. Fagositoz(Phagocytosis) • Kelime olarak "Hücrenin Yemesi" anlamına gelir. • Fagositozda, hücre bakteri, besin gibi katı maddeleri içine alır (yutar) . • Hücre zarının uzantıları maddenin ya da bakterinin etrafını sarar ve onu gövdenin içine çeker.İ çeri giren bu madde sitoplazmada yüzmeye baslar. • Örneğin beyaz kan hücreleri bakterileri böyle yutarlar, sonra lizozomlar bakterilerin etrafını saran hücre zarını eritirler ve güçlü enzimleriyle bakterileri parçalarlar. Egzositoz • Endositozun tersi durumdur. • Hücre dısına atılacak sitoplazmik veziküller plazma membranı ile birleşir ve hücre dışına atılırlar. • Egzositoz ile hücre içinde sindirilemeyen partiküller atıldığı gibi, sinir hücrelerince sentezlenen transmitterler ve bez hücrelerince sentezlenen hormon ve benzeri gerekli, faydalı maddeler de bu yolla hücre dışına taşınır. Özet olarak Hücre zarı Protein, fosfolipid ve karbonhidratlardan oluşur Hücre zarı Koruma, bütünlük, madde giriş-çıkışını kontrol, haberleşme ve hc. organellerinin hareket etmesine yardımcı olur Hücre zarında taşınma Büyüklük, konsantrasyon farklılıkları, lipid içerisinde çözünebilme ve elektriksel yüke göre taşınma sistemi belirlenir Membranlar; çift katlı lipit tabakalarıdır ve protein + karbonhidrattan oluĢur. Membran, statik değildir. Hareketli bir yapıya sahiptir. Lipitler yan hareketlidir. Karbonhidratlar lipid veya proteinlere bağlı halde bulunurlar. Buna göre; glikolipid veya glikoprotein olarak adlandırılırlar. Membran modelinde sıvı mozaik modeli kabul edilmektedir. Lipid çözünürlüğü fazla olan maddeler membranları kolaylıkla geçerler (suda çözünenler zor geçer). Polarite; ne kadar polar ise suda o kadar fazla çözünürlük özelliği vardır. Polaritesi yüksek maddelerin lipid çözünürlüğü azdır. Membranları zor geçerler. Glikoprotein uzantıları genelde hücre dışına bakar ve hücrenin kimliğini oluşturur. Bu yüzden önemlidir. (örn: kan grupları , CA hücreleri). Bir kısım glikoproteinler ise lipidde kanallar oluştururlar (voltaj değişikliklerinde geçişe imkan veren kanallar). İç ve dış yüzeye bakan internal ve eksternal proteinlerin yanında, kanalları oluşturan intrinsik proteinler de vardır. Bir maddenin lipid çözünürlük düzeyi partisyon katsayısı ile ölçülür. Partisyon katsayısı ne kadar büyükse, lipid çözünürlüğü o kadar fazladır ve membranları kolaylıkla geçer. PARTİSYON KATSAYISI : Yağda çözünürlük Suda çözünürlük C (yağ) C (su) Partisyon Katsayısı x 100 : %’de Partisyon Katsayısı Maddenin iyonizasyon derecesi çok önemlidir. Ne kadar noniyonize ise, lipid çözünürlüğü o kadar fazladır ve membranları kolaylıkla geçer. İyonize madde ise, zor geçer (lipidde az çözünür). Bu ilişkiyi inceleyen pH partisyon teorisi vardır. Bir madde hangi pasajda ne kadar noniyonize formda ise en fazla oradan emilir. Lipid çözünür Nonpolar Noniyonik Partisyon Katsayısı yüksek ise membranları kolay geçer.
