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

HücreCanlının, tüm canlılık işlevlerini yürütebilen temel birimine

hücre denir.

Hücre iç bileşiminin sabit kalması için, membrandan net

ileti belli bir hızda devam etmelidir.

Küçük Moleküller(Mikromoleküller), elektronlar,

fotonlar, protonlar, iyonlar ve su

Orta büyüklükteki moleküller amino asitler ve şekerler,

Makromoleküller proteinler ve DNA

Zardan geçen maddelerin çoğu seçime tabi tutulurlar.

Canlı sistemlerde, moleküler iletim ve moleküler dağılımda

etkili olan birçok fiziksel süreç vardır.

Hücrelerde moleküler harekete;

•Elektriksel itme ve çekmeler,

•Van der Walls kuvvetleri,

•Membranın mekaniksel kuvvetleri etki eder.

Membranda madde iletiminin hangi mekanizmalarla

olduğunu anlayabilmek için kısaca hücre yapısı ve ilgili

fiziksel süreçleri inceleyeceğiz.

Hücre içi ve hücre dışı sıvılar arasındaki madde

alışverişi, özel bir yapıya sahip olan hücre zarı

(membran) aracılığı ile olur.

Hücre zarı ya da plazma zarı hücrenin

organellerini ve sıvı içeriğini saran ve hücreye

yapısal bütünlük sağlayan ayrıca çok önemli

işlevleri yürüten seçici geçirgen bir yapıdır.

Yapısı: Hücre zarı baslıca protein ve

fosfolipitlerden oluĢmuĢ çift katlı bir sıvıdır.

Fosfolipit tabaka membranın sıvı bölümünü

oluĢtururken, fosfolipitten oluĢmuĢ bu sıvı

tabaka içine gömülü halde bulunan proteinler

ise mozaik bölümünü oluĢtururlar.

Hücre Zarı

Polar (Kutuplu) Maddeler = Hidrofilik

Polar Olmayan (Kutupsuz) Maddeler = Hidrofobik

Fosfolipid = Fosfat + LipidBaş Bölgesi Kuyruk Bölgesi

Polar Non-Polar

Hidrofilik Hidrofobik

Fosfolipid Topluluğu Sulu Ortamda ;

-Misel

-Bilayer = Double Layer

Bir madde; Ya akıcı, hareketli, kararsız,

Ya da düzenli, kristalize, yüksek organizasyonlu

Hücre membranının bilayer tabakası : Ġkisi de.

Singer ve Nicholson’un akışkan mozayik modeli (1972)

Bilayer tabaka üzerindeki mozayikler = Proteinler

Hücre Zarındaki Proteinler:

-İçsel = Integral Proteinler

-Yüzeyel = Periferal Proteinler

Hücre Zarının Kantitatif Özellikleri

Kalınlık = 6 - 10 nm

Kapasitans = 0.5 - 1.3 µF/cm2

Direnç = 102 - 105 Ohm x cm2

Bozulma Potansiyeli = 100 - 150 mV

Su Geçirgenliği = (0.4 - 400) x 10-6 m/s

Yüzey Gerilimi = 0.03 - 0.1 N/m

ÖZELLĠKLERĠ:

• Kesintisiz olarak hücreyi çevrelerler

•Kalınlıkları 75-100 A0

kadardır

• Canlı-saydam ve esnektir

•Üzerinde por (8 A0)denilen delikler bulunur

•Seçici geçirgendir

•Zardaki proteinler enzim görevi yapar

•AkıĢkan bir yapıya sahiptir

•Elektriksel bakımdan yalıtkandır

Membranlar bir iç ve bir dıĢ yüzeye sahip asimetrik

çit tabaka Ģeklinde yapılardır.

Bu tabaka Ģeklinde yapılar termodinamik olarak

kararlı, metabolik olarak aktifler. Ve aralarında non-

kovalent bağlar vardır.

Membranların yapısı, organizmalar arası, hücreler

arası ve farklı organeller arası farklılıklar gösterir.

Farklı fonksiyon- farklı yapı

Yapıda değiĢim- fonksiyonda değiĢim

Plazma membranının fonksiyonları

•Bariyer

•Selektif permeabilite

•Reseptörler ve sinyal iletimi

•Endositoz, eksisitoz

•Tanıma ve hücreler arası iletiĢim

•Hücrenin Ģekil ve hareketi

► Hücre zarının en önemli özelliklerinden birisi seçici

geçirgenlik özelligine sahip olmasıdır.

• Bu;

► homeostazis için ve

► hücrelerin uyarılması için gereklidir.

Membranlar

Morfolojik yapılarına,

Geçirgenlik derecelerine,

Geçirgenlik derecelerini değiĢtirme yeteneklerine

göre sınıflandırılırlar.

Geçirgenlik derecelerine göre-1

Semipermeabl membran (yarı geçirgen zar):

Bunlar sadece su molekülleri gibi küçük moleküllerin

geçişine izin verirler relatif katı maddeleri - kristalloid,

kolloid gibi- geçirmezler..

Ultrafiltre ve diyalizan zarlar:

Su ve tüm kristalloidlerin geçmesine izin verip kolloitlerin

geçmesini kısıtlayan zarlardır.

Geçirgenlik derecelerine göre-2

Selective permeabl (seçici geçirgen ) membranlar:

Bir çözeltideki farklı özellikler taşıyan parçacıklardan bir

kısmını geçirip diğer bir kısmının geçmesine imkan

vermeyen zarlardır. Kolloidlerin hiçbirini geçirmeyip

kristalloidler için de seçici davranır. Örn. canlı

organizmadaki hücre zarları.

Geçirgenlik derecelerine göre-3

Uyarılabilen membranlar (sinir, kas hücresi membranları..)

Uygun bir uyaranla membranın geçirgenliği değiĢtirilebilir

(elektriksel uyaran, mekanik uyaran, transmitter olabilir).

Membrandan geçen madde miktarı ve geçiĢ hızı

kontrol edilebilir.

Bir membrandan maddenin geçme hızını belirleyen 2 etmen

vardır.

1- Hareketi oluĢturan kuvvetlerin Ģiddeti

(konsantrasyon gradyienti, elektriksel gradiyent, basınç

gradiyenti)

2-Zarın geçirgenliği

Membran Transport sistemleri

1- TaĢınacak bileĢiğin özelliğine göre sınıflandırma

2- TaĢıyıcı proteinin varlığına göre sınıflandırma

1- Taşınacak bileşiğin özelliklerine göre sınıflandırma

Küçük moleküllerin geçişi

Pasif Transport

Basit difüzyon

Kolaylaştırılmış Difüzyon

Aktif transport

Büyük moleküllerin geçişi

Endositoz

Eksositoz

2-Taşıyıcı Protein Varlığına Göre

a- Aracısız transport

Basit difüzyon

b-Aracılı transport

Kolaylaştırılmış Difüzyon

Aktif transport

HÜCRE ZARINDAN

MADDE TAġINMASI

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

Madde geçişleri hücre zarında olur.

Porlardan küçük maddeler (Difüzyon, Osmoz ve Aktif taşıma)

Glikoz, fruktoz ve galaktoz.

Amino asit,Yağ asitleri ve gliserol,Vitamin.

Mineral, tuz ve sudur.

Porlardan büyük maddeler (Ekzositoz ve Endositoz)

Maltoz, sakkaroz ve laktoz

Yağ, Protein.

Nişasta, glikojen, selüloz ve kitindir.

Molekül Hareketleri

Maddelerin katı, sıvı, gaz olma durumlarına göre

molekülleri hareketsiz, az hareketli veya çok

hareketlidirler.

Brown hareketi,

Sıvılarda ya da gazlarda bulunan çok küçük

taneciklerin yaptıkları sürekli ve düzensiz

hareketleri açıklar. Adı bulucusu Robert Brown'ın

(1773-1858) adından kaynaklanan Brown

hareketi, her parçacığa sıvı ya da gaz

moleküllerinin çarpmasının sonucudur; çok küçük

tanecikler içeren bir sıvı damlasının mikroskopta

incelenmesi sırasında kolayca gözlenebilir ve sıvı

ya da gaz moleküllerinin sürekli ve rastgele

hareket halinde olduklarını ortaya koyar.

BROWN HAREKETĠ

Özellikle sıvılarda ve sıvılarda çözünen katı

moleküllerin hareketi bu tarzda olmakta, böylece

moleküler difüzyon gerçekleĢebilmektedir.

DĠFÜZYON

Gaz veya sıvı moleküllerinin sahip oldukları kinetik

enerji yardımıyla rastgele yer değiĢtirmesidir.

A- gazlar ve gazların difüzyonu,

B- Sıvılar ve sıvıların difüzyonu,

C- Katılar ve katıların difüzyonu

A- Gazlar ve gazların difüzyonu

Belirli şekil ve hacimleri yoktur,

Moleküller birbirinden uzaktır. Bu nedenle çekim güçleri

zayıftır.

Sahip oldukları kinetik enerji nedeniyle molekülleri

devamlı hareket halindedir.

Bu hareket ısıyla artar ve bulundukları ortamın her

tarafına dağılırlar.

B- Sıvılar ve sıvıların difüzyonu

Hareketleri yavaĢ, çekim güçleri fazladır.

Birbirlerini çektiklerinden bulundukları

ortamın Ģeklini alırlar. Difüzyonları da

moleküllerin kinetik enerjiye sahip

olmasından dolayıdır.

Katılar ve katıların difüzyonu

Moleküller arası çekim kuvveti fazla

olduğundan bu kuvvet moleküllerin yer değiĢtirmesine

engel olur. Bu yüzden hareketsizdirler ve Ģekilleri sabittir.

Molekülleri titreĢim halindedir.

Katı maddelerde serbest molekül hareketi değil de ancak

titreĢim hareketi olduğundan, difüzyonları için bir çözücü

tarafından eritilmeleri gerekir.

Solüt- katı madde,

Solvent- çözücüye,

Solüsyon-Çözünme sonucu oluĢan karıĢıma denir.

Hücrede en iyi solvent sudur.

Solüsyon ve Solüsyon tipleri

Ġki ayrı yapının birbiri içinde eriyerek oluĢturduğu

karıĢım solüsyondur.

A- hakiki gerçek solüsyon

Suda dağılan partiküller < 1 mµ

Saydam olan solüsyonların suyu uçurulursa kristal

halde kalır ve kristaloit adını da alırlar

B- Kolloid çözelti: Suda dağılan partiküllerin

büyüklükleri 1-100 mµ arasındadır. Filtre edilemezler,

kristal oluĢturmazlar, su molekülünün hareketi ile

taĢınamazlar fakat yinede ÇÖKMEZLER.????

Su içinde çözünen partiküller > 100 mµ

Kolloid çözelti partikülleri aynı elektrik

yüküne sahip oldukları için birbirlerini iterler ,

buda partikülleri dağılmıĢ(disperse) halde tutar.

Sitoplazma proteinleri de izoelektrik

noktasına göre alkali ortamda bulunduklarından

yalnızca – yüklü olurlar ve sitoplazmanın

iskeletini oluĢtururlar.

C-Süspansiyon

Su içinde çözünen partiküller > 100 mµ

Canlı sistemlerde çözücü moleküller SUDUR.

Hücre sıvısında(protoplazma) bulunan çözünmüş tuzlar,

şekerler ve diğer maddeler hücreye belli bir yoğunluk ve

osmotik basınç kazandırırlar.

Bu sayede hücre bulunduğu ortamın yoğunluğuna göre

çevresiyle alışveriş yapabilir. Hücre, içinde bulunduğu

solüsyon tipine göre durumunu değiştirir.

Buna göre solüsyonlar;

1- İzotonik solüsyonlar,

2-Hipotonik solüsyonlar,

3- Hipertonik solüsyonlar

Difüzyon-1 Bir kaba konan sıvı veya gaz şeklindeki maddenin molekülleri, kabın her yerine ortalama olarak aynı konsantrasyonda dağılır.

Difüzyon-2

Bir maddenin çok olduğu yerden az olduğu yere geçmesidir.

Difüzyon;

Çok yoğundan az yoğuna doğru olur.

Porlardan küçük maddeler geçer.

Enerji harcanmaz.

Enzimler kullanılmaz.

Denge sağlanınca durur.

Gazların geçişi difüzyonla olur.

Gaz ve sıvılarda

Herhangi bir maddenin yoğunluğunun yüksek olduğu

bir ortamdan, düşük olduğu ortama geçmesine

difüzyon denir.

Her iki ortamdaki madde yoğunluğu eşitleninceye

kadar geçiş devam eder.

Madde yoğunluğundaki fark fazla ise difüzyon çok

daha hızlı gerçekleşir.

1.av i

difüzyonun yönü

difüzyonda hareket tek yönlü değildir

moleküller devamlı hareket halinde olduğundan,

az yoğun ortamdan çok yoğun ortama da bir

miktar madde geçişi olur

iki yöne doğru olan difüzyon akımları

arasındaki fark net geçişi verir

difüzyonun gücü

Difüzyon akımının büyüklüğü çeşitli

faktörlere bağlı olarak değişir:

konsantrasyon farkı

sıcaklık

molekül kitlesi

yüzey alanı

ortam hali

difüzyonun hızı

moleküller düz bir çizgide çok uzağa

gidemezler

dolayısıyla difüzyon süresi moleküllerin

difüze olacakları mesafenin karesiyle

orantılıdır

organizmada dolaşım sistemi

mesafeleri kısaltıcı işlev görür

►Diffüzyon hızı hangi faktörlere bağlıdır ?

• Gaz yada sıvı oluşlarına,

gazlar daha hızlıdır.

► Isı,

ısı arttıkça difüzyon artar.

► Moleküllerin büyüklüğü,

küçük daha hızlı.

► Difüzyon alanı,

alan arttıkça hız da artar.

► Membran kalınlığı

diffüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız

azalır.

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin

Verileceği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t0 = Madde yok

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin Verildiği

YerX

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t1 = Ortama madde verildi

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t2 = Madde difüzyonu başladı

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t3 = Madde difüzyonu (devam)

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t4 = Madde X noktasına ulaştı

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t5 = 0 noktasındaki kons. azalıyor

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t6 = 0 - X arası doğrusal dağılım

(STEADY-STATE ANI)

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t7 = Doğrusal dağılım (devam)

Saf MaddeC (Max)

Konsantrasyon

Uzaklık0 (Maddenin Verildiği Yer) X

Madde YokC=0

Maddenin

Verildiği Yer X

DĠFÜZYON DĠNAMĠĞĠ

t8 = Madde dağılımı homojen

(EQUILIBRIUM ANI)

membranlardan difüzyon hücre zarında difüzyon, aynı molekülün sudaki

difüzyonundan çok daha yavaştır

membranda difüzyonu sınırlayan esas faktör lipid çift

tabakadır

polar ve iyonize moleküller ya hiç ya da çok az difüze

olur

bir maddenin lipidlerde eriyebilirliğinin yüksek olması

membranlardan daha kolay geçmesini sağlar

►Oksijen akciğerlerdeki alveollerden, difüzyon ile kana

geçer. Kandan da oksijen yoğunluğunun düşük olduğu

hücrelere geçer.

► Hücre solunumu sonucunda oluşan CO2 difüzyon ile

kana geçer. Kandan yine difüzyon ile CO2alveollere

geçer soluk verme ile buradan dışarı atılır.

► Parçalanan besinlerden bazıları difüzyon ile ince

bağırsaktan emilerek kana geçer.

osmoz; suyun difüzyonu► su, polar bir molekül olmasına rağmen hücre zarından hızla difüze

olur

► geçiş iki taraf arası osmolarite farkına göredir

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

osmotik basınç

bir solüsyonun osmotik basıncı = “saf su ile yanyana

konduğunda, su difüzyonunu önleyebilmek için

uygulanması gereken basınç”

osmotik basıncı arttıkça osmolarite de artar, su

konsantrasyonu düşer

izotonik solüsyon = membrandan geçebilen mevcut madde konsantrasyonuna

bakılmaksızın, 300 mOsm/l geçemeyen madde içeren solüsyon

hipertonik solüsyon = Membrandan geçebilen mevcut madde

konsantrasyonuna bakılmaksızın, 300 mOsm/l’den fazla geçemeyen madde

içeren solüsyon

hipotonik solüsyon = membrandan geçebilen mevcut madde

konsantrasyonuna bakılmaksızın, 300 mOsm/l’den daha az geçemeyen

madde içeren solüsyon

Hücrenin çevresi ile seçimli madde alışverişi yapması, gereksinim duyulan

maddelerin kolaylıkla içeriye alınması, reaksiyonlar sonucu artık ürünlerin

dışarıya atılması hücre zarları aracılığı ile gerçekleşir. Biyoelektrik olaylarda

hücre zarlarının bir fonksiyonudur.

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

DİFÜZYONFick 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 birMolekül, hızı ile orantılı ve zıt yönlü

F=-fv sürtünme kuvveti etkisinde kalır

f:sürtünme katsayısı, taneciğin iriliğine, biçimine, ortamın viskosluğunabağlıdır.

F= -6πηav ―› Stokes yasası f=6πηa

η: viskosluk katsayısıa: yarıçap

Fick yasası ile maddenin kinetik teorisi sonuçlarının karşılaştırılmasından, D ile f arasında

D= kT/f yazılabilir

Difüzyon olayının temelinde moleküllerin gelişigüzel hareketleri yatmaktadır. Bir molekül için gelişigüzel haraket sonrasında ortalamayer değiştirme

x2= 2 kT/f .t = 2Dtx2+y2= 4Dtx2+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 çözel-tinin osmotik basıncı denir.

П = i c R T T: mutlak sıcaklıkR: 8,3145 J/K .mol genel gaz sbti: çözünenin bir molekülünün

çözeltiye verdiği tanecik sayısı

TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR

1. Fick YasasıDifüzyon akı yoğunluğu, konsantrasyon gradienti ile doğru orantılıdır.

dx

dcJ = -D

J(mol/m2s) : Difüzyon akı yoğunluğu

TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR

2. Nernst Denge DenklemiBir 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.

Cidış

lnRT

E=F Ci

iç

R = 8.3143 J K-1 mol-1

T = 37 0C = 310 0K

F = 96500 Cmol-1= 0.0267 Volt

RT

F

ECl- = -90 mV

EK+ = -98 mV

ENa+ = +66 mV

TRANSPORT ĠLE ĠLGĠLĠ YASALAR

3. Gibbs-Donnan DengesiNernst Denge Denkleminin özel bir durumudur. Ortamlardan

birisinde membranı kesinlikle geçemeyecek bir maddenin

bulunması halinde, iki iyon arasındaki dengenin sağlanabilmesi için

gerekli iç ve dış konsantrasyonları hesaplamak için kullanılır.

[Cl-]dış

=

[K+]iç

[K+]dış [Cl-]iç

FİCK Kanunu : (geçiş hızı)

Difüzyon Hızı :

D : Difüzyon sabiti

A : Membran alanı

K : Partisyon katsayısı

Delta x : Membran kalınlığı

Difüzyon Hızı :

D.A.K. ( Cdış – Ciç )

Delta X

D.A.K. C dış

Membran kalınlığı

OSMOS ve OSMOTĠK BASINÇ

2. Osmoz Suyun difüzyonudur. Yani suyun çok

olduğu yerden (yoğunluk az) suyun az

olduğu (yoğunluk çok) yere suyun geçişidir.

Özellikleri

Su, çok olduğu yerden az olduğu yere

geçer.

Su porlardan küçüktür.

Enerji harcanmaz.

Enzimler kullanılmaz.

Denge sağlanınca durur.

Konsantrasyon Gradienti = ++++++Hidrostatik Basınç Farkı = 0

Konsantrasyon Gradienti = +++++Hidrostatik Basınç Farkı = +

Konsantrasyon Gradienti = ++++Hidrostatik Basınç Farkı = ++

Konsantrasyon Gradienti = +++Hidrostatik Basınç Farkı = +++

Farklı iki çözeltiyi ayıran yarı geçirgen bir zardan suyun geçmesine

karşın, bir takım iyon vb. maddelerin geçememesi, difüzyonun özel bir

durumudur ve OSMOS olarak adlandırılır.

Osmotik Basınç

Hücre yoğunluğundan dolayı, hücre dışındaki

suyun hücreye girmek için dışardan zarlara

yaptığı basınçtır.

Yoğunluk arttıkça osmotik basınç artar.

Osmozla Ġlgili Deneyler

Bir hücre kendisinden daha yoğun bir ortama konursa, su

kaybederek büzüşür. Buna, Plazmoliz denir.

Bir Hücrenin Çok Yoğun Ortama (Hipertonik) Konması

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

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

• Denge Na-K ATPase pompası tarafından devam ettirilir

düşük [solüt] yüksek [solüt]

osmotikbasınç

H2O H2O

H2O

H2O

gerilir büzülür

Osmotik dengenin sürekliliği

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.

İlkeleri

• Büyüklük

• Konsantrasyon farklılıkları

• Lipid içerisinde çözünebilme

• Elektriksel yük

Hücre zarında taşınma

• Lipid çift tabakası pratik olarak suda çözünen moleküllere karşı

(hydrophilic/lipophobic) impermeabeldır.

• Hücrelerin suda çözünmüş besinlerin girişine (şekerler, amino

asitler, vs), son ürünlerin atılmasına ve iyon konsantrasyonlarının

kontrol edilmesine (H+, Na+, K+, Ca2+, vs) ihtiyaçları vardır

• Membran transport proteinleri spesifik moleküllerin giriş çıkışını

sağlarlar (örn Na+ - K+ değil, glukoz – fruktoz değil)

• Her bir tip membran hücreye veya organellere girip çıkacak

solütlerin miktarını ayarlayan karakteristik transport proteinlerini

bulundurur

protein-free suni lipid çift tabaka

Hücre membranı

Membran transportu

I.BASİT DİFÜZYON : 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.)

MEMBRANDAN GEÇİŞ ŞEKİLLERİ

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

• Membran potansiyeli bütün yüklü moleküllerin (iyonlar) zardakihareketlerini etkiler

• Plazma zarının sitoplazmik tarafı, dış tarafına nazaran genelliklenegatif potansiyele sahiptir

• Elektrostatik kuvvet katyonları hücre içine ve anyonları hücredışına iter

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

• (a) Transmembran konsantrasyon gradyanı (kimyasal potansiyel)

• (b) Transmembran potansiyel farkı (Membran potansiyeli)

• Net etkili kuvvet = Elektrokimyasal gradyan

Elektrokimyasal gradyan-1

Zar potansiyeli

yok

in

out

İç tarafı negatif zar potansiyeli

Katyon transportu iyileştirilir

İç tarafı pozitifzar potansiyeli

Katyon transportu zayıflar

Elektrokimyasal gradyan-2

Basit difüzyon

• Basit difüzyon hücre membranında iki yol izlenerek

gerçekleştirilir:

– 1- Özellikle difüze olacak madde yağda eriyorsa

çift katlı lipit tabakasının

aralıklarından,

– 2- Taşıyıcı proteinlerin su dolu kanallarından.

Lipitte eriyen maddelerin difüzyonu

• Lipitte eriyen maddelerin çift katlı lipit tabakadaki hızını

belirleyen en önemli faktörlerden birisi o maddenin lipitteki

eriyebilirliğidir.

• Örneğin oksijen, karbondioksit, azot ve alkolün lipitte

çözünürlüğü yüksektir.

• Bütün bu maddeler çift katlı lipit tabakada

doğrudan çözünürler ve sudaki çözeltilerinde

olduğu gibi difüzyona uğrarlar.

• Bu nedenle özellikle oksijen hücrelere bu şekilde

kolaylıkla, sanki hücre zarı hiç yokmuş gibi

iletilir.

Moleküllerin membranı geçebilirlikleri, büyüklüklerine

ve yağda çözünürlüklerine bağlıdır

Su, molekül ve iyonlar ancak çift tabakanın hidrofobik

iç kısmından diffüze olarak geçebilirler

İyonlar, şeker ve aminoasitler gibi polar moleküller

membranı çok yavaş geçerler

!! Bunun için hücre zarında taşıyıcı proteinler yer alır

Basit diffüzyon Solütler, yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona

kendi kinetik hareketleri ile diffüze olurlar. Yön,

konsantrasyon gradyanı tarafından belirlenir (yokuş aşağı).

Fosfolipit tabakanın hidrofobik olan ara bölgesi pekçok

solüt ve iyonun basit düffüzyonuna engel olur.

Alkol, eter

Amino asitler, gliserol, yağ asitleri, inorganik tuzlar, asit ve bazların iyonları, disakkaritler (sakkaroz, maltoz, laktoz)Protein, polisakkaritler, fosfolipitler

Maddelerin diffüzyon dereceleri

Hücre membranındaki difüzyon olayı basit

difüzyon ve kolaylastırılmıs difüzyon diye

iki alt gruba ayrılır.

Suyun difüzyonu

• Su molekülleri lipitte erimedigi halde protein kanallarından her iki yönde

de kolaylıkla geçerler.

• Öyleki alyuvar membranında saniyede difüzyona uğrayan suyun toplam

miktarı alyuvar hacminin yaklaşık 100 katıdır.

• Lipitte erimeyen öteki moleküller eğer yeteri kadar küçük iseler su

molekülleri gibi protein kanallarından geçebilirler.

• Molekül büyüklüğü arttıkça geçis hızı da yavaşlar.

• Protein kanalları genellikle belirli maddelere karsı seçici geçirgendirler

ve kanalların çoğu kapılarla açılıp kapanırlar.

Kolaylaştırılmış Difüzyon:

• Kolaylaştırılmış difüzyona aynı zamanda tasıyıcı-

aracılığı ile difüzyon da denir.

• Çünkü bir maddenin bu şekilde taşınması özel taşıyıcı

bir protein yardımı olmaksızın gerçekleşmez.

• Glikoz ve amino asitler yağda erimezler ve bu yolla

hücre içine taşınırlar.

Kolaylastırılmıs Difüzyon-I

• Örneğin amino asit taşınmasını bu yolla

açıklamak istersek, hücre içine girmesi gereken

molekül zarda bulunan özel taşıyıcı proteine

geçici olarak bağlanır ve lipitte eriyebilen yeni bir

bileşik oluşur.

• Aminoasit-tasıyıcı protein kompleksi plazma

membranını geçer ve amino asit sitoplazmaya

bırakılır. •

Gerektiğinde taşıyıcı protein diğer amino asitler

içinde taşıyıcılık görevi yürütebilir.

• Bu olayda ATP formundaki hücre enerjisi kullanılmaz,

yalnızca tasıyıcı proteinlerin iç yapıları degisir.

• Glikoz da 45000 molekül agırlıgındaki bir tasıyıcı

protein aracılıgı ile hücre içine alınır ve insülin hormonu

glikozun kolaylaştırılmış difüzyonunu 10-20 kat

artırabilir.

Difüzyon hızı hangi faktörlere

baglıdır ?

• Gaz yada sıvı oluslarına,

– gazlar daha hızlıdır.

• Isı,

– ısı arttıkça difüzyon artar.

• Moleküllerin büyüklügü,

– küçük daha hızlı.

• Difüzyon alanı,

– alan arttıkça hız da artar.

• Membran kalınlıgı

– difüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız

azalır.

Ozmoz (Osmos-Geçisme)-Su geçisi

• Moleküller ve iyonlar devamlı hareket ederler, bu

moleküllerin ve iyonların birbirlerine ve bulundukları kabın

çeperine çarpmalarından osmotik basınç meydana gelir.

• Yarı geçirgen bir zarla ayrılmış bir ortamda suyun

osmotik basıncın yüksek olduğu taraftan, düşük olan

tarafa doğru bir geçme eğilimi vardır.

• Geçis çok yoğun ortamdan, az yoğun ortama doğru olur

ve suyun basıncı zarın her iki tarafında eşitlenince durur,

bu olaya ozmoz denir.

izotonik

• Canlı hücrelerin, kendi hücre içi yoğunlukları, içinde

bulundukları çözeltinin (solüsyonun) yoğunluğuna eşit

olduğu zaman (izotonik-isotonic) su molekülü

konsantrasyonu da eşittir, böylece su molekülleri hücreden

içeri ve dışarı aynı oranda hareket ederler, su moleküllerinin

net hareket sürekliliği sıfırdır.

• Vücut sıvıları izotonik sıvılardır.

Hipertonik

• Hücreler kendi yoğunluklarından, daha

yoğun bir çözelti içinde (hipertonik-hypertonic)

bulundukları zaman , su hücreden ayrılır ve hücrenin

büzülmesine, kurumasına ve belki de ölümüne yol açar.

Hipotonik

• Hücreler, kendi yoğunluklarından, daha az yogun bir çözelti

içinde bulundukları zaman (hipotonik-hypotonic) hücre bu

solüsyon üzerinde osmotik basınç yapar ve su hücre içine

doğru hareket eder.

• Hücre içine giren su onun şişmesine, büyümesine belki de

patlamasına yol açar.

Filtrasyon (Filtration)

► Bir membranın iki yüzü arasındaki hidrostatik basınç farkı

nedeniyle, basıncın yüksek olduğu taraftan az olduğu tarafa

doğru sıvı ve beraberinde erimiş küçük moleküllerin

geçisine filtrasyon (süzülme) denir.

► Vücutta filtrasyona örnek kapillerlerdeki ve böreklerdeki

taşıma olayları gösterilebilir.

► Kapillerlerdeki olay basınç farkı nedeniyle su ve suda

erimis partiküllerin damar dışına çıkısıdır (dokulararası

sıvıya geçisidir).

► Filtrasyonda proteinler gibi büyük moleküller damar

dışına geçemez.

Molekül ne kadar küçükse katman

arasından o kadar hızlı diffüze olur

Molekül su ile ne kadar zayıf bağlanırsa

çift katmandan o kadar hızlı diffüze olur

Lipitlerde eriyebilirliği, moleküler

büyüklüğü, yükü.

Isı, zarın yüzey alanı, kalınlığı.....

Diffüzyonu etkileyen faktörler

Difüzyon hızı hangi faktörlere baglıdır ?

• Gaz yada sıvı oluslarına,

– gazlar daha hızlıdır.

• Isı,

– ısı arttıkça difüzyon artar.

• Moleküllerin büyüklügü,

– küçük daha hızlı.

• Difüzyon alanı,

– alan arttıkça hız da artar.

• Membran kalınlıgı

– difüzyon mesafesi, mesafe arttıkça hız azalır.

KOLAYLAġTIRILMIġ DĠFÜZYON

Permeaz adı verilen proteinlerce gerçekleĢtirilen taĢıma

tipidir.

Herbir permeaz sadece bir iyon veya bir molekülü geçirir.

Herbir taĢıyıcı protein, taĢıyıcı solutun tutunacağı, özel bir

bölge ihtiva eder.

solütdurum

Adurum

B

Dış taraf

İç taraf

solüt bağlantıyeri

taşıyıcıprotein

Konsantrasyon gradyanı

lipidkatmanı

örn memeli KC hücreleri glukoz taşıyıcısı

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

Kolaylaştırılmış diffüzyon (Çoğu doku hücrelerinde glukoz ve amino asit taşınımı)

DeğiĢmeli difüzyon; TaĢıyıcı ile meydana gelir. Alınan ve

atılan molekül veya iyon miktarları birbirine

eĢittir.??????

Her taĢıyıcı bir taraftan diğer tarafa hareket ederken

yüklenmektedir demektedir. Ġyonik hareketler nötraldir-

yani birebir aynı tür iyon değiĢimi olur. Metabolik

zehirlerden etkilenmediğinden, metabolik enerji değil,

kinetik enerjinin kullanıldığı kabul edilmektedir.

Dizi halinde difüzyon;

Pasif ve Elektro difüzyon

Dizi halinde difüzyon; Hücre zarında 8A0 çapında

ve birbirinden belirli aralıklarla ayrılmıĢ porlar vardır.

Porlardan maddenin difüzyon süreciyle geçiĢinde,

genel fifüzyon kurallarıyla birlikte 3 etki daha rol

oynar.

1- Porun çapı, geçecek olan maddenin çapı porun

çapından küçük olmalıdır,

2-Geçmekte olan maddelerin elektrik yükü,

3- Porun geçirgenliğini değiĢtiren etkiler. Örn;Hücre

dıĢında Ca’un artması-geçirgenliğin azalmasına

Pasif ve Elektro Difüzyon;

Ġç yapısından ötürü her biyolojik hücre zarı, molekül ve

Ġyonların içlerinden geçmesine karĢın bir miktar direnç

gösterir.

Üç tip taşıyıcı

•Uniport: Tek bir molekülün taşınması

•Symport: İki farklı molekülü aynı yönde taşır

•Antiport: İki farklı molekülü farklı yönlerde taşır

KKolaylaĢtırılmıĢ 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.

Iyon Intrasellüler Ekstrasellüler

Na+ 5-15 mM 145 mMK+ 140 mM 5 mMMg2+ 0.5 mM 1-2 mMCa2+ 10-7 mM 1-2 mMH+ 10-7.2 M (pH 7.2) 10-7.4 M (pH 7.4)

Cl- 5-15 mM 110 mMsabit anyonlar yüksek 0 mM

[intrasellüler] ortam [ekstraselluler] ortamdan çok farklıdır

katyonlar (+yüklü türler) anyonlarla dengelenir (- yüklü)

Intrasellüler ve ekstrasellüler iyon konsantrasyonları

• Zar etrafındaki konsantrasyon gradyanı passifdiffüzyonun yönünü ve oranını belirler.

• Moleküller yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye hareket ederler (“yokuş aşağı” transport)

• Basit diffüzyon: moleküller lipid çift tabakasını rahatça geçerler

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

Özet- Pasif transport-1

lipid katmanı

basitdiffüzyon

kanal-aracılı

taşıyıcıaracılı

pasif transport aktif transport

taşıyıcıprotein

konsantrasyongradyanı

Taşınacak madde

Özet-Pasif transport-2

(Basitleştirilmiş diffüzyon)

Küçük moleküllerin ve iyonların hücre zarında taşınması

Pasif taşımaAktif 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 olarakHücre 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 :

Partisyon Katsayısı x 100 : %’de Partisyon Katsayısı

Maddenin iyonizasyon derecesi çok önemlidir. Ne kadar

noniyonize ise, lipid çözünürlüğü o kadar fazladır ve

membranları kolaylıkla geçer. İyonize madde ise, zor geçer

(lipidde az çözünür). Bu ilişkiyi inceleyen pH partisyon teorisi

vardır. Bir madde hangi pasajda ne kadar noniyonize formda ise

en fazla oradan emilir.

Lipid çözünür Nonpolar Noniyonik Partisyon Katsayısı

yüksek ise membranları kolay geçer.

Yağda çözünürlük

Suda çözünürlük

C (yağ)

C (su)