Hücre Zarı

Yapı ve işlev farklılıklarına rağmen, çok hücreli organizmalarda yaşayan tüm hücrelerin etrafını saran bir hücre zarı vardır. Cildinizin dış tabakasının vücudunuzu çevresinden ayırdığı gibi, hücre zarı da (plazma zarı olarak da bilinir) bir hücrenin iç içeriğini dış çevresinden ayırır. Bu hücre zarı, hücrenin etrafında koruyucu bir bariyer sağlar ve hangi maddelerin içeri veya dışarı geçebileceğini düzenler.

Hücre Zarının Yapısı ve Bileşimi

Hücre zarı, temel olarak arka arkaya yerleşmiş fosfolipitlerden oluşan (bir "çift tabaka" olarak adlandırılan) son derece esnek bir yapıdır. Zarın akışkanlığına katkıda bulunan kolesterol de mevcuttur ve zarın içine gömülü çeşitli işlevlere sahip çeşitli proteinler vardır.

Tek bir fosfolipid molekülünün bir ucunda "baş" olarak adlandırılan bir fosfat grubu ve lipid kuyruklarını oluşturan yan yana iki yağ asidi zinciri bulunur (aşağıdaki şekil). Fosfat grubu negatif yüklüdür, bu da başı polar ve hidrofilik, yani "su sever" yapar. Hidrofilik bir molekül (veya bir molekülün bir bölgesi) su tarafından çekilir. Fosfat başları böylece hem hücre dışı hem de hücre içi ortamlardaki su moleküllerine çekilir. Öte yandan yağ kuyrukları yüksüz ya da kutupsuzdur ve hidrofobik ya da "sudan korkan" yapıdadır. Hidrofobik bir molekül (veya bir molekülün bir bölgesi) suyu iter ve su tarafından itilir. Bazı yağ kuyrukları doymuş yağ asitlerinden oluşurken bazıları doymamış yağ asitleri içerir. Bu terkip, sürekli hareket halinde olan kuyrukların akışkanlığına katkıda bulunur. Fosfolipidler bu nedenle amfipatik moleküllerdir. Amfipatik bir molekül, hem hidrofilik hem de hidrofobik bir bölge içeren bir moleküldür. Mesela sabun, amfipatik özelliklere sahip olduğu için yağ ve gres lekelerini çıkarmada işe yarar. Hidrofilik kısım suda çözünebilirken, hidrofobik kısım gresi misellerde hapsedebilir ve daha sonra yıkanarak uzaklaştırılabilir.


Fosfolipid Yapısı Bir fosfolipid molekülü, hidrofilik olan polar bir fosfat "baş" ve hidrofobik olan polar olmayan bir lipid "kuyruk"tan oluşur. Doymamış yağ asitleri hidrofobik kuyruklarda bükülmelere neden olur.

Hücre zarı birbirine bitişik iki fosfolipid tabakasından oluşur. Bir katmanın lipit kuyrukları diğer katmanın lipit kuyruklarına bakar ve iki katmanın ara yüzeyinde buluşur. Fosfolipid başları dışa bakar, bir tabaka hücrenin içine, bir tabaka da dışa bakar (aşağıdaki şekil). Fosfat grupları kutuplu ve hidrofilik olduğundan, hücre içi sıvısındaki suya çekilirler. Hücre içi sıvı (ICF) hücrenin içindeki sıvıdır. Öbür fosfat grupları da ekstraselüler sıvıya çekilir. Ekstraselüler sıvı (ECF), hücre zarının çevrelediği alanın dışındaki sıvı ortamdır. İnterstisyel sıvı (IF), kan damarları içinde bulunmayan hücre dışı sıvıya verilen addır. Yağ kuyrukları su sevmeyen olduğundan, zarın iç bölgesinde buluşurlar ve sulu hücre içi ve hücre dışı sıvıyı bu alandan dışlarlar. Hücre zarında birçok proteinin yanı sıra fosfolipid çift tabaka ile ilişkili diğer yağlar (kolesterol gibi) bulunur. Zarın önemli bir özelliği akışkan kalmasıdır; hücre zarındaki lipidler ve proteinler yerlerinde katı bir şekilde kilitli değildir.


Fosfolipid Çift Tabaka Fosfolipid çift tabaka, kuyruk kuyruğa dizilmiş iki bitişik fosfolipid tabakasından oluşur. Hidrofobik kuyruklar birbirleriyle birleşerek zarın iç kısmını oluşturur. Polar başlıklar hücrenin içindeki ve dışındaki sıvıyla temas eder.

Zar Proteinleri

Yağ çift tabakası hücre zarının temelini oluşturur, ayrıca çeşitli proteinlerle doludur. Hücre zarı ile yaygın olarak ilişkili olan iki farklı protein türü integral proteinler ve periferal proteinlerdir (aşağıdaki şekil). Adından da anlaşılacağı gibi, integral protein zara gömülü bir proteindir. Bir kanal proteini, belirli iyonlar gibi belirli maddelerin hücre içine veya dışına geçmesine seçici olarak izin veren bir integral protein örneğidir.


Hücre Zarı Hücrenin hücre zarı, proteinler ve kolesterol de dahil olmak üzere birçok farklı moleküler bileşen içeren bir fosfolipid çift tabakadır ve bazılarına karbonhidrat grupları eklenmiştir.

İntegral proteinlerin bir başka önemli grubu da hücre tanıma proteinleridir; bunlar bir hücrenin kimliğini işaretleyerek diğer hücreler tarafından tanınmasını sağlar. Bir reseptör, hücre dışındaki belirli bir molekülü seçici olarak bağlayabilen bir tür tanıma proteinidir ve bu bağlanma hücre içinde kimyasal bir reaksiyona neden olur. Bir ligand, bir reseptöre bağlanan ve onu etkinleştiren özel bir moleküldür. Bazı integral proteinler hem reseptör hem de iyon kanalı olarak ikili rol oynar. Reseptör-ligand etkileşimine bir örnek, sinir hücreleri üzerinde bulunan ve dopamin gibi nörotransmitterleri bağlayan reseptörlerdir. Bir dopamin molekülü bir dopamin reseptör proteinine bağlandığında, transmembran proteini içindeki bir kanal açılarak belirli iyonların hücre içine akmasına izin verir.

Bazı integral zar proteinleri glikoproteinlerdir. Bir glikoprotein, hücre dışı matrikse uzanan karbonhidrat moleküllerine sahip bir proteindir. Glikoproteinler üzerindeki karbonhidrat etiketleri hücrelerin tanınmasına yardımcı olur. Zar proteinlerinden ve hatta bazı zar yağlarından uzanan karbonhidratlar topluca glikokaliksi oluşturur. Glikokaliks, hücre zarına bağlı glikoproteinler ve diğer karbonhidratlardan oluşan, hücre etrafında bulanık görünümlü bir kaplamadır. Glikokaliks çeşitli görevlere sahip olabilir. Örneğin, hücrenin başka bir hücreye bağlanmasını sağlayan moleküllere sahip olabilir, hormonlar için reseptörler içerebilir veya besinleri parçalamak için enzimlere sahip olabilir. Bir kişinin vücudunda bulunan glikokalitler, o kişinin genetik yapısının ürünleridir. Bireyin trilyonlarca hücresinin her birine, kişinin bedenine ait olma "kimliğini" verirler. Bu kimlik, bir kişinin bağışıklık savunma hücrelerinin kişinin kendi vücut hücrelerine saldırmaması gerektiğini "bilmesinin" birincil yoludur, ancak aynı zamanda başka bir kişi tarafından bağışlanan organların reddedilme nedenidir.

Periferik proteinler tipik olarak yağ çift tabakasının iç veya dış yüzeyinde bulunur ancak integral bir proteinin iç veya dış yüzeyine de bağlanabilir. Bu proteinler tipik olarak hücre için belirli bir işlevi yerine getirir. Örneğin bağırsak hücrelerinin yüzeyindeki bazı periferik proteinler, besinleri hücrelerden kan dolaşımına geçebilecek boyutlara parçalamak için sindirim enzimleri olarak işlev görür.

Hücre Zarı Boyunca Taşıma

Hücre zarının en büyük mucizelerinden biri, hücre içindeki maddelerin yoğunluğunu düzenleme yeteneğidir. Bu maddeler arasında Ca++, Na+, K+ ve Cl- gibi iyonlar; şekerler, yağ asitleri ve amino asitler gibi besinler ve hücreyi terk etmesi gereken karbondioksit (CO2) başta olmak üzere atık ürünler yer alır.

Zarın yağ çift tabakalı yapısı ilk kontrol seviyesini sağlar. Fosfolipidler sıkıca bir araya toplanmıştır ve zarın hidrofobik bir iç kısmı vardır. Bu yapı, zarın seçici olarak geçirgen olmasına neden olur. Seçici geçirgenliğe sahip bir zar, yalnızca belirli kriterleri karşılayan maddelerin, içinden yardım almadan geçmesine izin verir. Hücre zarı söz konusu olduğunda, sadece nispeten küçük, polar olmayan maddeler lipid çift tabakası boyunca hareket edebilir (zarın yağ kuyruklarının kutupsuz olduğunu unutmayın). Bunların bazı örnekleri diğer yağlar, oksijen ve karbondioksit gazları ve alkoldür. Ancak glikoz, amino asitler ve elektrolitler gibi suda çözünen maddeler, fosfolipid çift tabakanın hidrofobik kuyrukları tarafından itildikleri için membranı geçmek için biraz yardıma ihtiyaç duyarlar. Zardan geçen tüm maddeler bunu, enerji gerekip gerekmediğine göre kategorize edilen iki genel yöntemden biriyle yapar. Pasif taşıma, hücresel enerji harcanmadan maddelerin zar boyunca hareket etmesidir. Buna karşılık aktif taşıma, adenozin trifosfattan (ATP) gelen enerjiyi kullanarak maddelerin zar boyunca hareket etmesidir.

Pasif Taşıma

Maddelerin bir hücre zarı boyunca pasif olarak nasıl hareket ettiğini anlamak için derişim gradyanlarını ve difüzyonu anlamak gerekir. Derişim gradyanı, bir boşluk boyunca bir maddenin derişimindeki farktır. Moleküller (veya iyonlar) daha yoğun oldukları yerden daha az yoğun oldukları yere doğru, o boşlukta eşit olarak dağılana kadar yayılacak/difüze olacaktır. (Moleküller bu şekilde hareket ettiklerinde, derişim gradyanında aşağı doğru hareket ettikleri söylenir). Difüzyon, parçacıkların daha yüksek derişimli bir alandan daha düşük derişimli bir alana doğru hareket etmesidir. Birkaç yaygın örnek bu kavramı açıklamaya yardımcı olacaktır. Kapalı bir banyonun içinde olduğunuzu düşünün. Eğer bir şişe parfüm sıkılırsa, koku molekülleri doğal olarak şişeyi bıraktıkları noktadan banyonun her köşesine yayılacak ve bu yayılma, derişim gradyanı kalmayana kadar devam edecektir. Bir başka örnek de bir fincan çaya konulan bir kaşık şekerdir. Sonunda şeker, derişim gradyanı kalmayana kadar çay boyunca yayılacaktır. Her iki durumda da, oda daha sıcaksa veya çay daha sıcaksa, moleküller birbirine çarpıp daha soğuk sıcaklıklara göre daha hızlı yayıldığından difüzyon daha da hızlı gerçekleşir. Vücut iç sıcaklığının 98,6°F civarında olması, parçacıkların vücut içinde difüzyonuna da yardımcı olur.

İNTERAKTİF BAĞLANTI
Difüzyonu ve çözeltideki moleküllerin kinetik enerjisi tarafından nasıl itildiğini görmek için bu bağlantıyı ziyaret edin. Sıcaklık difüzyon hızını nasıl etkiler ve neden?

Bir madde, hücre zarları gibi yarı geçirgen bir zarın bir tarafında daha yüksek derişimde bulunduğunda, derişim gradyanını zar boyunca aşağı doğru hareket ettirebilen herhangi bir madde bu difüzyonu yapacaktır. Oksijen (O2) ve CO2 gazları gibi hücre zarının yağ çift katmanından kolayca difüze olabilen maddeleri düşünün. O2 genellikle hücrelerin dışında daha yoğun olduğu için hücrelerin içine difüze olur ve CO2 tipik olarak hücrelerin içinde daha yoğun olduğu için hücrelerin dışına difüze olur. Bu örneklerin hiçbiri hücre açısından herhangi bir enerji gerektirmez ve bu nedenle zar boyunca hareket etmek için pasif taşıma kullanırlar.

Devam etmeden önce, bir hücre zarı boyunca difüze olabilen gazları gözden geçirmeniz gerekir. Hücreler metabolizma sırasında oksijeni hızla tükettiğinden, tipik olarak hücre içinde dışarıdan daha düşük bir O2 konsantrasyonu vardır. Sonuç olarak, oksijen interstisyel sıvıdan doğrudan membranın lipid çift katmanından geçerek hücre içindeki sitoplazmaya difüze olacaktır. Öte yandan, hücreler metabolizmanın bir yan ürünü olarak CO2 ürettiğinden, CO2 konsantrasyonları sitoplazma içinde yükselir; bu nedenle, CO2 hücreden yağ çift tabakası yoluyla ve derişiminin daha düşük olduğu interstisyel sıvıya hareket edecektir. Moleküllerin bir hücre zarı boyunca daha yoğun oldukları taraftan daha az yoğun oldukları tarafa doğru hareket ettikleri bu mekanizma, basit difüzyon adı verilen bir pasif taşıma şeklidir (aşağıdaki şekil).


Hücre (Plazma) Zarı Boyunca Basit Difüzyon Lipid çift tabakasının yapısı, oksijen ve karbondioksit gibi küçük, yüksüz maddelerin ve lipidler gibi hidrofobik moleküllerin basit difüzyon yoluyla konsantrasyon gradyanlarından aşağıya doğru hücre zarından geçmesine izin verir.

Hidrofilik olan büyük kutuplu veya iyonik moleküller fosfolipid çift tabakayı kolayca geçemez. Su gibi çok küçük kutuplu moleküller, küçük boyutları nedeniyle basit difüzyon yoluyla geçebilir. Yüklü atomlar veya herhangi bir boyuttaki yüklü moleküller basit difüzyon yoluyla hücre zarını geçemez, çünkü yükler fosfolipid çift tabakanın iç kısmındaki hidrofobik kuyruklar tarafından itilir. Hücre zarının her iki tarafında suda çözünmüş olan solütler derişim gradyanlarından aşağıya doğru yayılma eğiliminde olacaktır, ancak çoğu madde hücre zarının yağ çift tabakasından serbestçe geçemediği için hareketleri protein kanalları ve zardaki özel taşıma mekanizmalarıyla sınırlıdır. Kolaylaştırılmış difüzyon, boyutları, yükleri ve/veya kutuplulukları nedeniyle yağ çift tabakasını geçemeyen maddeler için kullanılan difüzyon sürecidir (aşağıdaki şekil). Kolaylaştırılmış difüzyonun yaygın bir örneği, glikozun ATP yapmak için kullanıldığı hücre içine hareketidir. Glikoz bir hücrenin dışında daha yoğun olabilse de, hem büyük hem de kutuplu olduğu için basit difüzyon yoluyla yağ çift katmanını geçemez. Bunu çözmek için, glikoz taşıyıcı adı verilen özel bir taşıyıcı protein, glikoz moleküllerini hücre içine aktararak içe doğru difüzyonunu kolaylaştıracaktır.


Kolaylaştırılmış Difüzyon (a) Hücre (plazma) zarını geçen maddelerin kolaylaştırılmış difüzyonu, kanal proteinleri ve taşıyıcı proteinler gibi proteinlerin yardımıyla gerçekleşir. Kanal proteinleri taşıyıcı proteinlere göre daha az seçicidir ve genellikle yükleri arasında boyut ve yüke göre hafif bir ayrım yaparlar. (b) Taşıyıcı proteinler daha seçicidir, genellikle sadece belirli bir molekül türünün geçmesine izin verirler.

Örnek olarak, sodyum iyonları (Na+) hücrelerin dışında yüksek oranda yoğunlaşmış olsa da, bu elektrolitler yüklüdür ve zarın kutupsuz yağ çift tabakasından geçemezler. Difüzyonları, sodyum kanalları (veya "gözenekler") oluşturan membran proteinleri tarafından kolaylaştırılır, böylece Na+ iyonları derişim gradyanında hücre dışından hücre içine doğru hareket edebilir. Amino asitler gibi bir hücreye girmek veya atıklar gibi bir hücreden çıkmak için kolaylaştırılmış difüzyondan geçmesi gereken başka birçok çözünen madde vardır. Kolaylaştırılmış difüzyon pasif bir süreç olduğu için hücre tarafından enerji harcanmasını gerektirmez.

Su ayrıca protein kanalları aracılığıyla ya da zarın yağ kuyrukları arasında kayarak tüm hücrelerin hücre zarı boyunca serbestçe hareket edebilir. Osmoz, suyun yarı geçirgen bir zardan difüzyonudur (aşağıdaki şekil).


Osmoz Osmoz, suyun yarı geçirgen bir membrandan konsantrasyon gradyanı boyunca difüzyonudur. Eğer bir membran bir çözünen maddeye değil de suya karşı geçirgen ise, su daha düşük su konsantrasyonu tarafına (ve dolayısıyla daha yüksek çözünen madde konsantrasyonu tarafına) difüze olarak kendi konsantrasyonunu eşitleyecektir. Soldaki beherde, membranın sağ tarafındaki çözelti hipertoniktir.

Su moleküllerinin hareketi bazı hücreler tarafından düzenlenmez, bu nedenle bu hücrelerin hücre dışındaki (hücre dışı sıvıda) çözünen madde derişiminin hücre içindeki (sitoplazmada) çözünen madde derişimine eşit olduğu bir ortama maruz kalmaları önemlidir. Aynı çözünen madde derişimine sahip iki çözeltinin izotonik (eşit gerilimli) olduğu söylenir. Hücreler ve hücre dışı ortamları izotonik olduğunda, su moleküllerinin derişimi hücrelerin dışında ve içinde aynıdır ve hücreler normal şekillerini (ve işlevlerini) korurlar.

Osmoz, bir hücrenin dışındaki çözünen maddeler ile hücrenin içindeki çözünen maddeler arasında bir dengesizlik olduğunda meydana gelir. Başka bir çözeltiden daha yüksek çözünen madde derişimine sahip bir çözeltinin hipertonik olduğu söylenir ve su molekülleri hipertonik bir çözeltiye difüze olma eğilimindedir (aşağıdaki şekil). Hipertonik bir çözelti içindeki hücreler, su ozmoz yoluyla hücreyi terk ettikçe büzüşecektir. Buna karşılık, başka bir çözeltiden daha düşük çözünen madde derişimine sahip bir çözeltinin hipotonik olduğu söylenir ve su molekülleri hipotonik bir çözeltiden dışarı yayılma eğilimindedir. Hipotonik bir çözeltideki hücreler çok fazla su alacak ve şişerek sonunda patlama riski taşıyacaktır. Canlılarda homeostazın kritik bir yönü, vücudun tüm hücrelerinin izotonik bir çözelti içinde olduğu bir iç ortam yaratmaktır. Başta böbrekler olmak üzere çeşitli organ sistemleri bu homeostazı korumak için çalışır.


Çözeltilerin Konsantrasyonu Hipertonik bir çözelti, başka bir çözeltiden daha yüksek bir çözünen madde konsantrasyonuna sahiptir. İzotonik bir çözeltinin çözünen madde konsantrasyonu başka bir çözeltiye eşittir. Hipotonik bir çözeltinin çözünen madde konsantrasyonu başka bir çözeltiden daha düşüktür.

Maddelerin bölmeler arasında pasif olarak taşınması için difüzyonun yanı sıra bir başka mekanizma da filtrasyondur. Bir maddenin daha derişik olduğu yerden daha az derişik olduğu yere difüzyonundan farklı olarak filtrasyon, sıvıyı ve içindeki çözünen maddeleri daha yüksek bir basınç alanından daha düşük bir basınç alanına iten hidrostatik bir basınç gradyanı kullanır. Filtrasyon vücutta son derece önemli bir süreçtir. Örneğin dolaşım sistemi, plazma ve maddeleri kılcal damarların endotelyal astarından geçirerek çevre dokulara taşımak ve hücrelere besin sağlamak için filtrasyon kullanır. Böbreklerdeki filtrasyon basıncı, atıkların kan dolaşımından uzaklaştırılması için gerekli mekanizmayı sağlar.

Aktif Taşıma

Yukarıda açıklanan tüm taşıma yöntemleri için hücre hiçbir enerji harcamaz. Maddelerin pasif olarak taşınmasına yardımcı olan membran proteinleri bunu ATP kullanmadan yapar. Aktif taşıma sırasında, bir maddeyi bir zar boyunca, genellikle protein taşıyıcıların yardımıyla ve genellikle derişim gradyanına karşı hareket ettirmek için ATP gereklidir.

En yaygın aktif taşıma türlerinden biri, pompa görevi gören proteinleri içerir. "Pompa" kelimesi muhtemelen bir bisikletin veya basketbol topunun lastiğini şişirmek için enerji kullanmayı çağrıştırıyor. Benzer şekilde, bu membran proteinlerinin maddeleri (moleküller veya iyonlar) genellikle derişim gradyanlarına karşı (düşük derişimli bir alandan yüksek derişimli bir alana) zar boyunca taşıması için ATP'den gelen enerji gereklidir.

Na+/K+ ATPaz olarak da adlandırılan sodyum-potasyum pompası, potasyumu hücre içine taşırken sodyumu hücre dışına taşır. Na+/K+ pompası birçok hücre türünün membranında bulunan önemli bir iyon pompasıdır. Bu pompalar özellikle, hücre zarları boyunca elektriksel bir gradyanı korumak için sürekli olarak sodyum iyonlarını dışarı pompalayan ve potasyum iyonlarını içeri çeken sinir hücrelerinde bol miktarda bulunur. Elektriksel gradyan, bir boşluk boyunca elektrik yükündeki bir farktır. Örneğin sinir hücreleri söz konusu olduğunda, elektriksel gradyan hücrenin içi ve dışı arasında bulunur ve iç kısım dışa göre negatif yüklüdür (yaklaşık -70 mV). Her Na+/K+ pompası, kullanılan her ATP molekülü için üç Na+ iyonunu hücre dışına ve iki K+ iyonunu hücre içine taşıdığı için negatif elektriksel gradyan korunur (aşağıdaki şekil). Bu süreç sinir hücreleri için o kadar önemlidir ki, ATP kullanımlarının çoğunu oluşturur.


Sodyum-Potasyum Pompası Sodyum-potasyum pompası birçok hücre (plazma) membranında bulunur. ATP ile çalışan pompa, sodyum ve potasyum iyonlarını her biri kendi konsantrasyon gradyanına karşı olmak üzere zıt yönlerde hareket ettirir. Pompanın tek bir döngüsünde, hücreden üç sodyum iyonu dışarı atılır ve iki potasyum iyonu hücre içine alınır.

Aktif taşıma pompaları, maddeleri zar boyunca taşımak için diğer aktif veya pasif taşıma sistemleriyle birlikte de çalışabilir. Örneğin, sodyum-potasyum pompası hücre dışında yüksek derişimde sodyum iyonu tutar. Bu nedenle, eğer hücre sodyum iyonlarına ihtiyaç duyarsa, tek yapması gereken pasif bir sodyum kanalı açmaktır, çünkü sodyum iyonlarının derişim gradyanı onları hücre içine difüze etmeye yönlendirecektir. Bu şekilde, aktif bir taşıma pompasının (sodyum-potasyum pompası) etkisi, bir derişim gradyanı oluşturarak sodyum iyonlarının pasif taşınmasını sağlar. Aktif taşıma bu şekilde başka bir maddenin taşınmasını sağladığında, buna ikincil aktif taşıma denir.

Simporterlar, iki maddeyi aynı yönde hareket ettiren ikincil aktif taşıyıcılardır. Örneğin, sodyum-glikoz ortak taşıyıcısı glikoz moleküllerini hücre içine "çekmek" için sodyum iyonlarını kullanır. Hücreler enerji için glikoz depoladığından, glikoz tipik olarak hücre içinde dışarıdan daha yüksek bir derişimdedir. Bununla birlikte, sodyum-potasyum pompasının etkisi nedeniyle, simporter açıldığında sodyum iyonları hücre içine kolayca difüze olacaktır. Sodyum iyonlarının ortak taşıyıcıdan geçmesi, glikozun ortak taşıyıcıdan geçerek derişim gradyanına karşı hücre içine hareket etmesini sağlayan enerjiyi sağlar.

Tersine, antiporterler maddeleri zıt yönlerde taşıyan ikincil aktif taşıma sistemleridir. Örneğin, sodyum-hidrojen iyonu antiporterı, hidrojen iyonlarını (H+) hücre dışına taşımak için sodyum iyonlarının içeri doğru akışından gelen enerjiyi kullanır. Sodyum-hidrojen antiporterı hücrenin iç kısmının pH değerini korumak için kullanılır.

Diğer aktif taşıma biçimleri zar taşıyıcıları içermez. Endositoz ("hücre içine alma"), bir hücrenin hücre zarının bir bölümünü sararak ve daha sonra zarın bu bölümünü sıkıştırarak materyali yutması sürecidir (aşağıdaki şekil). Bir kez sıkıştırıldığında, membranın bir kısmı ve içeriği bağımsız, hücre içi bir vezikül haline gelir. Bir vezikül, yağ çift tabakalı bir zarla sınırlanmış küresel ve içi boş bir organel olan zarımsı bir kesedir. Endositoz genellikle hücreye parçalanması veya sindirilmesi gereken materyaller getirir. Fagositoz ("hücre yiyiciliği") büyük parçacıkların endositozudur. Birçok bağışıklık hücresi, istilacı patojenlerin fagositozunu gerçekleştirir. -Küçük Pac-men'ler gibi- görevleri, istilacı bakteri hücreleri gibi istenmeyen maddeler için vücut dokularında devriye gezmek, onları fagosite etmek ve sindirmektir. Fagositozun aksine, pinositoz ("hücre içiciliği") çözünmüş maddeler içeren sıvıyı membran vezikülleri yoluyla bir hücreye getirir.


Endositozun Üç Şekli Endositoz, bir hücrenin hücre zarını kullanarak hücre dışı materyalleri sarmaladığı aktif bir taşıma şeklidir. (a) Nispeten seçici olmayan fagositozda hücre büyük bir partikülü alır. (b) Pinositozda hücre sıvı içindeki küçük partikülleri alır. (c) Bunun aksine, reseptör aracılı endositoz oldukça seçicidir. Harici reseptörler belirli bir ligandı bağladığında, hücre ligandı endositoz yoluyla yanıt verir.

Fagositoz ve pinositoz hücre dışı materyalin büyük bir kısmını alır ve getirdikleri maddeler açısından tipik olarak çok seçici değildirler. Hücreler, reseptör aracılı endositoz yoluyla belirli maddelerin endositozunu düzenler. Reseptör aracılığıyla endositoz, belirli bir maddeye özgü birçok reseptör içeren hücre zarının bir bölümü tarafından gerçekleştirilen endositozdur. Yüzey reseptörleri yeterli miktarda spesifik madde (reseptörün ligandı) bağladıktan sonra, hücre, reseptör-ligand komplekslerini içeren hücre zarının bir kısmını endositoz edecektir. Hemoglobinin gerekli bir bileşeni olan demir, kırmızı kan hücreleri tarafından bu şekilde endositoz edilir. Demir kanda transferrin adı verilen bir proteine bağlıdır. Kırmızı kan hücresi yüzeylerindeki özgün transferrin reseptörleri demir-transferrin moleküllerini bağlar ve hücre reseptör-ligand komplekslerini endositoz eder.

Endositozun aksine, ekzositoz ("hücre dışına" çıkarma) bir hücrenin veziküler taşıma kullanarak materyal ihraç etme sürecidir (aşağıdaki şeklin yukarısındaki görseli). Birçok hücre, ihraç edilmek üzere bir ürün üreten bir fabrika gibi salgılanması gereken maddeler üretir. Bu maddeler tipik olarak hücre içinde zara bağlı kesecikler halinde paketlenir. Kesecik zarı hücre zarı ile birleştiğinde, kesecik içeriğini interstisyel sıvıya bırakır. Kesecik zarı daha sonra hücre zarının bir parçası haline gelir. Mide ve pankreas hücreleri ekzositoz yoluyla sindirim enzimleri üretir ve salgılar (aşağıdaki şeklin aşağısındaki görseli). Endokrin hücreler tüm vücuda gönderilen hormonları üretir ve salgılar ve bazı bağışıklık hücreleri bağışıklık tepkileri için önemli bir kimyasal olan histamini büyük miktarlarda üretir ve salgılar.


Ekzositoz Ekzositoz, endositozun tersine çok benzer. İhraç edilecek materyal hücre içinde bir vezikül içine paketlenir. Vezikülün zarı hücre zarı ile birleşir ve içerik hücre dışı boşluğa salınır.

Pankreas Hücrelerinin Enzim Ürünleri Pankreas asiner hücreleri gıdaları sindiren birçok enzim üretir ve salgılar. Bu elektron mikrografındaki küçük siyah granüller, hücrelerden ekzositoz yoluyla ihraç edilecek enzimlerle dolu salgı vezikülleridir. LM × 2900. [(Micrograph provided by the Regents of University of Michigan Medical School © 2012)]
İNTERAKTİF BAĞLANTI
Doku örneğini daha ayrıntılı incelemek için Michigan Üniversitesi WebScope'u görüntüleyin.

… HASTALIKLARI
Hücre: Kistik Fibrozis
Kistik fibrozis (KF) Amerika Birleşik Devletleri’nde yaklaşık 30.000 kişiyi etkilemektedir ve her yıl yaklaşık 1.000 yeni vaka bildirilmektedir. Bu genetik hastalık en çok akciğerlere verdiği zararla bilinir ve solunum güçlüklerine ve kronik akciğer enfeksiyonlarına neden olur, ancak karaciğer, pankreas ve bağırsakları da etkiler. Sadece 50 yıl kadar önce, KF ile doğan çocuklar için prognoz çok kötüydü – yaşam beklentisi 10 yıldan nadiren fazlaydı. Günümüzde tıbbi tedavideki ilerlemeler sayesinde birçok KF hastası 30’lu yaşlarına kadar yaşamaktadır.

KF semptomları, kistik fibroz transmembran iletkenlik düzenleyicisi veya CFTR adı verilen hatalı çalışan bir zar iyon kanalından kaynaklanır. Sağlıklı insanlarda CFTR proteini, Cl- iyonlarını hücre dışına taşıyan integral bir zar proteinidir. KF’li bir kişide, CFTR geni mutasyona uğrar, bu nedenle hücre, tipik olarak zara dahil edilmeyen, bunun yerine hücre tarafından parçalanan kusurlu bir kanal proteini üretir.

CFTR’nin çalışması için ATP’ye ihtiyacı vardır, bu da Cl- taşımasını bir aktif taşıma biçimi haline getirir. Bu özellik araştırmacıları uzun süre şaşırtmıştır çünkü Cl- iyonları hücrelerden dışarı taşınırken aslında derişim gradyanlarından aşağı doğru akmaktadır. Aktif taşıma genellikle iyonları derişim gradyanlarına karşı pompalar, ancak CFTR bu kurala bir istisna teşkil eder.

Normal akciğer dokusunda, Cl-‘nin hücre dışına hareketi, hücrenin hemen dışında Cl bakımından zengin, negatif yüklü bir ortam sağlar. Bu durum özellikle solunum sisteminin epitel astarında önemlidir. Solunum epitel hücreleri toz, bakteri ve diğer kalıntıları hapsetmeye yarayan mukus salgılar. Silyum (çoğul = sil), belirli hücrelerde bulunan tüy benzeri uzantılardan biridir. Epitel hücrelerindeki silyalar, mukusu ve sıkışmış partikülleri hava yollarında akciğerlerden uzağa ve dışarıya doğru hareket ettirir. Yukarı doğru etkili bir şekilde hareket ettirilebilmesi için mukus çok viskoz olmamalıdır; bunun yerine ince, sulu bir kıvama sahip olmalıdır. Cl- taşınması ve hücre dışında elektronegatif bir ortamın korunması, Na+ gibi pozitif iyonları hücre dışı boşluğa çeker. Hücre dışı boşlukta hem Cl- hem de Na+ iyonlarının birikmesi, düşük yoğunlukta su molekülüne sahip çözünen madde bakımından zengin mukus oluşturur. Sonuç olarak, ozmoz yoluyla su hücrelerden ve hücre dışı matriksten mukusa geçerek onu “inceltir”. Normal bir solunum sisteminde mukus bu şekilde yeterince sulanarak solunum sisteminden dışarı atılır.

CFTR kanalı yoksa, Cl- iyonları yeterli sayıda hücre dışına taşınmaz ve böylece pozitif iyonları çekmeleri engellenir. Salgılanan mukusta iyon bulunmaması, normal bir su derişimi gradyanının olmamasına neden olur. Böylece suyu mukusun içine çeken ozmotik basınç oluşmaz. Ortaya çıkan mukus kalın ve yapışkandır ve kirpikli epitel bunu solunum sisteminden etkili bir şekilde uzaklaştıramaz. Akciğerlerdeki geçiş yolları, taşıdığı kalıntılarla birlikte mukusla tıkanır. Bakteriyel enfeksiyonlar daha kolay ortaya çıkar çünkü bakteriyel hücreler akciğerlerden etkili bir şekilde taşınamaz.

Önceki Ders: Organizasyonun Hücresel Düzeyi
Sonraki Ders: Sitoplazma ve Hücresel Organeller

Yorumlar

Bu blogdaki popüler yayınlar

Gelişim ve Kalıtım Eleştirel Düşünme Soruları

Periodonsiyum Klinik Uygulamalar

Dentin Oluşumu