HÜCRE MEMBRANINDAN MADDELERİN TAŞINMASI. Dr. Vedat Evren

Transkript

1 HÜCRE MEMBRANINDAN MADDELERİN TAŞINMASI Dr. Vedat Evren

2 Vücuttaki Sıvı Kompartmanları Vücut sıvıları değişik kompartmanlarda dağılmış

3 Vücuttaki Sıvı Kompartmanları Bu kompartmanlarda iyonlar ve diğer çözünmüş maddeler değişik konsantrasyonlarda bulunur Sodyum (Na + ) hücre dışında yüksek Potasyum (K + ) hücre içinde yüksek bulunur

4

5 Sıvı kompartmanları arasında maddelerin geçişi hücre membranı tarafından kontrol edilir Membran seçici geçirgen (yarı geçirgen = semipermabl) özelliktedir Bu seçicilik sayesinde hücre içinde ve dışındaki maddelerin konsantrasyonu farklı şekilde tutulabilir

6 Membrandan Maddelerin Taşınması Difüzyon: Madde yoğunluğunun (konsantrasyonunun) çok olduğu taraftan az olduğu tarafa kendiliğinden geçiş Aktif transport: Madde konsantrasyonunun az olduğu taraftan çok olduğu tarafa enerji kullanarak yapılan taşıma

7 Difüzyon Normalde havada veya bir sıvı çözeltisi içindeki bulunan moleküller sürekli hareket halindedir Bu hareket moleküllerin kendi termal enerjilerinden kaynaklanır

8 Difüzyon Ortamın herhangi bir bölgesinde moleküllerin konsantrasyonu daha fazla ise, moleküller konsantrasyonun daha az olduğu tarafa doğru hareket etme eğilimindedir (DİFÜZYON) Bu hareket ortamın her tarafında konsantrasyon eşitleninceye kadar devam eder

9 Eğer bu ortamı ikiye bölen bir membran var ise, yine benzer şekilde konsantre bölgeden az konsantre bölgeye doğru, membranın izin verdiği ölçüde bir difüzyon gerçekleşir

10 Bir Maddenin Difüzyonuna Etkili Olan Faktörler Konsantrasyon farkı Molekül yarı çapı veya ağırlığı Difüzyon mesafesi Difüzyon olan ortamın kesit alanı Isı Konsantrasyon farkı ne kadar fazla ise difüzyon o kadar artar Difüzyona uğrayan maddenin molekül ağırlığı veya çapı arttıkça difüzyonu yavaşlar Difüzyonun gerçekleştiği mesafe uzadıkça difüzyon yavaşlar Difüzyonun gerçekleştiği membran yüzeyi ne kadar fazla ise difüzyon o ölçüde daha çok gerçekleşir Ortamın ısısı arttıkça difüzyon miktarı da artar

11 Kolaylaştırılmış Difüzyon Madde yine konsantrasyonun fazla olduğu yerden az olduğu yere doğru hareket etme eğilimindedir Ancak bu madde doğrudan veya bir iyon kanalından membranı geçemez Membran üzerindeki bir protein bu maddenin geçişini kolaylaştırır Geçiş sırasında ATP kullanılmaz

12 Osmoz Seçici geçirgen özellikteki membranlar bazı maddelerin geçişine izin vermez Böyle bir durumda membranın iki tarafındaki konsantrasyonun dengelenmesi için konsantrasyonun fazla olduğu tarafa doğru net bir su difüzyonu meydana gelir Bu net difüzyona OSMOZ adı verilir Net su difüzyonunu durdurabilecek değerdeki basınca OSMOTİK BASINÇ denir

13 Osmoz

14 Değişik Ozmotik Basınca Sahip Ortamlarda Hücredeki Olaylar

15 Aktif Transport Enerji kullanılarak konsantrasyonun az olduğu taraftan çok olduğu tarafa doğru maddeler taşınır (yokuş yukarıya taşıma gibi) İki türde olabilir: Primer (birincil) aktif transport Sekonder (ikincil) aktif transport

16 Primer Aktif Transport ATP'den elde edilen enerji ile iyonlar taşınır Na +, K +, H + ve Cl - bu şekilde taşınabilir Hücrede aktif transport mekanizmasını kullanan en önemli membran proteini: Sodyum-Potasyum Pompası

17 Sodyum-Potasyum Pompası Membranın iç yüzündeki kısmında Na + için 3 bağlanma bölgesi, dış yüzündeki kısmında K + için 2 bağlanma bölgesi vardır Pompanın her bir çalışması sonucunda 3 Na + hücre dışına atılırken, 2 K + hücre içine alınır

18 Sekonder Aktif Transport (Ko-transport) Hücre dışındaki yüksek Na + konsantrasyonu, bu iyonun hücre içine girmesi için bir kuvvet oluşturur Bu kuvvet enerji kaynağı gibi kullanılır ve Na + ile birlikte glikoz ve amino asitler gibi bazı maddeler de (ayrıca ATP harcanmaksızın) hücre içine taşınır Ko-transport aynı yönde (eş-taşınma) veya zıt yönlerde (zıt-taşınma) olabilir

19 Hücre Membranından Maddelerin Taşınmasına Bir Örnek: Yediğimiz besinler barsaklarda sindirildikten sonra vücuda emilir Bu emilim sırasında maddeler önce barsak boşluğundan (lümen) barsak epitel hücresine, sonra da epitel hücresinin diğer tarafında bulunan bağ dokusu içinde yer alan kan damarlarına taşınarak vücuda alınmış olur Besin maddelerin bir çoğu hücre membranından doğrudan geçemez Bu nedenle besin maddelerinin emilimi sırasında barsak epitel hücresinin her iki yanında yukarıda söz edilen taşınma mekanizmalarının hepsi kullanılarak değişik maddeler vücuda alınabilir

20

21 MEMBRAN POTANSİYELLERİ HÜCRELERİN ELEKTRİKSEL AKTİVİTESİ

22 MEMBRAN POTANSİYELİ Vücuttaki tüm hücrelerin membranları, üzerlerinde elektrik yükü depolayacak özelliktedir Hücrelerin normal işlevlerini yerine getirebilmesi için bu yük belirli değerlerde olmalıdır Membran üzerinde oluşan bu elektriksel yüke membran potansiyeli adı verilir Membran potansiyeli, hücre membranının "nötr" olmadığını gösterir Bu durumda hücrenin içi (-), dışı (+) elektrik yüklü Veya İçi (+), dışı (-) yüklüdür

23 Hücrenin o andaki elektriksel durumu (yani membran potansiyeli), membranın iç yüzündeki elektriksel durum ile adlandırılır Membranın iç yüzü (-) elektrik yüklü ise membran potansiyeli (-) Membranın iç yüzü (+) elektrik yüklü ise membran potansiyeli (+) Olarak adlandırılır

24 Membran potansiyellerinin kaynağı Membranın elektrikle yüklenmesini sağlayan (+) veya (-) yüklü iyonlardır. Örneğin; Na + (+) yüklü K + (+) yüklü Ca 2+ (+) yüklü Cl - (-) yüklü iyonlardır Benzer şekilde hücre ve dışında bir çok elektriksel yüke sahip pek çok iyon bulunur Membranın bir tarafının diğer tarafına göre negatif veya pozitif elektrikle yüklü olması, her iki tarafta bulunan iyonların dağılımına bağlıdır Örneğin Hücre içindeki (+) yüklü iyonların oranı hücre dışına göre daha fazla ise hücre içi (membran potansiyeli) pozitif olur

25 Yandaki şekilde A hücresinde K + difüzyon ile hücre dışına çıkmıştır (+) yüklü iyonlar hücre içinde azalmaya başlayınca hücre (-) membran potansiyeline sahip olur B hücresinde ise Na + difüzyon ile hücre içine girmiştir Hücre içinde (+) yüklü iyonlar hücre dışına göre daha fazla olunca hücrenin membran potansiyeli de (+) değerlere ulaşır

26 İyonların membranın iki tarafında farklı dağılmasının nedenleri Hücrenin içinde ve dışında tüm iyonlar eşit bir biçimde dağılmış olsaydı, membran potansiyeli meydana gelmeyecekti Farklı yüklere sahip iyonlar neden hücre içinde ve dışında farklı oranlarda bulunur? Membranlar değişik iyonlara karşı seçici geçirgen özellik gösterir Difüzyon, osmoz ve aktif transport gibi mekanizmalarla iyonlar ve diğer maddeler hücrenin işlevlerini sağlamak amacıyla sürekli olarak hareket eder Bu etkilerin sonucunda hücre içi ve dışında (-) veya (+) yüklü maddeler daima farklı konsantrasyonlarda bulunur Böylece MEMBRAN POTANSİYELİ ortaya çıkar

27 Membran Potansiyelinin Oluşumuna Bir Örnek Herhangi bir etki sonucu membrandaki Na + kanalları açılır ve hücre içine Na + girişi olur, membran potansiyeli (+) hale gelir Bu durumu dengelemek için K + kanalları açılır ve hücre dışına K + çıkmaya başlar Na + -K + pompasının çalışması hem iyon dengesini sağlar hem de membran potansiyelinin eski haline dönmesine yardımcı olur (3 Na + dışarı atılırken 2 K + içeri alınır)

28 Uyarılabilen Dokular Sinir sistemi ve kaslarda bulunan hücreler elektriksel özellikleri ile diğer tüm vücut hücrelerinden farklılık gösterir Bu dokulara uyarılabilen dokular denir Tüm hücrelerde bulunan membranın elektriksel aktivitesi (membran potansiyeli), sinir hücresi ve kas hücresinde doğrudan hücrenin işlevini etkiler Membran potansiyeli sinir ve kas gibi hücrelerde, hücrenin durumuna göre farklı isimler alır Uyarılabilen bir doku hücresi uyarılmadığı zaman İSTİRAHAT konumundadır ve membran potansiyeli (-) değerdedir Uyarıldığı zaman AKTİF durumdadır ve membran potansiyeli (+) değerdedir

29 İSTİRAHAT MEMBRAN POTANSİYELİ Sinir ve kas gibi uyarılabilen dokular uyarılmadıkları zaman (istirahat durumunda) hücre içi ve dışındaki iyonların artık membran potansiyeli değişimine neden olmadıkları bir denge durumuna gelirler Bu denge durumuna istirahat membran potansiyeli adı verilir İstirahat membran potansiyeli Kas hücresi için -90 mv Sinir hücresi için -70 mv civarındadır

30 İstirahat membran potansiyelinin (-) olarak ortaya çıkmasında en önemli rolü oynayan iki faktör vardır: Hücre uyarılmadığı zaman membrandan K + geçişine sızmasına izin veren K + sızma kanalları Bunun sonucunda hücre içinde fazla olan K + hücre dışına doğru difüzyona uğrar ve hücre içi negatife doğru gider Hücre hangi konumda olurda olsun sürekli çalışan Na + -K + pompası Pompa her çalışmasında 3 Na + iyonunu hücre dışına çıkarırken 2 K + iyonunu hücre içine alır Bu durumda pompanın her çalışmasında hücre içinden bir (+) iyon eksilir ve hücre içi negatife doğru gider