BİYOFİZİKSEL KİMYA 1

Transkript

1 BİYOFİZİKSEL KİMYA 1

2 HÜCRE ZARINDAN MADDELERİN TAŞINMASI 2

3 PASİF TAŞIMA - Basit Difüzyon Bir çözeltide moleküllerin, çözeltinin her tarafına eşit olarak kendiliklerinden yayılmaları olayına difüzyon denir. Difüzyonda fazlar arasında zar yoktur ve difüzyonun yönü sabit ve tektir. çok yoğundan az yoğuna doğru # Yoğunluk farkı ortadan kalkınca difüzyon durur. Ancak; canlı hücreler ile çevresi arasında sürekli yoğunluk farkından dolayı difüzyon devamlıdır. 3

4 PASİF TAŞIMA - Basit Difüzyon 4

5 Difüzyon organizmanın madde alış verişinde büyük rol oynar. Canlı organizmalarda oksijenin havadan kana ve kandan dokulara geçmesinde besin maddelerinin kandan dokulara geçmesinde ilaçların enjekte edildikleri yerden etrafa yayılmasında difüzyon önemli bir rol oynar. 5

6 Difüzyon Brown hareketinin bir sonucudur. Brown hareketleri kolloidal çözeltilere has bir durum olup kolloidal taneciklerin bir hareketidir. Bir kolloid taneciğin difüzyon hızı difüzyon katsayısı ile belirlenir. Difüzyon katsayısı, birim derişim düşüşünde 1 saniyede 1 cm 2 lik yüzeyden sabit hızla geçen madde miktarıdır. 6

7 Difüzyon, organizmada, maddelerin kısa mesafelere nakline yarar, çünkü, hızı oldukça yavaştır. Suda erimiş besin maddelerinin daha uzun mesafelere nakline "konveksiyon" denir. Glikoz, kan yolu ile karaciğerden dokulara konveksiyonla, kan plazmasından eritrositlere ise difüzyon ile geçer. 7

8 Kolaylaştırılmış Difüzyon Çifte lipid membranlardan difüz edemeyecek kadar büyük veya polar maddeler ancak membranda yerleşik bulunan taşıyıcı permeazlar, kanallar veya transporterler gibi isimlerle anılan protein karakterdeki yapılar yardımı ile hücre içerisine alınırlar. Bu transporterler aynı termodinamik prensiplerle çalışsalar da yapıları, taşıdıkları substratlara karşı spesifiteleri ve transport mekanizmaları bakımından oldukça farklıdırlar. 8

9 Taşıyıcı iyonoforlar. Membranlara bağlanarak kendilerine özgü iyonların membrandan difüz edip dışarı çıkmasına neden olurlar. İyon atılımı için iyonofurun membranın bir yüzeyine (ör. sitoplazmik) geçip iyonu bağlaması onu diğer yüzeye (yani ekstraselülar yüzeye) taşıması ve dışarıya salması gerekir. Olay bu şekilde tekrar-tekrar oluşur. 9

10 Kanal oluşturan iyonoforlar. Bu tür iyonoforlar mebranı baştan başa geçerler ve oluşturdukları oluk (kanal) gibi bir yapı sayesinde hücrenin bir tarafındaki iyonu bağlayıp, diğer tarafa salarlar. Taşıyıcı iyonoforlar gibi çifte membran tabakaları arasında hareket etmezler. 10

11 Kolaylaştırılmış Difüzyon Şekilleri 11

12 Kolaylaştırılmış Difüzyon 12

13 13

14 Lipitte Eriyen Maddelerin Çift Katlı Lipit Tabakasından Difüzyonu Bir maddenin çift katlı lipit tabakadaki hareket hızını belirleyen en önemli faktörlerden birisi o maddenin lipitteki eriyebilirliğidir. Örneğin; oksijen, karbondioksit, azot ve alkollerin lipitte çözünürlüğü yüksektir. Böylece bütün bu maddeler çift katlı lipit tabakada doğrudan çözülürler ve sudaki eriyiklerinde olduğu gibi difüzyona uğrarlar. 14

15 Dolayısıyla bu maddelerin herbirinin zadan difüzyon hızları onların lipitte eriyebilirliği ile doğru orntılıdır. Özellikle büyük miktarlarda oksijen bu yolla taşınabilir. Böylece hücre zarı hiç yokmuş gibi oksijen hücrenin içine iletilir. 15

16 Su ve Diğer Lipitte Erimeyen Moleküllerin Protein Kanallarından Difüzyonu Su, zar lipitlerinde hemen hiç erimediği halde, zardan, özellikle protein kanalları aracılığı ile rahatlıkla geçer. Su moleküllerinin çoğu hücre zarından geçiş hızları şaşırtıcıdır. Örneğin, alyuvar zarında her iki yönde saniyede difüze olan suyun toplam miktarı alyuvar hacminin yaklaşık 100 katıdır. 16

17 Lipitlerde erimeyen öteki moleküller eğer yeteri kadar küçükseler ve suda eriyebiliyorlarsa su molekülleri gibi protein kanallarından geçebilirler. Bununla beraber, molekül büyüklüğü arttıkça penetrasyonları hızla azalır. Örneğin, üre moleküllerinin çapı su moleküllerine göre sadece %20 daha büyüktür, buna karşılık ürenin hücre zarı porlarından geçişi suya göre 1000 kat daha azdır. 17

18 Osmoz Bir çözelti yarı geçirgen (suyu geçiren, fakat erimiş maddeleri geçirmeyen) bir zara konduktan sonra suya daldırılırsa su zarı geçer ve çözeltiyi seyreltir. Suyun yarı geçirgen bir zarı geçerek çözeltiye katılmasına Ozmoz denir. 18

19 Osmoz 19

20 Vücut sıvılarının izotonisi, besin maddelerinin rezorpsiyonu, parçalanmaları, suyun akciğerlerden buharlaşması vb. gibi fizyolojik olaylarla devamlı bozulmaktadır. Bu nedenle organizmada ozmotik basıncı düzenleyen muhtelif regülasyon mekanizmaları vardır. Örneğin tuzlu yemeklerden sonra susuzluk duygusu, fazla su alınmasını gerektirir. Aynı zamanda fazla tuzlu bir idrar çıkarılır ve artmış olan ozmotik basınç bu suretle düzenlenir. 20

21 Buna karşılık fazla su içilirse düşen ozmotik basınç, çok sulandırılmış bir idrar çıkarmakla normale getirilmeye çalışılır Ozmotik basınç molekül büyüklüğüne değil, molekül sayısına bağlıdır. Organizmada, glikozun glikojene ve aminoasitlerin proteinlere değişmesiyle ozmotik basınç sabit tutulur. 21

22 Çözelti çeşitleri (Hayvan hücreleri) 22

23 Çözelti çeşitleri (Bitki hücreleri) 23

24 Farklı çözelti ortamlarında bitki ve hayvan hücrelerinin durumları 24

25 AKTİF TAŞIMA 25

26 Sinir hücrelerinde aktif taşıma yoluyla iyonların taşınması 26

27 Sinir hücrelerinde aktif taşıma yoluyla iyonların taşınması Devamı 27

28 Hücre membranın çeşitli moleküllere karşı geçirgenliği. 28

29 Zarda taşıma şekilleri Uniprt bir anda bir molekülü taşır simport taşıma sisteminde transporter iki farklı maddeyi bağlayarak aynı yönde taşır. Antiport taşınımda ise, iki farklı maddeyi bağlamış olan transporter her birini farklı yönde taşır: 29

30 Endositoz 1- Fagositoz Fagositoz 30

31 2- Pinositoz 31

32 Ekzositoz Büyük yapılı maddelerin hücre dışına verilmesidir. Endositozda olduğu gibi ortamın yoğunluk farkından etkilenmez ve ancak tek yönlü olarak hücrenin dışına doğru gerçekleşir. Olay sırasında enzimler kullanılır ve enerji harcanır. Hücre içinde meydana getirilen hormon gibi bazı ürünlerin ve artık maddelerin hücre dışına verilmesi bu yolla gerçekleşmektedir. 32

33 YÜZEY GERİLİMİ - Küçük böceklerin batmadan suyun yüzeyinde yüzebilmeleri. - Sıvı damlalarının yuvarlak olma eğilimleri. - Kapillar bir boruda suyun yükselmesi. - Suyun süzgeç kağıdında hareket etmesi gibi bir çok enteresan olaylar yüzey gerilimin varlığından ileri gelir. 33

34 Yüzey gerilimi; Hava-sıvı Sıvı-sıvı Sıvı-katı Sıvı-gaz arasında da meydana gelebilir ve cm başına dyn olarak verilir.(γ= dyn/cm ) Adezyon: moleküllerin cinsi farklı Kohezyon: moleküllerin cinsi aynı 34

35 Çözeltilerin biyolojik bakımdan önemli bir diğer özellikleri çözünmüş bir maddenin çözücünün yüzey gerilimini değiştirmesidir. Yüzey gerilim etkisiyle sıvı yüzeyini mümkün mertebe küçültmeye ve en küçük yüzey olan küre biçimini (damla) almaya çalışır. Bir sıvının merkezinde moleküller, benzeri diğer moleküller tarafından her yöne doğru eşit olarak çekilirler. 35

36 Yüzeyde ise, moleküller sıvının üzerindeki hava molekülleri tarafından çekildiklerinden daha büyük bir güçle sıvının merkezine doğru çekilirler. Bu nedenle sıvı yüzeyindeki moleküller daha sık bulunurlar. 36

37 Adsorbsiyon Yüzeyde konsantre olma işlemine adsorbsiyon denir. Yüzey zarında derişim azalmasına negatif adsorbsiyon; derişim artışına ise pozitif adsorbsiyon denir. Kromatografide; Adsorbe olan maddelere adsorbat; adsorbe eden maddelere ise adsorban denir. 37

38 Adsorban Adsorbat 38

39 Kolloidal Durum Kolloid kimya ilimi 1861 de Thomas Graham tarafından kurulmuştur. Graham maddeleri zardan geçip geçemediklerine göre iki sınıfa ayırmıştır; zardan geçebilenler (kristaloidler) zardan geçemeyenler (kolloidler) Albumin kristal halde elde edilmesine rağmen zardan geçemediği için kolloiddir. 39

40 Kimyasal yapılarına göre kolloidler iki gruba ayrılır: Anorganik kolloidler: - Metalik (Au, Ag, Pb gibi) - Ametalik (S gibi) - Hidroksit (Fe (OH)3 gibi) - Tuz (AgCl, BaSO4 gibi) Organik kolloidler: - Homopolar kolloidler (Benzen içinde kauçuk gibi) - Heteropolar kolloidler (Su içinde protein gibi) - Hidroksil gruplu kolloidler (Su içinde glikojen gibi) 40

41 Kolloidal Sistemler Kolloidal sistem içerisindeki dağılan parçacıklara Disperz faz bunların içinde dağılmış olduğu ortama da Disperziyan ortamı adı verilir. 41

42 Disperz fazlar ile disperzisyon ortamı arasında bir affinite varsa yani emülsoid teşkiline meyilli iseler böyle bir sisteme Liyofilik sistem denir. Liyofilik sistemin disperziyon ortamı su ise buna Hidrofilik sistem denir. Örneğin; polisakkaritlerde OH grupları, proteinlerde NH 2 ve COOH grupları hidrofilikdir 42

43 Tersine disperz faz ile disperziyon ortamı arasında affinite yoksa yani emülsiyon teşkiline meyilli değillerse sistem süspansiyona benzediğinden Süspansoid veya Liyofobik sistem adını alır. Liyofobik sistemin disperziyon ortamı su ise buna Hidrofobik sistem denir. Örneğin; kauçuk, polistren ve PVC de (-CH 3 ), (CH 2 ), (=CH) grupları hidrofobiktir. 43

44 Kolloidal sistemler, özellikle emülsoidler şeklinde bulunabilir: Sıvı özelliklerine sahip olan ve bir kaptan diğerine dökülebilen bir kolloidal sisteme sol denir. Peltemsi bir şekil alan ve katı maddelerin bir çok özelliklerine sahip olan bir kolloidal sisteme de jel denir. 44

45 Doğada 8 Kolloid Sistem Mevcut 45

46 KAYNAKLAR Tıbbi Fizyoloji kitabı, Guyton & Hall, 11. basım. Sayfa Prof. Dr. Arif ALTINTAŞ (Biyofiziksel Kimya Ders Notları) Prof. Dr. Hikmet Geçkil, Biyokimya I. Sayfa G7XpZ48 (Erişim tarihi: ) 46