Hücrelerin işlevlerini yerine getirebilmeleri için materyalleri hücre zarları yoluyla sitoplazmalarına alıp çıkarmaları gerekir. Bu zarlar yarı geçirgendir, yani belirli moleküllerin geçmesine izin verilir, ancak diğerlerinin geçmesine izin verilmez. Moleküllerin bu hareketine fosfolipid çift tabakası ve gömülü proteinleri aracılık eder; bunların bazıları iyonlar ve karbonhidratlar gibi zardan geçemeyen moleküller için taşıma kanalları görevi görür.
Hücre zarından maddelerin içeri alınıp dışarı verilebilmesi için üç ana hareket türü bulunmaktadır:
1-Difüzyon
2- Osmoz
3-Aktif taşıma
Bu yazıda sadece difüzyon ve osmoz olayının hayvanlar ve bitkiler için önemine yer verilecektir.
Difüzyon
Difüzyon, basit difüzyon ve kolaylaştırılmış difüzyon olmak üzere iki ana tiptedir: Basit difüzyonda yayılan moleküller, zarın bileşenleri ile birleşmezler. Kolaylaştırılmış difüzyonda ise moleküller, taşıyıcı proteinlerin yardımıyla zardan yayılır.
Difüzyon, parçacıkların daha yüksek bir konsantrasyondan daha düşük bir konsantrasyona hareketi olduğundan, buna konsantrasyon gradyanı denir. Parçacıklar, yüksek konsantrasyonlu bir alandan düşük konsantrasyonlu bir alana bir konsantrasyon gradyanında yayılır. Örneğin mutfaktan evin içinde yemek kokusu ya da kapağı açılan şişeden dışarı çıkan parfümün kokusu bu şekilde dolaşır. Difüzyon bir hücre içinde veya hücre aralarında olabilir. Çözünmüş veya gaz halindeki maddeler, bir hücrenin içine veya dışına çıkmak için hücre zarından geçmek zorundadır. Difüzyon, bunun olmasına izin veren süreçlerden biridir. Difüzyon sadece sıvılarda ve gazlarda olur çünkü parçacıkları ya da molekülleri sürekli olarak bir yerden bir yere rastgele hareket eder. Parçacıklar birbirleriyle veya kapları ile çarpışır. Bu onların yön değiştirmesini sağlar. Bu hareket nedeniyle, parçacıklar kendilerini bir sıvı veya gaz boyunca eşit olarak yayarlar. Difüzyon doğal olarak, karıştırılmadan, çalkalanmadan veya sallanmadan kendi başına gerçekleşir, bu nedenle enerji gerektirmez.
Bir maddenin net hareketinin olmadığı bu konsantrasyon gradyanı eksikliği dinamik denge olarak bilinir. Bir maddenin konsantrasyon gradyanının varlığında difüzyon ilerleyecek olsa da, difüzyon hızını etkileyen birkaç faktör vardır: Difüzyon hızı sıcaklık ve basınç, konsantrasyon gradyanı, ayırma zarının geçirgenliği, maddenin cinsi ve yoğunluğu gibi çeşitli faktörlerden etkilenir. Gaz veya sıvı ne kadar sıcak olursa, difüzyon o kadar hızlı olur yani difüzyon hızı, sıcaklıktaki artışla doğru orantılıdır. Difüzyon basıncındaki fark difüzyon hızını belirler. Difüzyon hızı, iki bölgedeki moleküllerin konsantrasyonundaki farkla doğru orantılıdır. Artan yüzey alanı (plazma zarı) difüzyon hızını artırırken, daha kalın bir zar onu azaltır. Gazlar sıvılardan daha hızlı dağılır. Bunun nedeni, bir gazdaki parçacıkların daha fazla yayılması ve bir sıvıdaki parçacıklardan daha hızlı hareket etmesidir.
Difüzyon hem bitkiler hem de hayvanlar için çok önemlidir.
Hayvanlarda Difüzyonun Önemi![Bitkiler ve Hayvanlar İçin Difüzyonun Önemi]()
Hayvanlarda difüzyon olayı besin transferi gibi hücrelerin içindeki materyallerin transferinde rol oynar. Hayvanlar nefes aldıklarında, oksijen difüzyon yoluyla akciğerlerden vücudun tüm hücrelerine iletilir. Benzer şekilde, hücre karbondioksiti dışarı attığında, yine difüzyon yoluyla hücrelerden akciğerlere yayılır. Difüzyon, hayvanların ve insanların boşaltım sisteminde de önemlidir. Örneğin, idrar böbreğe girdiğinde difüzyon meydana gelir ve vücut az su tüketirse su vücuda geri alınır ve bunun tersi de geçerlidir. İnsan vücudunda ve hayvanlarda difüzyonun önemini açıklayabilecek bir dizi başka örnek de vardır.
Vücutta Oksijen Difüzyonu
Solunan hava yaklaşık %21 oksijen, dışarı verilen havadaki oksijen ise sadece %16’dır. Bu, havadaki oksijenin bir kısmının nefes alınarak akciğerlere girdiğinde vücuda emildiği anlamına gelir. Oksijen vücuttaki tüm hücrelere aşağıdaki süreçle taşınır:
– Oksijen, akciğerlerin içindeki daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan kandaki daha düşük konsantrasyonlu bir alana difüzyonla hareket eder yani bir konsatrasyon gradyanından aşağı doğru hareket eder. Daha sonra kırmızı kan hücreleri tarafından taşınır.
-Akciğerlerden çıkan kan artık yüksek bir oksijen konsantrasyonuna sahiptir.
– Dolaşım sistemi ile doku ve organlardaki hücrelere ulaşır.
– Burada oksijen, kandaki daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan hücrelerdeki daha düşük konsantrasyonlu bir alana difüzyonla hareket eder.
-Hücrelerin oksijen konsantrasyonu her zaman gelen kandan daha düşüktür, çünkü hücreler solunumda oksijen kullanır.
-Kan, diğer hücrelere dağıldığı için artık daha düşük bir oksijen konsantrasyonuna sahiptir. Difüzyonla daha fazla oksijen almak için akciğerlere geri döner ve döngü tekrar eder.
Karbondioksit solunumun atık ürünüdür ve difüzyonla diğer yönde (kandan havaya bir konsantrasyon gradyanında aşağı doğru) hareket eder. Nefes almadan önce hücrelerden kana ve sonra kandan akciğerlere geçer. Oksijenin aksine, karbondioksit kırmızı kan hücreleri tarafından taşınmaz, kan plazmasında çözülür.
Vücutta Glikoz Difüzyonu
Oksijenin yanı sıra, hücrelerin solunum için glikoza ihtiyacı vardır. Glikoz yiyeceklerle alınır. Suda çözünen sindirim ürünleri difüzyon yoluyla ince bağırsağın duvarını geçebilir. Glikoz vücuttaki tüm hücrelere aşağıdaki süreçle taşınır:
-Besinler sindirildikçe glikozun ince bağırsaktaki konsantrasyonu kandaki konsantrasyonundan daha yüksek hale gelir, bu nedenle bağırsaktan kana bir konsantrasyon gradyanı vardır. Glikoz ince bağırsakta daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan kandaki daha düşük konsantrasyonlu bir alana difüzyonla hareket eder.
-İnce bağırsaktan çıkan kan artık yüksek bir glikoz konsantrasyonuna sahiptir.
-Glikoz dolaşım sistemi ile dolaşarak doku ve organlardaki hücrelere ulaşır.
-Burada glikoz, kandaki daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan hücrelerdeki daha düşük konsantrasyonlu bir alana difüzyonla hareket eder.
-Hücrelerin glikoz konsantrasyonu her zaman gelen kandan daha düşüktür, çünkü hücreler onu solunumda kullanırlar.
-Kan, hücrelere dağıldığı için artık daha düşük bir glikoz konsantrasyonuna sahiptir. Kan, difüzyon yoluyla daha fazla glikoz almak için ince bağırsaklara döner ve döngü tekrarlanır.
Çözünmüş maddeler sadece bir konsantrasyon gradyanı olduğu sürece yayılmaya devam edecektir.
Bitkilerde Difüzyonun Önemi
Bitkiler büyümeleri ve hayatta kalabilmeleri için suya, minerallere ve besine ihtiyaç duyarlar. Bitkiler söz konusu olduğunda, difüzyon çok önemli bir süreçtir. Bitkilerde taşınma, tüm yüksek bitkilerde meydana gelen önemli ve doğal bir olgudur. Bitkilerde taşınmanın ana yolu difüzyondur. Kökler, yapraklara aktarılacak olan su ve mineral tuzları topraktan basit difüzyon süreci ile emer. Ksilem (odun borusu) su moleküllerini yapraklara aktarır. Yapraklar fotosentez yoluyla organik besini (glikoz) hazırlar. Bunlar daha sonra floemden (soymuk borusu) aracılığı ile bitkilerin diğer kısımlarına taşınır. Gazların stoma yoluyla değişimi de difüzyon işlemi ile gerçekleşir. Karbondioksit yapraklardaki gözeneklerden (stomalardan) içeri doğru difüzyonla alınır ve hücrelere yayılır. Fotosentez sonucu oluşan oksijen gazı yine difüzyon yoluyla gözeneklerden dışarı serbest bırakılır. Yapraklardan suyun buhar şeklinde dışarı atılması olan terleme (transpirasyon) olayı da difüzyon prensibi ile gerçekleşir. Çiçeklerin aroması, böcekleri çekmek için aromatik bileşiklerin difüzyonundan kaynaklanır.
Suyun Difüzyonu: Osmoz
Osmoz, su moleküllerinin daha yüksek konsantrasyonlu bir bölgeden daha düşük konsantrasyonlu bir bölgeye kısmen geçirgen bir zardan difüzyonudur. Seyreltik bir çözelti, yüksek konsantrasyonda su molekülleri içerirken, konsantre bir çözelti, düşük konsantrasyonda su molekülleri içerir. Kısmen geçirgen zarlara seçici geçirgen zarlar veya yarı geçirgen zarlar da denir. Bazı maddelerin içlerinden geçmesine izin verirler, ancak diğerlerinin geçmesine izin vermezler. Konsantrasyon zarın her iki tarafında aynı olduğunda, su moleküllerinin hareketi her iki yönde de aynı olacaktır. Bu noktada net su değişimi sıfırdır ve sıvı seviyelerinde daha fazla değişiklik yoktur.
Bitki ve hayvan hücrelerinde osmozun sonuçları farklıdır.
Hayvan Hücrelerinde Osmoz
Hayvan hücrelerinde hücre duvarı yoktur. Hücre içeriğinden farklı bir konsantrasyonda olan çözeltilere konulduklarında boyut ve şekil değiştirirler. Örneğin, kırmızı kan hücreleri daha seyreltik bir çözelti içinde su alır, şişer ve patlar, buna hemoliz denir. Daha konsantre bir çözelti içinde ise su kaybeder ve büzülür. Bunlar vücudun içinde olmaz. Böbrekleri içeren osmoregülasyon, kan konsantrasyonunun, hücre içeriğinin konsantrasyonu ile yaklaşık olarak aynı kalmasını sağlar.
Bitki Hücrelerinde Osmoz
Bitkiler kökün içi ve dışı arasında bir gradyan oluşturmak için şekerleri ve diğer çözünenleri köklerine taşırlar; topraktan gelen su daha sonra osmoz ile köke doğru hareket eder. Bu noktadan sonra, terleme adı verilen bir işlem, suyun ksilem (odun borusu) adı verilen bitkinin içindeki tüpleri çekmesine ve yapraklardan buharlaşmasına neden olur. İdeal olarak, bu su sütunu bir kez kurulduktan sonra bitkinin ömrü boyunca bozulmadan kalır.
Su, seyreltik bir çözelti (hücre içeriğinden daha yüksek su potansiyeli olan, hipotonik) içinde bulunan bir bitki hücresine de osmoz yoluyla girer. Sitoplâzma, dolayısıyla hücre zarı hücre duvarına doğru itilir, hidrostatik veya turgor basıncı oluşturur ve hücre şişer. Bu basınç, hücreye girebilecek su oranını ve miktarını sınırlar. Şişmiş ya da turgorlu bitki hücreleri bitkinin desteklenmesinde önemli bir rol oynar. Bitki hücreleri, hücre zarının dış tarafında güçlü bir selüloz hücre duvarına sahiptir. Hücre duvarı hücreyi destekler ve osmoz yoluyla su aldığında patlamasını engeller. Osmoz süreci, bitkilerin köklerinden yapraklarına, hatta yer seviyesinden onlarca metre yüksekliğe kadar su alma mekanizması için gereklidir.
Su, konsantre (hücre içeriğinden daha düşük su potansiyeli olan, hipertonik) bir çözeltideki bir bitki hücresini osmoz yoluyla terk eder. Sitoplazma hücre duvarından uzaklaşır (plazmoliz) ve hücre büzülür, bu nedenle bitki solar.
Kaynakça:
https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zyjbqhv/revision/1
https://www.bbc.co.uk/bitesize/topics/znyycdm/articles/z8cqqfr?topicJourney=true
https://www.biyologlar.com/difuzyon
Yazar: Müşerref Özdaş