Kırmızı kan hücreleri, hipertonik bir çözelti içine yerleştirildiğinde crenasyona (büzülme) uğrarlar. Hipertonik, başka bir çözeltiden daha yüksek ozmotik basınca sahip bir çözelti ifade eder. Başka bir deyişle, hipertonik bir çözelti, bir zarın dışında, içinde bulunandan daha fazla sayıda çözünen parçacıkların bulunduğu bir çözeltidir.
Bir hipertonik çözelti bir çözeltiye kıyasla erimiş maddelerin daha yüksek bir konsantrasyonu içerir. Daha düşük konsantrasyonlu zıt çözelti, hipotonik çözelti olarak bilinir. Bilim adamları, bu çözelti ile hücre içeriğini çevreye kıyasla daha iyi tanımlayabilirler ve bir hücre hipertonik bir çözelti içine yerleştirilirse, hücre hipotonik olarak kabul edilir.
Hipertonik Çözüm Tanımı
Hücrenin hipertonik çözeltisi, Sitosol bir çevrede hipotonik ya da daha çok zayıf olarak konsantre edilerek olduğu anlamına gelir. Bu çok önemlidir çünkü çözünen maddeler ve su gradyanları boyunca akma veya yayılma eğilimindedir. Birbiriyle karıştırılan iki çözüm, sonunda tek bir çözüm haline gelecektir. Çözeltiler yalnızca suyun geçmesine izin veren geçirgen bir zarla ayrılırsa, çözeltiler su iki çözelti arasında hareket ederken izotoniktir. İzotonik çözeltiler, farklı hacimlere sahip olsalar da eşit konsantrasyonlara sahiptir.
İyonların ve suyun bu hareketi hücreler için son derece önemlidir. Hücreler, çeşitli amaçlarla iyon gradyanlarını kullanır. Örneğin bitki hücreleri, suyu vakuole çekmeye yardımcı olmak için merkezi vakuollerinde hipertonik bir solüsyon kullanırlar. Bu, odayı genişletir ve bitkilerin hücrelerinde turgor basıncı oluşturmasına izin verir. Hayvan hücreleri, özellikle sinir hücreleri, bir aksiyon potansiyeli veya sinir sinyali oluşturmak için hipertonik bir çözüme ve içindeki iyonlara güvenirler. Bu hücrelerin elektriksel aktivitesi, hipertonik çözelti içindeki iyonların pozitif ve negatif yüklerine bağlıdır.
Hipertonik Örnek
Kırmızı kan hücreleri, tonisiteyi açıklamak için kullanılan klasik örnektir. Tuzların (iyonların) konsantrasyonu kan hücresinin dışındaki ile aynı olduğunda, çözelti hücrelere göre izotoniktir ve normal şekil ve boyutlarını alırlar.
Kırmızı kan hücreleri tatlı suya koyulduğunda, hücrenin dışında hücrenin içinde olduğundan daha az çözünen madde varsa, çözelti (su) kırmızı kan hücrelerinin iç kısmına göre hipotoniktir. Hücreler şişer ve iç ve dış solüsyonların konsantrasyonunu aynı hale getirmeye çalışmak için hücreye su akarken patlayabilir. Tesadüfen, hipotonik solüsyonlar hücrelerin patlamasına neden olabileceğinden bu, bir kişinin tatlı suda boğulma olasılığının tuzlu suya göre daha yüksek olmasının bir nedenidir . Çok fazla su içmek de bir sorundur.
Kırmızı kan hücreleri konsantre bir tuz çözeltisine yerleştirdiğinizde olduğu gibi, hücrenin dışında hücre dışında daha yüksek bir çözünen konsantrasyonu varsa, tuz çözeltisi hücrelerin iç kısmına göre hipertoniktir. Kırmızı kan hücreleri crenasyona uğrar, yani su hücrelerden ayrılırken, eriyenlerin konsantrasyonu kırmızı kan hücrelerinin içinde ve dışında aynı olana kadar küçülür ve büzülür.
İnsan Böbreği
Vücuttaki su miktarını düzenlemek için insan beyni, hücreyi çevreleyen ortamın ozmolaritesini ölçebilen, osmoreceptors adı verilen özel proteinlere sahiptir. Ortam oldukça hipertonik bir çözelti haline gelirse, bunun nedeni kanda çözünen maddeleri seyreltmek için yeterli su bulunmamasıdır. Hipotalamus, böbrekteki zarların geçirgenliğini artırırken hormon salgılamaktadır. Böbrek atılır olurdu suyu yeniden emilerek geri kana ekler. Kan, hücrelere göre daha izotonik hale gelir ve normal süreçler devam edebilir.
Deniz Kaplumbağası Osmoregülasyonu
Tatlı su ile karşılaştırıldığında, tuzlu su hipertonik bir çözeltidir. Bu, hücrelerin işlev görmesi için tuzlu sudan daha hipertonik bir çözelti olan bir sitozol içermesi gerektiği anlamına gelir. Örneğin deniz kaplumbağaları, tatlı su kaplumbağalarına kıyasla çok daha hipertonik bir çözümde yaşarlar. Deniz suyuna tatlı su kaplumbağası koyarsanız, hipertonik deniz suyu kaplumbağayı kurutur. Çözünen yoğun okyanus suyu , su tarafından hidratlanmak yerine, ozmolaritedeki farkı dengelemek için suyu vücuttan çekecektir.
Bu engelin üstesinden gelmek için deniz kaplumbağaları ve diğer deniz hayvanları, fazla tuzları tolere etmek için benzersiz yollar geliştirmişlerdir. Tuzlar sindirim sisteminden kan dolaşımına geçer. Tuz bezine ulaştıklarında çıkarılırlar. Bu, çözünen maddeler açısından daha yüksek, ancak çevreye fazla miktarda su kaybetmeyen bir iç ortam yaratır.
Hipertonik Çözeltideki Bitkiler
Genellikle bitkiler hipotonik ortamlarda yaşamayı tercih ederler. Bitkiler bu su potansiyelini vücut yapılarını vermek ve suyu köklerden bitkinin tepesine taşımak için kullanırlar. Bununla birlikte, birçok bitki hipertonik ortamlarda yaşamaya adapte olmuşlardır. Deniz kenarındaki bataklıklar, mangrov bataklıkları ve diğer acı sular, tatlı sudan çok daha yüksek tuz içeriği içerir. Toprak bu tuzlarla doymuş hale gelir ve toprakta çok daha yüksek bir çözünen konsantrasyonu oluşturur.
Çoğu bitki bu habitata nakledilirse büzülür, ancak Halofitler olarak bilinen özel bir bitki grubu bu engeli aşmak için kendini geliştirmiştir. Bitkiler, köklerinin ozmolaritesini artırarak, hücre içinde ortama kıyasla hipotonik bir ortamdan sitozoldeki hipertonik bir çözelti haline geçebilirler. Bu, kök hücrelerin su potansiyelini düşürür ve suyun hücrelere girmesine izin verir. Hücreler ya fazla tuzları köklerde depolar ya da tuzları bezlerden dışarı atılabilecekleri yapraklara taşımaktadırlar.
Hipertonik Çözeltide Hücre
Plazma membranı hücreleri saran ortamdan hücrenin içeriğini ayıran özel bir geçirgen membrandır. Plazma membranı özel ile yerleştirilmiştir ve membran taşıma proteinleri taşıma çözücüler arasındadır. Aynı zamanda suyun zar boyunca serbestçe akmasına izin veren aquaporinler adı verilen özel protein kanallarına da sahiptirler. Hücre, çözünen maddeleri hücrenin içine ve dışına aktif olarak taşımak için enerji kullanmalıdır. Çok fazla çözünen madde ve sitozol, çevreye kıyasla hipertonik bir çözelti haline gelecektir. Hücre duvarı olmayan hücreler bu durumda patlayabilirler.
Hipertonik, hipotonik ve iztonik solüsyonların kırmızı kan hücrelerine etkilemektedir. Ortamda çok az çözünen madde hipertonik çözüm haline gelecektir. Bu durumda, su hücreden dışarı çıktıkça tersi olur. Su, çözünen maddelerin konsantrasyon gradyanına karşı hareket ederek, düşük çözünen konsantrasyonlu alanlardan yüksek çözünen konsantrasyonlu alanlara doğru hareket eder. Başka bir anlamda, su, yüksek su konsantrasyonlu alanlardan düşük su konsantrasyonlu alanlara, su konsantrasyonu gradyanı ile hareket etmektedir.
Hücrelerinin ozmolaritesini düzenleyen organizmalar osmoregülatörler olarak bilinir. Tipik olarak hücreler, sitoplazmalarını çevreye kıyasla hipertonik bir çözelti olarak korumaya çalışırlar. Bu, bazı yapısal problemler ortaya çıkarırken, suyun hücrede serbestçe akmasına ve gerekli reaksiyonların çoğuna katılmasına izin verir. Şayet, hücreler hipotonik olsaydı, sonunda sularının çoğunu çevreye verirlerdi. Diğer organizmalar, osmoconformers, çevre ile aynı ozmolariteye sahiptir, ancak tam çözünenler farklı olabilir. Bu durum, çok su kaybetmemelerini ve kazanmamalarını sağlamaktadır.
Hipertonik Çözeltilerin Kullanım Alanları
Bir çözümün tonunu değiştirmenin pratik uygulamaları vardır. Örneğin, ters ozmoz, çözeltileri saflaştırmak ve deniz suyunu tuzdan arındırmak için kullanılabilir. Hipertonik çözümler gıdanın korunmasına yardımcı olur. Örneğin, gıdanın tuzla paketlenmesi veya hipertonik bir şeker veya tuz çözeltisi içinde asitlenmesi, mikropları öldüren veya en azından üreme yeteneklerini sınırlayan hipertonik bir ortam yaratır. Hipertonik çözeltiler ayrıca su, hücrelerden çıkarken veya bir zardan denge kurmaya çalışırken yiyecekleri ve diğer maddeleri dehidre eder.
“Hipertonik” ve “hipotonik” terimleri genellikle herkesin kafasını karıştırır çünkü referans çerçevesini açıklamayı ihmal ederler. Örneğin, bir hücre tuz çözeltisine yerleştirirse, tuz çözeltisi hücre plazmasından daha hipertoniktir (daha konsantre). Ancak duruma hücrenin içinden bakarsa, plazmanın tuzlu suya göre hipotonik olduğu düşünülebilir.
Ayrıca, bazen dikkate alınması gereken birden fazla çözüm türü vardır. Bir tarafında 2 mol Na + iyonu ve 2 mol Cl – iyonu ve diğer tarafında 2 mol K + iyonu ve 2 mol Cl – iyonu bulunan yarı geçirgen bir zarınız varsa, tonisiteyi belirlemek kafa karıştırıcı olabilir. Her iki tarafta 4 mol iyon olduğunu düşünürse, bölümün her bir tarafı diğerine göre izotoniktir. Bununla birlikte, sodyum iyonlu taraf bu tür iyonlara göre hipertoniktir (diğer taraf sodyum iyonları için hipotoniktir). Potasyum içeren tarafiyonlar, potasyuma göre hipertoniktir (ve sodyum klorür çözeltisi, potasyuma göre hipotoniktir). Olmasını beklenilen durum; sodyum ve potasyum iyonlarının, dengeye ulaşılana kadar zarı geçmesidir; bölmenin her iki tarafında 1 mol sodyum iyonu, 1 mol potasyum iyonu ve 2 mol klor iyonu bulunur.
Hipertonik Çözeltilerde Suyun Hareketi
Su, yarı geçirgen bir zar boyunca hareket eder. Unutulmamalıdır ki, su, çözünen parçacıkların konsantrasyonunu eşitlemek için hareket eder. Membranın her iki tarafındaki solüsyonlar izotonik ise, su serbestçe ileri geri hareket eder. Su, bir zarın hipotonik (daha az konsantre) tarafından hipertonik (daha az konsantre) tarafa hareket etmektedir ve akışın yönü, çözeltiler izotonik olana kadar devam eder.
Kaynakça:
https://www.khanacademy.org/science/biology/membranes-and-transport/diffusion-and-osmosis/a/osmosis
https://www.thoughtco.com/hypertonic-definition-and-examples-605232
https://study.com/academy/lesson/hypertonic-solution-definition-effect-example.html
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu