Biyolojik Zarlardan Madde Taşıma Şekilleri

Biyolojik Zarlardan Madde Taşıma Şekilleri

 

Belirli madde veya moleküllerin hücreye alınması veya hücreden dışa verilmesi, canlılığın devamı açısından çok önemli ve ayni zamanda zorunludur. Hücre yaşadığı sürece bu madde trafiği devam eder.

Eğer bu madde alışverişi engellenecek olursa veya her hangi bir şekilde kesilirse hücre ölür. Her ne kadar bazı maddeler hücre zarından geçmeden endositoz ile alınıp ekzositoz ile dışa atılabiliyorsa da veya bir organelin içeriği zarların kaynaşması sonucu bir diğerine aktarılabiliyorsa da, biyozarlardan gerçekleşen madde alışverişi hücrelerin faaliyetleri için çok önemli olmaktadır.

Genel olarak maddelerin zarlardan geçişi, zar yapısında önemli bir değişiklik yapmaz. Hücre zarının büyük bir kısmını çift lipit tabakası oluşturduğundan lipitte çözünür maddeler zardan kolayca geçebilirler. Maddelerin hücre zarı yoluyla alınıp verilmesinde maddenin büyüklüğü, yükü ve lipitte çözünme derecesi önemli rol oynar.

Küçük moleküller (örneğin su, gliserol, karbondioksit), lipitte çözünürlükleri fazla olan maddeler (örneğin oksijen, azot ve alkoller ile bazı küçük fakat yüksüz moleküller) zarın polar olmayan hidrofobik lipit tabakasından diffüzyonla kolayca geçebilirler. Buna karşılık büyük moleküller (örneğin proteinler ve nükleotitler gibi), küçük fakat yüklü iyonlar (örneğin Na+, K+, Cl, H+, Ca,2+ Mg2+, SO42-  ve bikarbonat gibi) ve küçük hidrofilik moleküller (örneğin glukoz, ATP ve pruvat gibi) zarın lipit tabakasından diffüzyonla geçemezler.

Na+, K+, Cl, H+, Ca,2+ ve Mg2+ gibi iyonlar çevrelerinde oluşan büyük su zarfları nedeniyle küçük olmalarına rağmen zardan diffüzyonla yeteri kadar geçemezler. Bu durum, hücrenin iyonize olan birçok metabolitinin hücreden dışa diffüzyonla çıkarak kaybolmasını önler. Ayrıca hücre içi ile hücre dışı, hücre içi ile zarlı organelin içi arasında farklı solüt konsantrasyonları oluşmasında önemli rol oynar.

Hücrelerin fonksiyonlarını eksiksiz yapabilmeleri için glukoz ve aminoasitleri,  ayrıca çeşitli polar maddeleri hücre dışı ortamdan almaları, hücre içinde oluşan bazı polar ürünleri de dışarıya vermeleri gerekir. İhtiyaç duyulan polar maddelerin, moleküllerin ve iyonların kolaylıkla alınıp verilmesinde, zarın doğal yapı elemanı olan özel taşıyıcı proteinler (transporterler) iş görür. Bu proteinler zarın lipit tabakaları boyunca uzanan ve zar lipitleri arasında birçok defa katlanma yapma özelliğinde olan proteinlerdir. Bunların her biri taşınacak iyon veya moleküller için özel bağlanma bölgesi veya bölgeleri içerir. Taşıyıcı proteinler taşınacak iyon veya molekülleri bağlarlar. Bu bağlama taşıyıcı proteinde konformasyon değişimine neden olarak bağladığı molekül veya iyonu zarın bir tarafından( yüzünden) diğer tarafına taşımasını sağlar. Taşıyıcı protein daha sonra taşıdığı iyon veya molekülü bırakır ve tekrar zardaki doğal konformasyonunu kazanır. Taşıyıcı proteinler taşıma işini aktif transport yoluyla veya pasif transport tiplerinden kolaylaştırılmış difüzyon yoluyla yaparlar. Zarlardaki taşıyıcı proteinler, hücre metabolizma ve aktivitesinde önemli rol oynarlar. Bu proteinler besinlerin hücre dışı ortamdan hücre içi stoplazmaya, metabolik artıkların hücreden dışarıya taşınmasında iş gördükleri gibi, iyonların giriş çıkışını kontrol ederek hücre içinde sabit bir iç ortamın devamında da iş görürler. Zardaki topolojisine, enerji ile olan ilişkilerine, moleküler filogenisine, transport şekline ve substrat özelliklerine göre farklı zar proteinleri söz konusudur.

 

Bir zarda çok farklı taşıyıcı proteinler bulunabilir. Fakat taşıyıcı proteinleri;

1-Üniportlar (Üniport taşıyıcılar),

2-Kotransportlar (Kotransport taşıyıcılar)

olmak üzere iki grup altında toplayabiliriz.

 

Üniportlar sadece bir maddenin, kotransportlar aynı anda iki farklı maddenin, hücre içine veya dışına doğru zar boyunca taşınmasını sağlarlar. Zarda kotransport proteinlerle taşıma işinin gerçekleşebilmesi için, beraber taşınacak olan iki farklı maddenin aynı anda taşıyıcıya bağlanması gerekir. Kotransport taşımada birlikte taşınan maddeler aynı yöne doğru taşınabildiği gibi farklı yönlere doğru da taşınabilir. İki farklı maddenin ayni yöne doğru taşınmasını sağlayan kotransport proteinlere simport proteinler, zıt yönlere doğru taşınmasını sağlayan kotransport proteinlere de antiport proteinler denir. Antiport taşıma yapan taşıyıcılar bir molekülün diğeri ile değişimini sağlarlar. Örneğin Sodyum-Potasyum-ATP’aze (Sodyum-Potasyum Pompası) tipik bir kotransport proteindir. Bu taşıyıcı protein hücrede antiport taşımada iş görerek üç sodyum iyonunun hücreden dışa çıkmasını, iki potasyum iyonunun hücreye girmesini sağlar.

Biyozarlardaki bazı integral proteinlerinden ikisi yan yana gelerek veya birkaç tanesi bir merkez etrafında dizilerek zarın hidrofilik kanallarını yani zardaki porları oluştururlar. Bu porlardan uygun boy ve yükteki çözünmüş partiküller özellikle belirli iyon veya moleküller daha düşük konsantrasyonda oldukları bölgeye diffüzyon ile geçerler. Kanal proteinleri taşıyıcı proteinler olarak da iş görerek belirli maddelerin kolaylaştırılmış diffüzyon ile zardan geçişlerini sağlayabilirler.

Zar kanallarındaki iletim taşıyıcı proteinle olan iletimden 1000 kat hızlıdır. Böylelikle zardaki kanallar vasıtasıyla çok hızlı iyon transportu sağlanır. Bu zar kanalları ileri derecede seçicidir. Yani her madde her kanaldan geçemez, belirli maddeler belirli kanallardan geçer. Örneğin hücre zarında sodyum ve potasyum iyonlarının her biri için farklı iyon kanalları vardır. Bir hücrenin zarında değişik iyonlar için değişik kanal tipleri bulunabildiği gibi,  farklı hücrelerde de ayni iyon için (örneğin potasyum için) değişik kanal tipleri bulunabilir.

Hücre zarındaki kanalların bazıları devamlı olarak açıktır, fakat bazılarında kapılar (kapaklar) bulunur.  Bu kapılar hücrenin ihtiyaç durumuna göre, özel bir uyartıya tepki olarak açılır/ kapanırlar. Açık olarak bulundukları zaman kanaldan iyon veya moleküller geçebilir.

 

Kanal kapılarının açılmaları/kapanmaları değişik şekillerde sağlanabilir. Kanallar kapaklarının açılmalarını/kapanmalarını sağlayan faktörlere göre aşağıda belirtilen gruplara ayrılırlar;

1-Voltaj değişimine bağımlı veya voltaj kapılı kanallar.

 Bunlar zardaki potansiyel değişimlerine bağımlı olarak açılan/kapanan kanallardır. Örnek sodyum, potasyum kanalları.

2- Liganta bağımlı veya ligant kapılı kanallar.

Bunlar kanalı oluşturan proteinlerden birisine bir maddenin bağlanması sonucu açılan/kapanan kanallardır. Örnek asetil kolin kanalları.

3-İkinci haberciye bağımlı veya ikinci habercili kanallar.

 Bu tip kanallar bir hücre dışı sinyal sonucu hücre içinde oluşan ikinci haberci molekülün iyon kanalındaki proteine doğrudan doğruya veya dolaylı olarak bağlanması sonucu açılan/kapanan kanallardır. Bunlara örnek olarak koku almamızda rol oynayan kemoresptörlerdeki kanallar verilebilir.

4-Mekanik gerilime bağımlı kanallar.

Mekanik gerilim etkisi ile açılan/kapanan kanallardır. Bunlara örnek olarak işitmemizde rol oynayan fonoreseptörlerdeki ve kaslardaki gerilim reseptörlerindeki kanallar verilebilir.

5-Işığa bağımlı veya ışık kapılı kanallar.

Işık etkisiyle açılan/kapanan kanallardır. Görmede rol oynayan fotoreseptörlerdeki kanallar bunlara örnek oluşturur.

6-pH değişikliklerine bağlı olarak açılıp/kapanan kanallar (pH değişikliklerine bağımlı veya pH kapılı kanallar). 

 

Hücrelerde madde alış-verişinde iş gören taşıma şekillerini hem madde akışını sağlama yönü ve enerji ile olan ilişkilerine göre hem de madde alışverişinde bir taşıyıcı taşıyıcının kullanılıp kullanılmamasına göre ayırabiliriz.

Madde akışını sağlama yönüne ve enerji ile olan ilişkiye göre taşıma şekillerini iki grup altında toplayabiliriz.  Bunlar;

A- Pasif taşıma (transport)

B- Aktif taşıma ( transport )

 

Pasif transport hücrenin ürettiği enerji kullanılmadan, maddelerin konsantrasyon farkına bağlı olarak gerçekleşen taşımadır. Bu taşıma tipinde maddeler çok konsantre oldukları bölgeden az konsantre oldukları bölgeye doğru taşınırlar. Aktif taşıma ise enerjiye bağımlıdır. Aktif taşımada maddeler düşük konsantrasyonda oldukları bölgeden yüksek konsantrasyonda oldukları bölgeye doğru taşınırlar. Pasif ve aktif taşıma faaliyetleri ile hücresel fonksiyonlar için gerekli iyon veya moleküllerin konsantrasyonları devam ettirilir. Her iki taşıma grubunda farklı tipler vardır.

Pasif taşımaya diffüzyon, osmos ve kolaylaştırılmış diffüzyon örnek teşkil eder. Aktif taşımaya endositoz (pinositoz ve fagositoz faaliyetleri) ve eksositoz ile biyozarlardaki pompa adı verilen taşıyıcı proteinlerle yapılan taşımalar örnek oluşturur.

 

Madde alış-verişinde bir taşıyıcının kullanılıp kullanılmamasına göre hücrelerdeki taşıma şekilleri ikiye ayrılır;

1 -Vasıtalı taşıma (Taşıyıcı proteinler kullanılarak yapılan taşıma),

2-Vasıtasız taşıma (Taşıyıcı proteinler kullanılmadan yapılan taşıma)

Vasıtalı taşımaya kolaylaştırılmış diffüzyon ve aktif taşıma,  vasıtasız taşımaya diffüzyon ve osmos örnek olarak verilebilir.  Zardaki bazı taşıyıcı protein tiplerini şu şekilde şematize edebiliriz (Şekil 1).

 

taşıyıcı protein

Şekil 1: Zardaki bazı taşıyıcı protein tipleri.

 

Hücreler tarafından çeşitli maddelerin alınması veya verilmesinde zar proteinleri ve/veya elektrokimyasal olaylara bağlı olarak gerçekleşen aktif ve pasif taşıma tiplerine ait bazı örnekler sonraki bölümlerde incelenecektir.

Bu yazının kalıcı bağlantısı http://biyolojidersim.com/biyolojik-zarlardan-madde-tasima-sekilleri/

Bir Cevap Yazın

%d blogcu bunu beğendi: