Hücre zarını oluşturan çift tabaka, hücrenin kendisi tarafından üretilen fosfolipidlerden oluşur ve hücre içi ortam ile dış ortam arasında esnektir; Ancak etkili bir engeldir. Ayrıca çift katman, içine dahil edilecek çeşitli transmembran proteinler için bir yüzey sağlar. Membranın hacimli lipid düzenlemesi, lipidde çözünen küçük moleküllerin hücreye girip çıkmasına izin verirken, zarın belirli lipidde çözünmeyen kimyasallara karşı geçirgen olup olmadığı, membran çift tabakasındaki proteinlere bağlıdır. Hücrelerin belirli maddeleri ozmotik konsantrasyon gradyanlarına karşı verimli bir şekilde taşıma yeteneği, zar proteinlerinin özellikleri ile ilgilidir.
Zarların çok seçici olduğunu göstermek oldukça kolaydır. Hücreyi geçmeye hazır bir molekül biraz değişebilirse, şeklini veya elektrik yükünü kendi başına değiştiremediği sürece genellikle zar boyunca hareket etme yeteneğini kaybeder. Zarın bölümleri üzerindeki bu seçicilik, çeşitli deneylerle desteklenen, taşıma faktörlerinin veya taşıyıcıların enzimlere benzer proteinler olduğu hipotezini akla getirir. Her iki madde de difüzyonla hareket ederse, iki maddenin belirli bağ bölgelerinin çoğullanması için zardaki enzim benzeri moleküllerle rekabet etmesi muhtemeldir ve örtüşme meydana gelmez. Artık, taşıma araçlarının, son derece özelleşmiş kanalların ve pompaların, hücre içindeki ve dışındaki moleküler trafiği kontrol ettiğini biliyoruz. Her biri, bu işlemler için transmembran proteinlerine bağlıdır. Ek olarak, her biri, genellikle birlikte çalışan birçok transmembran proteinden oluşur. Bu kanallar ve pompalar, kimyasalların zara girmesine izin verdiği için permeaz olarak bilinir.
İçindekiler
zar kanalları
Geçitlerin en basiti olan zar kanalları, herhangi bir maddenin zardan geçmesi için açıklıklardır. Bu kanallar seçici olarak negatiftir ve belirli kimyasalların konsantrasyon gradyanlarını düşürmelerine izin verir. Bu, zarın yüksek seçiciliğinin temelini oluşturur ve kolaylaştırılmış difüzyon olarak bilinir. Potasyum iyonlarının protein kanalları bu duruma iyi bir örnektir. Çoğu hücrede K+ birikimi hücresel süreçlerden kaynaklanır. Yüklü parçacıklar olan potasyum iyonları zarda çözünmez; Ancak potasyum iyonları için kanallar, bu iyonların kontrollü bir oranda yavaşça dışarı sızmasına izin verir. Bu tür sızıntıların olmaması durumunda, hücrenin düzgün çalışması için potasyum konsantrasyonu çok yüksek olacaktır. Potasyum kanallarının özellikleri hem iyonun iç şeklinden hem de yükünden kaynaklanır; Ancak hiç kimse bu basit zar gözeneklerinden neyin geçtiğini ayrıntılı olarak anlamıyor.
Daha karmaşık kanallar pasif olsalar da, genellikle iki özel maddeyi uyum içinde iletirler. Örneğin, iyon değişim kanalları genellikle yüklü iyonları değiştirerek çalışır ve bunlara port denir. Elektrik yükünü dengede tutarak, bir iyon hücreye girerken diğeri hücreden çıkar. Birçok entegre transmembran proteini, kırmızı kan hücrelerinin Cl-i’yi HCO-3 (çözünmüş karbondioksit) ile değiştiren ve karbondioksit atık ürünlerinin hücrelerden akciğerlere taşınmasından sorumlu olan transmembran kanallarıdır.
Diğer kanallar birlikte iki malzemeyi aynı yönde hareket ettirir ve bunlara simport denir. Bu yönde koordineli hareket (cotransport), çoğu hücre için en önemli enerji kaynağı olan glikozun zar boyunca taşınmasında önemlidir. Sodyum iyonları, hücre içinde olduğundan 11 kat daha fazla hücre dışında yoğunlaşmıştır. Bu, hücreyi içeride yüksek bir ozmotik gradyana maruz bırakır. Uygun bir kanaldan glikoz ile birlikte geçmelidir. Bu kanallar kendi başlarına herhangi bir materyal iletmeyeceklerdir. Sanki bu zar gözeneklerinin açılabilmesi için ikisinin kanalların dışında birbirine bağlanması gerekir. Böylece, Na’nın ozmotik konsantrasyon gradyanının serbest enerjisinden yararlanılır ve daha küçük, olumsuz glukoz konsantrasyon gradyanının üstesinden gelinir. Termodinamik terimlerle, bunlar iki difüzyon tepkimesidir, Na+’nın “aşağı doğru hareketi” glikozun “yukarı doğru hareketinden” daha fazla serbest enerji açığa çıkarır, dolayısıyla birlikte difüzyon devam eder.
Ozmotik konsantrasyon gradyanı açısından bu tanım, Na’nın ortak bir kanal aracılığıyla glikoz ile birlikte hareketini açıklar; Ancak hareket hızı, zarın bir tarafından diğerine doğru olan bir konsantrasyon gradyanı ile açıklanamayacak kadar büyüktür. Ayrıca, iyonların dağılmasına yardımcı olan ikinci bir önemli gradyan vardır.
Bildiğimiz gibi aynı yüke sahip iyonlar birbirini iter, farklı yüke sahip iyonlar ise elektriksel olarak birbirini çeker. Sonuç olarak, bir hücrede pozitif yüklü iyonlardan daha fazla negatif yüklü iyon varsa, pozitif iyonlar hücreyi çevreleyen sıvıdan hücre zarına yapışacaktır (genellikle çoğu hücre, onları çevreleyen sıvı nedeniyle yaklaşık 70 milivoltluk bir negatif yüke sahiptir) ). Membran boyunca yüklerdeki fark, elektrostatik bir gradyan oluşturur ve özel kanallar açıldığında, negatif iyonlar hücreden dışarı akar ve pozitif iyonlar hücrenin içine akar. Na+ gibi daha yüksek hücre dışı konsantrasyona sahip iyonlar için, ozmotik kuvvetler ve elektrostatik kuvvetler birleşerek güçlü bir elektrokimyasal gradyan oluşturur.
Birleşik kuvvetlerin serbest enerjisi, glikoz ile hücreye giren Na’nın özel etkisi, birleşik kuvvetlerin serbest enerjisini oluşturur. Elektrokimyasal gradyanı koruyan bu mekanizma, aşağıda tartışılan ‘sodyum-potasyum’ pompasıdır.
Zar boyunca hareketlerin kontrol edilmesi için başka bir gereklilik, transmembran kanalın bir uçtan diğerine bir geçişe sahip olmasıdır. Hücreler arasında bilgi ileten özel moleküllerin sinyalinin, hücre içi iletişim için daha uygun olan ikincil bir sinyale dönüştürülmesi çok yaygındır. Morfolojide allosterik bir değişiklik, bir sinirden diğerine mesajlar ileten bir hormon veya bir verici gibi moleküler bir sinyal, bir proteinin zar boyunca açıkta kalan kısmına (bir reseptör) bağlandığında meydana gelir. Değişim, kapının açılmasına izin verir ve Na+ veya Ca++ gibi iyonlar genellikle zar boyunca hareket edebilir. Kapılı kanallar, hayvanlar dış dünyayı algıladığında, kaslarını hareket ettirdiğinde ve hatta belki düşündüğünde sinir uyarılarını ileten bitki ve hayvanlarda iletilen birçok kimyasal mesajın temelidir. Moleküllerin zardan geçişini kontrol eden diğer bir durum ise zar üzerinde kanalların bulunmasıdır. Yetkilendirme için henüz böyle bir örnek bilinmiyor. Ancak valinomisin, mobil bir taşıyıcı görevi görür. Valinomisin, polar ve hidrofobik bir dış halkaya sahip bir polimerdir. Kutup cebi 6 oksijen atomu ile çevrilidir ve basit bir potasyum iyonu tutabilir.
Bileşik, her iki yönde de K+ iyonları taşıyarak rastgele ileri geri sallanıyor gibi görünüyor. K’nın net dönüşümü, elektrokimyasal gradyanın istatistiksel sonucudur: valinomisin, K’yi hücre içinde fazladan toplar ve onu yalnızca dışarıya iletir; Çünkü içerisi dışından fazladır. Valinomisin normal bir zar proteini değildir; Ayrıca teknik olarak bir protein değildir; Çünkü peptit alt birimlerinden biri sıradan bir amino asit değildir. Bu antibiyotik, zehirleyerek rekabet ettikleri mikroorganizmaların zarlarının geçirgenliğini seçici olarak değiştiren bazı bakteriler tarafından üretilir. Normal zarlarda taşıyıcılar olduğuna dair bazı kanıtlar vardır; Ancak varlıkları hala açıklanamayan bir sorundur.
zar pompaları
Pompa olarak bilinen diğer izinler, serbest enerji gradyanına bağlı değildir. Bunun yerine pompalar, malzemeleri gradyanlarına karşı hareket ettirmek için hücrede depolanan enerjiyi kullanır. Aktif taşıma olarak bilinen yöntem, hücrenin zarda çözünmeyen artıkları uzaklaştırması ve çok büyük moleküllerin hücreden kaçması için önemlidir. Pompalar ayrıca hücrenin yapı taşlarının birçoğunu taşır. Bununla birlikte, bir zar boyunca elektrokimyasal gradyanı korumak için gelişmiş, sorumlu ve en iyi anlaşılan bir zar pompası örneği, sodyum-potasyum pompasıdır. Bu pompa ve birçok hücresel işlem için gerekli olan serbest enerjinin kaynağı, hücresel enerji taşıyıcısı ATP’dir (adenozin trifosfat). Pompa bu enerjiyi potasyum ve sodyum iyonlarını membran boyunca değiştirmek için kullanır, böylece elektrokimyasal gradyan korunur.
Bu pompanın etkileri şu şekilde özetlenebilir:
Sinirlerin ve kasların elektriksel aktivitesinden sorumludur ve birçok ozmotik taşıma sistemi için dolaylı olarak serbest enerji sağlar.
Pompa, karşı kanal Na+ ve H+ kanallarının hücresel pH’ı kontrol etmesine izin veren bir gradyan sağlar ve birçok hücrenin ozmotik potansiyellerini kontrol ederek hacimlerini düzenlemesine yardımcı olur.
Nitekim, Kızılderililerin oklarının ucuna koydukları zehir hücrelerin pompalarını bozduğunda, hücreler kontrolsüz bir şekilde patlayana kadar suyla şişti. Göreceğimiz gibi, sodyum-potasyum pompası aynı zamanda sinirlerin ve kasların elektriksel aktivitesi ve bitki köklerinden su alımı da dahil olmak üzere organizmalardaki birçok metabolik fonksiyona yardımcı olur.
Pek çok hücre, glikozu taşımak için çivi yazısının dışında az miktarda glikozla başlarken, birçoğu bu görev için büyük miktarlarda glikoz kullanır. Bu konsantrasyon hücre içinde nasıl bu kadar düşük tutulabilir? Hücre bunu, glikoza tamamen dahil olana kadar başka bir bileşik bağlayarak yapar. Sonuç olarak, serbest glikoz konsantrasyonu hücre içinde yapay olarak düşük kalır ve glikoza yönelik ozmotik kapasite kontrol edilemez hale gelir.
kaynak:
Khan Akademisi
yazar: bronzlaştırıcı tonik
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]