Ana içerik
Konu: AP®︎/Üniversite Biyoloji > Ünite 2
Ders 4: Zar GeçirgenliğiAkışkan Mozaik Modeli: Hücre Zarı Makalesi
İnsan vücudu rastgele parçaların karman çorman bir karışımından yapılmış gibi görünebilir ancak durumun tam olarak bu olmadığını da bildiğinizi tahmin ediyoruz. İnsan vücudunu oluşturan sıvı besinler, hücre mekanizmaları ve taslak bilgileri, çift katmanlı lipitlerle çevrili, birbirinden ayrı hücrelerin içinde yer alırlar.
Hücre zarının amacı hücrenin farklı bileşenlerini bir arada tutmak ve onları hücrenin dışındaki ortamdan korumaktır. Hücre zarı ayrıca hücrenin çok fazla besin kaybetmemesi ya da aşırı iyon almaması için hücreye giren ve hücreden çıkanları düzenlemekle görevlidir. Zararlı şeyleri dışarıda tutmak konusunda da oldukça iyi bir iş çıkarır.
Neden yapılmıştır?
Hücre zarının başlıca bileşenleri:
1. Fosfolipitler
2. Kolesterol
3. Proteinler
1) Fosfolipitler
Fosfolipitlerin iki önemli kısımları vardır: bir baş ve iki kuyruk. Baş kısmı, suyu seven (hidrofilik) bir fosfat molekülüdür. Kuyruklar ise suyla geçinemeyen yani suyu iten (hidrofobik) yağ asitlerinden oluşmuştur. Hücre zarı, hücrenin dışından ve içinden olmak üzere, elektrolit ve diğer maddelerle karışmış suya maruz kalır. Hücresel zarlar oluştuklarında fosfolipitler, bu hidrofilik ve hidrofobik özelliklerinden ötürü, iki katman halinde birleşirler. Katmanlardaki fosfat başları, her iki tarafta da sulu ortama dönük olacak şekilde kuyruklar ise hidrofobik olduklarından ötürü, sudan saklanarak, başlardan oluşan kısımların orta tarafında gizlenirler. Biyologlar bu düzgün birleşim karakteristiğine "kendiliğinden bir araya gelme" ismini verirler.
2) Kolesterol
Kolestrol, hücreye giren ve hücreden çıkan moleküllerin düzenlenmesine yardım eden bir steroid türüdür. Kolesterolden daha sonra detaylıca bahsedeceğiz ancak şimdilik hücre zarının bir parçası olduğunu unutmayın.
3) Proteinler
Hücre iki farklı protein türünden ya da "sınıfı"ndan, oluşmuştur. İntegral proteinler fosfolipit çift katmanı içinde yer alır ve her iki tarafta da çıkıntı yaparlar. İntegral proteinler hücre zarı boyunca glikoz gibi büyük moleküllerin taşınmasına yardım ederler. Fosfolipit çift katmanın kutuplarıyla etkileşen, polar ve apolar bölgeler adı verilen bölgeleri bulunur.
Polar ve apolar, bir moleküldeki elektronların konsantrasyonları ile alakalı terimlerdir. Polar, elektronların eşit şekilde dağılmaması yani bir tarafın diğerinden pozitif ya da negatif olarak daha yüklü olmasıdır. Apolar, elektronların eşit şekilde dağılmasıdır, böylece molekül, yüzeyi boyunca eşit şekilde yüklenmiş olur.
Diğer protein sınıfı, zar boyunca uzanmayan periferal proteinlerdir. İntegral proteinlerin uçlarına bağlı olabilir ya da olmayabilirlerken, taşıma ya da haberleşmeye yardım ederler.
Hücre zarı neden sıvıdır?
Bilim insanları, hücre zarının nasıl göründüğünü ve çalıştığını akışkan mozaik modeliyle tanımlarlar, çünkü hücre zarı, zar boyunca yayılmış bir takım farklı molekülden oluşmuştur. Bir hücre zarını yakından inceleyecek olsaydınız, farklı molekül türlerinin bir araya geldiği, bir mozaiğe benzeyen bir yapı ya da örüntü görürdünüz. Bu moleküller iki boyutta sürekli olarak ve akışkan biçimde hareket ederler; aynen buzdağlarının okyanusun yüzeyinde yüzmeleri gibi. Molekül mozaiklerinin hareketi, tamamıyla aşılmaz bir bariyer oluşturmayı imkansız kılar.
Hücre zarının akışkanlığını etkileyen 3 etken bulunur:
- Sıcaklık: Sıcaklık, fosfolipitlerin nasıl hareket ettikleri ve birbirlerine ne kadar yakın oldukları üzerinde etkilidir. Soğukta birbirlerine daha yakınken, sıcakta birbirlerinden uzaklaşırlar.
- Kolesterol: Kolesterol molekülleri fosfolipit çift katmanları boyunca eşit şekilde dağılıp, çift katmanın farklı çevre koşullarında akışkan kalmasını sağlarlar. Kolesterol fosfolipitleri bir arada tutar, bir başka deyişle, onların birbirlerinden çok ayrılıp istenmeyen maddeleri geçirmelerini ya da aşırı sıkılaşıp zar hareketini kısıtlamalarını önler. Kolesterol olmazsa, hücrelerinizdeki fosfolipitler soğuğa maruz kaldıklarındaki gibi birbirlerine yaklaşarak gazlar gibi ufak moleküllerin, normalde yapabildikleri gibi, fosfolipitlerin arasından geçebilmelerini zorlaştırırlar. Kolesterol olmazsa, fosfolipitler birbirlerinden ayrılmaya başlayarak aralarda büyük boşluklar oluşmasına sebep olurlar.
- Doymuş ve doymamış yağ asitleri: Fosfolipit kuyrukları oluşturanlar yağ asitleridir. Doymuş yağ asitleri, aralarında tek bağ bulunan karbon zincirleridir. Sonuç olarak, zincirler düzdür ve sıkıca bir araya gelmeleri kolaydır. Doymamış yağlar, bazı karbon atomlarının arasında çift bağlar bulunan karbon zincirleridir. Çift bağlar zincirlerde bükülmelere sebep olarak zincirlerin sıkıca bir araya gelmelerini zorlaştırır.
Bu bükülmeler zar akışkanlığında; fosfolipitlerin arasındaki boşluğu artırarak moleküllerin düşük sıcaklıklarda donmalarını zorlaştırarak rol oynarlar. Ek olarak, büyümüş boşluklar CO
Hücre zarından neler geçebilir?
Fosfolipitler birbirlerine doğru çekilirler ama aynı zamanda sürekli hareket halindedirler ve biraz da birbirleri üzerinden sekerler. Zarın akışkanlığından doğan bu boşluklar inanılmaz derecede küçük olduğundan, hücre zarı yine de etkili bir bariyer olarak kabul edilir. Bu sebepten ve proteinlerin zardan geçişe yardımcı olma özelliklerinden ötürü, hücre zarları yarı-geçirgen olarak adlandırılırlar.
Hücresel ortamda bulunan moleküller 5 geniş sınıfa ayrılırlar. Bu moleküllerin bazıları zarı geçebilirken, bazıları da başka moleküllerin veya işlemlerin yardımına ihtiyaç duyarlar. Bu molekül sınıflar arasında ayrım yapmanın yollarından biri, suyla etkileşimleridir. Hidrofilik (suyu seven) moleküller suyla veya diğer hidrofilik moleküllerle bağ kurabilme yeteneğine sahiptir. Bunlara polar molekül adı verilir. Bunun tam tersi ise, hidrofobik (sudan korkan) moleküller için doğrudur ve bu moleküller de apolar moleküller olarak adlandırılır. İşte o 5 sınıf:
- Oksijen ve karbondioksit gibi, küçük, apolar moleküller, lipit çift katmanından; fosfolipit çift katmanlarının arasına sıkışarak geçerler. Taşıma için proteinlere ihtiyaç duymazlar ve zardan hızla geçebilirler.
- Su gibi, küçük, polar moleküller, üstteki molekül tipinden biraz daha zordur. Fosfolipit çift katmanlarının iç kısımlarının hidrofobik kuyruklardan oluştuğunu hatırlayın. Su moleküllerinin geçişi kolay olmaz, ama yine de proteinlerin yardımı olmaksızın geçebilirler. Ancak bu, diğerlerine oranla biraz daha yavaş gerçekleşen bir işlemdir.
- Karbon halkaları gibi büyük, apolar moleküller, bu halkalar da katmanlardan geçebilirler fakat bu da yavaş bir işlemdir.
- Basit şekerlerden biri olan glikoz veya iyonlar gibi büyük, polar moleküller, bir iyonun yükü ve büyük polar moleküllerin boyutlarıyla yükleri, fosfolipit zarın apolar bölgesinden yardım olmaksızın geçmelerini aşırı zor bir hale getirir.
Bunları da göz önünde bulundurun:
Hücre zarının önemli molekülleri alma/dışa aktarma veya haberleşme özelliklerinde bir sorun olursa ne olur? Fosfolipit çift katmanın bu işlevleri yerine getirme özelliğindeki sorunlar ile ilişkili pek çok hastalık mevcut. Bunlardan biri beynin küçülmesiyle ve hafıza kaybıyla nitelendirilen Alzheimer hastalığıdır. Alzheimer hastalığının ortaya çıkışını açıklayan fikirlerden biri, beyin nöronlarının fosfolipit çift katmanına yapışan plakların oluşumudur. Bu plaklar beyin nöronları arasında haberleşmeyi engelleyerek nihayetinde nöronların ölümüne yol açar ve buna bağlı olarak, zayıf kısa süreli bellek gibi Alzheimer semptomlarına sebep olurlar.
Tartışmaya katılmak ister misiniz?
Henüz gönderi yok.