Fizik-Kimya-Matematik
Dr. Sevda Seçer Esmer
30/07/2022 - 09:00

Hücre Zarının İşleyişini İnceleyelim

Deneyler köşesinin bu projesinde hücrenin dışı ile içi arasında maddelerin nasıl taşındığını inceliyoruz.

Bilmekte Fayda Var!

Tükettiğimiz yiyeceklerin içindeki besin maddeleri kan dolaşımı aracılığıyla hücrelerimize ulaşır. Besinler ya da biyokimyasal süreçler için ihtiyaç duyulan diğer maddeler kandan hücrelerin içine geçer, metabolik faaliyetler sonucu açığa çıkan atık maddeler ise hücrelerin dışına atılır. Peki hücrenin içi ve dışı arasındaki bu madde transferi nasıl gerçekleşiyor olabilir?

Hücre zarının bu süreçte çok önemli rolü vardır. Hücre zarı sadece belirli maddeleri hücrenin içine alır, yine sadece belirli maddelerin hücrenin dışına çıkmasına izin verir. Hücre zarının bu özelliği seçici geçirgenlik olarak isimlendirilir.

Hücrelerin içi ve dışı arasındaki madde alışverişi farklı yollarla gerçekleşebilir. Bunlardan biri de difüzyondur. Difüzyon, taneciklerin çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru hareket etmesi olarak tanımlanabilir. Difüzyon hareketi, hücre zarının içindeki ve dışındaki madde derişimi eşit olunca durur. Difüzyon yoluyla madde transferinde enerji harcanmaz. Hücre zarından madde geçişi sırasında enerji harcanmıyorsa bu tür geçişler pasif taşıma, enerji harcanıyorsa aktif taşıma olarak isimlendirilir. Aktif taşımada maddeler az yoğun ortamdan çok yoğun ortama enerji harcanarak taşınır.

Bu hareketi daha iyi anlamak için elinizdeki bir bardak suyun içine bir damla gıda boyası damlattığınızı hayal edin. Gıda boyasının içinde boya moleküllerinin derişimi yüksektir. Gıda boyasını suyun içine damlattığınızda boya moleküleri, su-gıda boyası karışımının içindeki boya derişimi karışımın tamamında eşit oluncaya kadar suyun içinde dağılacaktır.

Örneğin yediğiniz bir çikolata sindirime uğrayarak glikoz moleküllerine kadar parçalanır. Glikoz molekülleri dolaşım sistemi ile hücrelerinizin bulunduğu ortama ulaşır. Glikoz moleküllerinin yoğunluğu hücrenin dışında hücrenin içine göre daha yüksektir. Bu durumda glikoz molekülleri hücre zarında bulunan ve glikoza bağlanabilen proteinler aracılığıyla hücre zarında por adı verilen geçitlerden hücrenin iç kısmına doğru taşınır. Bu hareket, hücrenin içi ve dışı arasındaki glikoz derişimi dengeleninceye kadar devam eder.

 

Nelere İhtiyacımız Var?

  • Agar agar tozu (Pastacılık malzemeleri satan yerlerde ya da aktarlarda bulabilirsiniz.)
  • Fenolftalein pH belirteci (Kırmızı lahanadan pH belirteci yapabilirsiniz.)
  • Amonyak (Amonyak bazlı cam temizleyicileri kullanabilirsiniz.)
  • Su
  • Sirke
  • Isıya dayanıklı kap
  • Cezve
  • Çay kaşığı
  • Su bardağı
  • Damlalık
  • Bıçak
  • Cetvel
Uyarı:
Kesici aletleri kullanırken dikkatli olalım.
Sıcak cisimlerin elimizi yakmamasına dikkat edelim.
 

Ne Yapıyoruz?

 

Ne Oldu?

Sirkede beklettiğimiz küplerin kenar kısımlarının renk değiştirerek pembeden şeffafa  döndüğünü gözlemledik. Sirke asidik özellikte bir maddedir. Sirkeyi su ile karıştırdığımızda çözeltinin içindeki artı yüklü hidrojen yani hidronyum iyonlarının derişimi artar. Agar agar küplerini sirkenin içine koyduğumuzda artı yüklü hidrojen iyonları, küplerin içine doğru difüzyonla taşınır. Çünkü sirke-su çözeltisinin içindeki artı yüklü hidrojen iyonlarının derişimi agar agar küplerinin içindekinden yüksektir.

Fenolftalein artı yüklü hidrojen iyonları ile kimyasal olarak etkileştiğinde pembe rengini kaybeder ve renksiz hâle dönüşür. Sirke küplere daha çok nüfuz ettikçe küplerin içindeki pembe bölümün giderek azaldığını görürüz.

Fenolftalein bir pH belirtecidir. Fenolftalein, ortamın pH derecesi 8,5-9’un altındayken renksiz, üstündeyken pembe renktedir.

Sirkenin küplere ne kadar nüfuz ettiğini belirlemek için öncelikle her bir küpün hacmini hesaplayalım.

Küpün Kenar Uzunluğu

Küpün Yüzey Alanı

Hacim

Yüzey Alanı / Hacim Oranı

1 cm

6 cm2

1 cm3

6 cm-1

2 cm

24 cm2

8 cm3

3 cm-1

3 cm

54 cm2

27 cm3

2 cm-1

Şimdi de bir cetvel kullanarak agar agar küplerinin pembe kalan bölümlerinin uzunluklarını ölçerek hacimlerini hesaplayalım.

1 cmlik küpteki pembe kalan kısmın kenar uzunluğu= 0,4 cm

2 cmlik küpteki pembe kalan kısmın kenar uzunluğu= 1,6 cm

3 cmlik küpteki pembe kalan kısmın kenar uzunluğu= 2,7 cm

Her bir küpün toplam hacminden pembe kalan bölümün hacmini çıkarıp sirkenin etki ettiği bölümün hacmini hesaplayalım.

Son olarak her bir küpteki sirkenin etki ettiği bölümün hacmini küpün hacmine bölüp yüzle çarparak, sirkenin etki ettiği hacmin tüm hacme oranını yüzde olarak bulalım.

Küplerin Hacmi

Pembe Renkteki Bölümün Kenar Uzunluğu

Pembe Renkteki Bölümün Hacmi

Sirkenin Etki Ettiği Bölümün Hacmi

Sirkenin Etki Ettiği Hacmin Tüm Hacme Oranı (%)

1 cm3

0,4 cm

0,064 cm3

1-0,064=

0,936 cm3

0,936/1 x100 = %93,6

8 cm3

1,6 cm

4,096 cm3

8-4,096=

3,904 cm3

3,904/8x100 = %48,8

27 cm3

2,7 cm

19,683 cm3

27-19,683=

7,317 cm3

7,317/27x100 = %27,1

 

Çizelgenin en sağ sütununda yer alan oranları incelediğimizde, küp büyüdükçe sirkenin etki ettiği hacmin küpün hacmine oranının azaldığını görürüz. Peki ama neden?

Küpün kenar uzunluğu arttıkça hacminin de arttığını görürüz. Küpün kenar uzunluğu 1 cm’den 2 cm’ye çıktığında hacmi 1 cm3ten 8 cm3e 8 kat, kenar uzunluğu 3 cm’ye çıktığında ise hacmi 27 cm3e 27 kat artar.

Kenar uzunluğu 1 cm’den 2 cm’ye çıktığında yüzey alanı 6 cm2den 24 cm2ye 4 kat, kenar uzunluğu 3 cm’ye çıktığında yüzey alanı 54 cm2ye 9 kat artar.

Sirke, küpün içine ancak yüzeyinden girebilir. Bu nedenle yüzey alanı-hacim oranı azaldıkça sirkenin difüzyonla tüm küpe yayılması için geçen süre önemli ölçüde artar.

Yaptığımız deneyde agar agar küplerini sirkenin içinde beklettiğimiz 10 dakikanın sonunda, sirke kenar uzunluğu 1 cm olan küçük agar agar küpünün hacimsel olarak %93,6’sına etki ederken, kenar uzunluğu 2 cm olan agar agar küpünün %48,8’ine, kenar uzunluğu 3 cm olan büyük agar agar küpünün ise %27,1’ine etki etti.

Hücrelerdeki madde giriş-çıkışı hücre zarı boyunca gerçekleşir. Hücreler büyüdükçe tıpkı deneyimizdeki küpler gibi yüzey alanı/hacim oranları azalır. Örneğin bakteri hücreleri insan hücrelerine kıyasla çok daha küçüktür ve bakteri hücrelerinin yüzey alanı/hacim oranı insan hücrelerininkinden daha büyüktür. Bu nedenle insan gibi daha gelişmiş ve büyük hücrelere sahip canlılarda hücrelere yetecek miktarda madde giriş-çıkışı olabilmesi için difüzyon gibi pasif taşıma süreçlerinin yanı sıra enerjinin harcandığı madde taşıma süreçleri de gerçekleşir.

 

Sözlük:

Derişim: Belirli bir hacimdeki madde miktarı.

Kaynaklar:

Yazar Hakkında:

Dr. Sevda Seçer Esmer
İzmir Arkas Bilim ve Sanat Merkezi Fen Bilimleri Öğretmeni

 

Fizik-Kimya-Matematik

Herhangi O merkezli, r yarıçaplı bir çemberin çevre uzunluğunun 2πr’ye eşit olduğunu hepimiz biliriz. Peki ama bu sayı nasıl elde ediliyor? Gelin hep birlikte öğrenelim.

Tasarla ve Yap köşesinin bu projesinde uygun malzemeler ile bir hoparlör yapıyoruz.