Aktif taşıma, endositoz ve ekzositoz

Bazı deniz yosunlarının hücrelerinde iyot, çevrelerindeki deniz suyunda bulunandan kat kat daha yoğundur. Eğer iyot yalnızca kendi akış yönünde hareket etseydi, yosun hücresindeki iyot zamanla denize sızar, iki taraftaki derişim eşitlenirdi. Oysa yosun iyotu biriktirmeye devam eder. Bir başka yerde, kanımızdaki bir ak kan hücresi bir bakteriye yaklaşır, onu zarıyla sarar ve bütünüyle içine alır. Bu iki olayda da hücre, maddelerin kendiliğinden yapmayacağı bir işi yapmakta ve bunun için enerji harcamaktadır. Bir önceki derste maddelerin zardan enerji harcanmadan, derişim farkı yönünde geçtiğini gördük. Bu derste önce hücrenin maddeleri bu akışın tersine nasıl taşıdığına, ardından zarın geçiremeyeceği kadar büyük taneciklerin hücreye nasıl alınıp çıkarıldığına bakıyoruz.

• Aktif taşımanın özelliklerini sayar, pasif taşımadan ayırırsın.
• Sodyum-potasyum pompasını ve aktif taşımanın canlılardaki örneklerini açıklarsın.
• Fagositoz, pinositoz ve reseptör aracılı endositozu ayırt edersin.
• Ekzositozun görevlerini ve taşıma türlerinin enerji gereksinimini karşılaştırırsın.

Akışa karşı taşımak

Bir maddenin derişimin düşük olduğu yerden yüksek olduğu yere, yani kendi akış yönünün tersine taşınmasına aktif taşıma denir. Bu iş kendiliğinden gerçekleşmez; hücrenin ATP harcaması gerekir. Aktif taşıma, zarda bulunan ve pompa adı verilen özel taşıyıcı proteinlerle yapılır. Pompa, ATP'den aldığı enerjiyle biçim değiştirir ve taşıdığı maddeyi zarın öbür yüzüne iter. Aktif taşıma yalnızca canlı hücrelerde görülür, çünkü hem ATP üretimi hem de çalışan pompa proteinleri gerektirir.

Sodyum-potasyum pompası

Aktif taşımanın en iyi bilinen örneği sodyum-potasyum pompasıdır. Bu pompa her ATP molekülü için hücrenin içinden dışarı üç sodyum iyonu, dışarıdan içeri iki potasyum iyonu taşır. Böylece hücre dışında sodyum, hücre içinde potasyum yoğun tutulur. Bu dengesizlik rastlantı değildir; sinir hücrelerinin uyarı iletebilmesi ve hücrelerin su dengesini koruyabilmesi bu farka dayanır. Pompanın sinir iletimindeki rolü AYT'de sinir sistemi modülünde ayrıntılı olarak ele alınır.

Pompaların enerji bütçesi

Pompalar sürekli çalışır ve bu iş ucuz değildir. Hücrelerin harcadığı ATP'nin önemli bir bölümü, iyon farklarını korumak için pompaların çalıştırılmasına gider; sinir hücreleri bu bakımdan özellikle çok enerji harcar. Beynin vücudun geri kalanına göre çok fazla enerji tüketmesinin nedenlerinden biri budur. Bu harcama boşuna değildir: hücrenin içini dışından farklı tutmak, canlılığın sürmesinin ön koşuludur.

Canlılardaki örnekler

Aktif taşıma birçok yerde karşımıza çıkar. Bitki kökleri topraktaki seyrek mineralleri, hücre içindeki derişim çok daha yüksek olduğu halde içeri alır. Deniz yosunları iyotu bu yolla biriktirir. Böbreklerde süzülen sıvıdaki glikoz ve bazı tuzlar, ihtiyaç duyulduğunda derişim farkına karşı kana geri alınır. İnce bağırsakta bazı besinlerin emiliminde de enerji harcanan taşıma sistemleri çalışır.

Enerji kesilince

Bir hücrede ATP üretimi durursa, örneğin hücre oksijensiz kalırsa ya da ATP üretimini engelleyen bir zehirle karşılaşırsa, pompalar çalışamaz ve aktif taşıma durur. Buna karşılık oksijen ve karbon dioksitin difüzyonu ya da suyun osmozu enerji gerektirmediği için bir süre daha devam eder. Bir deneyde bir taşımanın oksijensizlikte durup durmadığına bakmak, o taşımanın aktif mi pasif mi olduğunu anlamanın bir yoludur.

Büyük tanecikler

Protein molekülleri, bakteriler ya da besin parçacıkları gibi büyük tanecikler ne lipit tabakasından ne de pompalardan geçebilir. Hücre bu tanecikleri zarın kendisini kullanarak taşır: zar bir kesecik oluşturur ve tanecik bu keseciğin içinde hücreye girer ya da hücreden çıkar. Kesecikli taşıma da enerji gerektirir.

Endositoz

Büyük taneciklerin zarla sarılarak hücreye alınmasına endositoz denir. Üç biçimi vardır.

• Fagositoz (hücre yeme): Hücre zarını uzatarak katı bir taneciği çevreler ve büyük bir kesecik içinde hücreye alır. Ak kan hücreleri bakterileri, amipler ise yalancı ayaklarıyla besinlerini bu yolla yakalar.
• Pinositoz (hücre içme): Zar küçük çukurlar oluşturarak çevredeki sıvıyı ve içinde çözünmüş maddeleri küçük kesecikler halinde içeri alır.
• Reseptör aracılı endositoz: Zardaki reseptörler belirli molekülleri tanıyıp bağlar; bu bölge içe çökerek kesecik oluşturur. Hücre böylece ortamdaki birçok molekül arasından yalnız ihtiyaç duyduğunu seçebilir. Kanda taşınan kolesterolün hücrelere alınması buna örnektir.

Fagositozla alınan bir bakteri içeride bir kesecik içinde kalır; bu kesecik lizozomla birleşir ve lizozomun enzimleri bakteriyi parçalar.

Fagositoz ve vücudun temizliği

İnsan vücudunda fagositoz yalnızca mikroplara karşı kullanılmaz. Bazı ak kan hücreleri, yaşlanmış ya da ölmüş vücut hücrelerini, hücre artıklarını ve dokulara girmiş yabancı parçacıkları da yutarak ortadan kaldırır. Örneğin ömrünü tamamlamış kırmızı kan hücreleri bu yolla temizlenir. Bir yaranın çevresinde biriken ak kan hücreleri, hem mikropları hem de hasarlı doku artıklarını fagositozla temizleyerek iyileşmenin yolunu açar.

Ekzositoz

Hücre içinde kesecikler içinde paketlenmiş maddelerin, kesecik zarının hücre zarıyla kaynaşmasıyla dışarı boşaltılmasına ekzositoz denir. Pankreas hücreleri insülini ve sindirim enzimlerini bu yolla salgılar. Sinir hücrelerinin uçları, sinyal moleküllerini keseciklerde depolar ve bir uyarı geldiğinde ekzositozla serbest bırakır. Hücrenin kullanamadığı atıkların bir kısmı da bu yolla dışarı atılır. Salgılanacak maddeler genellikle Golgi aygıtında keseciklere paketlenir.

Zarın alan dengesi

Endositozda hücre zarının bir parçası kesecik olarak içeri koptuğu için zar yüzeyi küçülür. Ekzositozda ise kesecik zarı hücre zarına katıldığı için zar yüzeyi büyür. Sürekli salgı yapan ya da sürekli madde alan hücrelerde bu iki süreç birbirini dengeler; zar hem yenilenir hem de büyüklüğünü korur.

Taşıma türleri yan yana

Hücre zarından geçişi üç grupta toplayabiliriz. Pasif taşıma (basit difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon, osmoz) derişim farkı yönünde ve enerjisiz gerçekleşir. Aktif taşıma, derişim farkına karşı ve pompalarla, ATP harcanarak yapılır. Kesecikli taşıma (endositoz ve ekzositoz) büyük tanecikleri zarın kendisiyle taşır ve yine enerji gerektirir. Bir taşımanın türünü belirlemek için iki soru yeter: enerji harcanıyor mu ve madde derişim farkının hangi yönünde ilerliyor?

Keseciklerin üretildiği, paketlendiği ve içeriklerinin sindirildiği yapılar hücrenin organelleridir. Sıradaki ders bu organellerden ribozomu, endoplazmik retikulumu, Golgi aygıtını ve lizozomu ele alıyor.

Örnek 1 — Taşıma türü

Soru: Bir madde hücreye, derişiminin dışarıda içeridekinden düşük olduğu halde, ATP harcanarak alınıyor. Bu taşıma türü hangisidir?

• A) Basit difüzyon
• B) Osmoz
• C) Kolaylaştırılmış difüzyon
• D) Pinositoz
• E) Aktif taşıma

Çözüm: Derişim farkına karşı ve enerji harcanarak yapılan taşıma aktif taşımadır. Cevap: E.

Örnek 2 — Pompa

Soru: Sodyum-potasyum pompası her ATP molekülü için ne yapar?

• A) İki sodyumu içeri, üç potasyumu dışarı taşır.
• B) Üç sodyumu dışarı, iki potasyumu içeri taşır.
• C) Yalnız suyu taşır.
• D) Glikozu dışarı atar.
• E) Hiçbir iyon taşımaz.

Çözüm: Pompa hücre dışında sodyumu, hücre içinde potasyumu yoğun tutar. Cevap: B.

Örnek 3 — Endositoz türü

Soru: Bir ak kan hücresinin bakteriyi zarıyla sarıp içine alması hangi olaydır?

• A) Fagositoz
• B) Pinositoz
• C) Ekzositoz
• D) Osmoz
• E) Difüzyon

Çözüm: Katı bir taneciğin zarla sarılarak hücreye alınması hücre yemedir. Cevap: A.

Örnek 4 — Enerji

Soru: ATP üretimi durdurulan bir hücrede hangi taşıma bir süre daha devam eder?

• A) Sodyum-potasyum pompası
• B) Fagositoz
• C) Oksijenin difüzyonu
• D) Ekzositoz
• E) Kökte mineral alımı

Çözüm: Difüzyon enerji gerektirmediği için ATP olmadan da sürer. Cevap: C.

• Aktif taşımayı kolaylaştırılmış difüzyonla karıştırmak. İkisi de protein kullanır; yalnız aktif taşıma ATP harcar.
• Kesecikli taşımayı pasif sanmak. Endositoz ve ekzositoz enerji gerektirir.
• Pompanın iyon sayılarını ters hatırlamak. Üç sodyum dışarı, iki potasyum içeri.
• Fagositoz ile pinositozu karıştırmak. Biri katı tanecik, öteki sıvı alır.
• Aktif taşımanın ölü hücrede de sürdüğünü düşünmek. ATP ve sağlam proteinler gerekir.