Difüzyon ve Ozmoz
176,622 Views
Hücre Zarları ve Difüzyon
İşlevsel olabilmek için hücrelerin, hücre zarları aracılığıyla materyalleri sitoplazmalarının içine ve dışına taşımaları gerekir. Bu zarlar yarı geçirgendir, yani bazı moleküllerin geçmesine izin verilir, ancak diğerlerinin geçmesine izin verilmez. Moleküllerin bu hareketine, fosfolipid çift tabakası ve onun gömülü proteinleri aracılık eder, bunların bazıları, iyonlar ve karbonhidratlar gibi, aksi takdirde zardan geçemeyecek moleküller için taşıma kanalları görevi görür.
Hücre boyutu ve yüzey alanı / hacim oranı
Hücrelerin bu kadar küçük olmasının bir nedeni, molekülleri hücrenin içine, içinden ve dışından taşıma ihtiyacıdır. Daha büyük bir hücre boyutunu desteklemek için yeterli besin getirme yeteneğini sınırlayan yüzey alanı ve hacim arasındaki ilişki nedeniyle hücreler üzerinde geometrik bir kısıtlama vardır. Yüzey alanı ve hacim arasındaki oran (SA:V), yüzey alanı ve hacminin farklı ölçekleme faktörleri nedeniyle hücrenin boyutu arttıkça azalır. Bu, hücre büyüdükçe, daha büyük bir hücre hacmine besin sağlayabilen daha az zar alanı olduğu anlamına gelir.
Bazı iyonlar, parçacıkların yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana net hareketi olan difüzyon yoluyla hücreye getirilir. Bu, bir konsantrasyon gradyanını "aşağı" hareket ettirmek olarak bilinir. Difüzyon net yönlüdür; Parçacıkların net hareketi konsantrasyon gradyanının aşağısındayken, parçacıkların rastgele hareketi nedeniyle sürekli olarak her iki yönde de hareket ederler. Bu, dengedeki çözeltilerdeki parçacıkların hala hareket ettiği, ancak sabit bir değişim oranında olduğu ve böylece çözeltinin eşit şekilde karıştığı anlamına gelir. Hücre gibi sulu bir ortamda, bu işlem, çözünen maddeler olarak bilinen çözünmüş iyonların su, çözücü boyunca hareket etmesini içerir. Bir beherden yayılan boya gibi açık bir ortamda veya bir protein kanalından geçen iyonlar gibi bir hücre zarı boyunca gerçekleşebilir.
Ozmoz ve Suyun Hareketi
Su, ozmoz olarak bilinen bir süreçte difüzyon yoluyla hücre zarları boyunca hareket eder. Osmoz, özellikle suyun yarı geçirgen bir zar boyunca hareketini ifade eder, çözücü (örneğin su) düşük çözünen (çözünmüş malzeme) konsantrasyonlu bir alandan yüksek çözünen konsantrasyonlu bir alana hareket eder. Bu durumda, yarı geçirgen zar, çözünen maddenin geçmesine izin vermez. Bu, suyun kendi konsantrasyon gradyanından aşağı doğru hareket etmesi olarak düşünülebilir ve difüzyonla aynı rastgele işlemi içerir.
Yarı geçirgen zarlarla ayrılan çözeltiler, her birindeki nispi çözünen konsantrasyonlarına bağlı olarak hipertonik, hipotonik veya izotonik olarak tanımlanabilir. Hipertonik (Yunanca'da "yukarıda" anlamına gelen hiper) bir çözelti, bitişik bir çözeltiden daha fazla çözünen madde konsantrasyonuna sahipken, hipotonik (Yunanca'da "aşağıda" anlamına gelen hipo) bir çözelti daha düşük bir çözünen konsantrasyonuna sahiptir. Bu durumda su, çözünen konsantrasyonları eşit olana kadar hipotonik çözeltiden hipertonik çözeltiye geçecektir. İzotonik olan çözeltiler (Yunanca'da "eşit" anlamına gelen izo) eşit çözünen madde konsantrasyonlarına sahiptir ve bu nedenle konsantrasyon gradyanı 1'e sahip değildir.
Ozmoz ve Bitki Hücresi
Suyun hücrelere girme kapasitesi, bitkilerde bir hücre duvarının varlığından dolayı bitki ve hayvan hücreleri arasında farklıdır. Hücre duvarları serttir ve sadece çok küçük moleküllere karşı geçirgendir. Su hücreye doğru hareket ettikçe, zar hücre duvarına doğru itilir ve hidrostatik veya turgor basıncı oluşturur. Bu basınç, hücreye girebilecek su miktarını ve miktarını sınırlar. Suyun bir hücreye girme olasılığı, kantitatif olarak basınç potansiyeli artı çözünen potansiyel olarak tanımlanan su potansiyeli olarak adlandırılır. Basınç potansiyeli, hücre içindeki basınca bağlıdır ve çözünen madde potansiyeli, hücredeki çözünen konsantrasyonuna bağlıdır.
Su potansiyeli, bir su bitkisi olan Elodea gibi canlı bir bitki hücresinde hareket halinde gözlemlenebilir. Mikroskop altında, sitoplazma ve kloroplastlar gibi organellerin hücre boyunca hareket ettiği sitoplazmik akış veya sikloz adı verilen bir fenomen izlenebilir. Bu süreç, hücreler farklı çözeltilere daldırıldığında gözle görülür şekilde değişir. İlginç bir şekilde, bu hareket kloroplastların fotosentezde daha verimli çalışmasına izin verir; Gölgelerin içine ve dışına hareket ederler, hücrelerinışıklı bölgelerine yeniden girdiklerinde fotonları toplarlar 3.
Ozmoz süreci, bitkilerin köklerinden yapraklarına, hatta yer seviyesinden onlarca metre yükseklikte bile su aldığı mekanizma için gereklidir. Kısacası bitkiler, kökün içi ve dışı arasında bir gradyan oluşturmak için şekerleri ve diğer çözünen maddeleri köklerine taşırlar; Topraktan gelen su daha sonra ozmoz yoluyla köke doğru hareket eder. Bu noktadan sonra, terleme adı verilen bir süreç, suyun ksilem adı verilen bitkinin içindeki tüplerden çekilmesine ve yaprakların buharlaşmasına neden olur. İdeal olarak, bu su sütunu bir kez kurulduktan sonra bitkinin ömrü boyunca bozulmadan kalır. 4
Doğal olarak meydana gelen bu fenomen, değerli teknolojiler geliştirmek için kullanılmıştır. Bir örnek su arıtmadır. Son zamanlarda NASA, Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki atık suyu temizlemek ve yeniden kullanmak için ve ayrıca Dünya'ya bağlı uygulamalar için ileri ozmoz sürecini kullanarak çalışmaya başladı. 2 Bu işlem, sudaki safsızlıkları gidermek için yarı geçirgen zarlar kullanır ve bu da içmeyi güvenli hale getirir. Bu teknoloji, Batı Kenya'da meydana gelen şiddetli bir selin ardından yardım çabalarına yardımcı olmak için yakın zamanda konuşlandırıldı5.
Başvuru
- Soult, Allison. LibreTexts, Kimya. 8.4 Ozmoz ve Difüzyon. [İnternet üzerinden] 19 Ekim 2017. https://chem.libretexts.org/LibreTexts/University_of_Kentucky/UK%3A_CHE_103_-_Chemistry_for_Allied_Health_(Soult)/Chapters/Chapter_8%3A_Properties_of_Solutions/8.4%3A_Osmosis_and_Diffusion.
- Levine, Howard. NASA İleri Ozmoz Çantası. NASA Kennedy Uzay Merkezi, Cape Canaveral, FL, Amerika Birleşik Devletleri. [İnternet üzerinden] 11 Temmuz 2018. https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/846.html.
- Dodonova SO, Bulychev AA (2011). 'Sitoplazmik Akışın Chara Corallina'nın İnternodlarında Kloroplastların Fotosentetik Aktivitesi Üzerindeki Etkisi'. Rus Bitki Fizyolojisi Dergisi. 59: 35–41. doi:10.1134/S1021443711050050.
- Ozmoz ve Bitki Besleme. Çekiç, Michael. 2000, Ormangülü, Cilt 40.
- Hidrasyon Teknolojisi Yenilikleri. İnsani İleri Osmoz Su Filtrasyonu. [İnternet üzerinden] [Alıntı: 21 Ağustos 2018.] http://www.htiwater.com/divisions/humanitarian/lead_story.html.
