Hücre Çeperinden Madde Geçişleri: Difüzyon
Hücre çeperi hayatı oluşturmak için toplanan tüm organik kimyevileri bir arada yakalayan bir torbadan azıcık daha değişik bir yapıdadır. Hücre çeperi, hücreye biçim ve mekanik efor veren pasif bir çeperden çok daha detaylı yapıya sahiptir. Hücre hareketine ve hücrenin dış devresiyle ilişkisine duyarlıdır. Daha da aşırısı, hücrenin son derece kumpaslı içi ve potansiyel […]
Hücre çeperi hayatı oluşturmak için toplanan tüm organik kimyevileri bir arada yakalayan bir torbadan azıcık daha değişik bir yapıdadır. Hücre çeperi, hücreye biçim ve mekanik efor veren pasif bir çeperden çok daha detaylı yapıya sahiptir. Hücre hareketine ve hücrenin dış devresiyle ilişkisine duyarlıdır. Daha da aşırısı, hücrenin son derece kumpaslı içi ve potansiyel olarak devirici dış etrafı arasındaki kimyevi madde trafiğinin tertip edilmesi için birinci derecede mesullük taşır. Bir hücrenin içine ve dışına girip çıkan tüm maddeler bir çeper manisinden geçmelidir ve her bir hücrenin çeperi neyi, hangi süratle ve hangi güzergahta geçireceğine bütün özgül olmalıdır. Hücre çeperi bu hakimiyeti iki biçimde yapar:
1. Difüzyon gibi natürel vakaları hakikatleştirerek,
2. Belli maddeleri içeri ya da dışarı geçirerek.
Difüzyon
Sıcaklık mevzubahisi moleküllerin kinetik enerjilerini çoğaldırarak kimyevi tepkimelerin süratini tesirler. İçinde, bir köşesinde toplu halde 17 tane bilya bulunan, duran bir kutu düşünün. Kutuyu salladığımızda, bilyalar paketin dibinde her doğrultuya dağılır. Bu neticeden apaçık bir biçimde görüldüğü gibi, vakayla daha yakından ilgilenmeye bedel; zira bilyalar moleküller biçiminde, sallama ise sisteme kinetik enerji ya da ısı enerjisi katmak biçiminde düşünülebilir. Bir bilyanın hareket edebileceği tüm mümkün istikametler çok apaçıktır. Bunlar bilyaların oluşturduğu kümenin merkezinden öne doğru bir hareket biçimindedir. Zira gelişigüzel hareket bilya kümesini gözetmeden daha çok dağıtmaya neden olur. 3. kısımda belirttiğimiz gibi, rastgele bir karşı dış tesir yokluğunda, enerjik bir sistem daha az mümkün kumpaslı vaziyet yerine daha çok mümkün kumpassız gidişata doğru hareket edecektir. Bu vaziyet tamamen beklenen şeydir. Örnegin, bir kesme şeker sıcak bir fincan kahve içinde çözündüğü zaman: şeker molekülleri şeker kristallerinin yüksek konsantrasyonlu bulundukları bölgeden daha düşük konsantrasyonlu bölgeye doğru hareket ederler. Sonunda, şeker molekülleri akışkanın içinde tamamen ufalamış olur.
Akışkan ne kadar sıcak olursa, çözelti içindeki moleküller de daha fazla kinetik enerjiye sahip olurlar. Bu sayede difüzyon da daha süratli asıllaşır. Müzakerenin istatistiksel olduğuna dikkat ediniz. Gelişigüzel hareketin bir neticeyi olarak, ufalayan tüm 17 bilyanın paketin bir köşesinde bir küme oluşturma ihtimali de vardır. Bu neticenin apaçık bir alana gelme ihtimali vardır; fakat önem verilmeyen bir ihtimal de haklı bir biçimde önemsememe edilebilir. Burada kullanılan sonuçlanma tipi tamamen tipik bir bilimsel sonuçlanmadır: bilimin hakikatleri ve yasaları bedel yargılarından daha çok istatistikseldir. Onlar, mümkün neticelere katlanarak natürel vakaları belirlerler; zamanın yüzde suratında oluşacak kesin bir netice üzerinde durmazlar.
Şimdi, kutu içindeki bilyalar misaline ya da buna benzeyen öbür misallere katlanarak bir genelleme yapabiliriz: Öbür tüm etkenlerin denk olduğu vaziyette özel bir maddenin parçacıklarının net hareketi o maddenin daha yüksek konsantrasyonlu bölgesinden daha düşük konsantrasyonlu bölgesine doğrudur. Dikkat edilirse burada net hareketten laf ediyoruz. Her zaman ters güzergahta hareket eden bazı parçacıklar olacaktır; fakat özünde, hareket konsantrasyon merkezinden uzaklara doğru olacaktır. Verilen bir maddenin parçacıklarının uygun alan içinde bir öbüründen oranla denk uzaklıkta olmaya eğilimli olması belli bir neticedir. Bu vaziyette homojen yoğunluğa erişildiği zaman, sistem balanstadır; parçacıklar hareket etmeye devam ederler; fakat sistemde ufak net farklılık vardır.
Moleküllerin ebadına bağlı olarak parçacıkların bir yerden öbür bir bölgeye hareketine tartışmakta olduğumuz biçimde difüzyon denir. Difüzyon gazlarda, apaçık bir biçimde en süratlidir; zira parçacıklar arasında daha çok alan bulunur ve bu surattan da hareketin gecikmesine yol açan oranla ufak bir çarpışma talihine sahiptir. Akışkan içindeki difüzyon daha yavaştır. Konveksiyon akımlarının olmadığı zaman bir madde soğuk su içinde yalnız bir metrelik mesafeyi bir kaç sene gibi çok uzun zamanda alabilir. Katılar içindeki difüzyon şüphesiz çok daha yavaştır: Bir katı maddenin molekülleri arasında çok ufak alan vardır ve çarpışmalar, moleküller hareket almadan hemen evvel asıllaşır.
Tüm bu misallerde, difüzyon süratini önem vermeden tüm bölgelerde aynı sıcaklık ve tazyik altında, net tesir yüksek konsantrasyonlu bölgelerden öbür bölgelere doğru olan harekettir. Moleküllerin genel olarak ılık sulu çözeltilerde bulunduğu ve üzerinde durulan mesafelerin bir milimetrenin kesirleri biçiminde olan canlı organizmalarda, difüzyon, son derece ehemmiyetli bir hadisedir. Öyle ki, bir amino asit ya da bir nükleotit sulu bir civarda 0,5 saniyeden daha az zamanda bir hücrenin çapı 10-50 mikron kadar difüze olur.
Şimdiye kadar, yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye hareketle alakalı olarak difüzyon üzerinde durduk. Ancak, canlılar dünyasında difüzyon bütün olarak bir konsantrasyon işlevi değildir; zira hayatla alakalı vakaların asıllaştıkları yerlerde şartlar seyrek değişmezdir. İşte bu surattan, üzerinde durulan parçacıkların hür enerjisiyle alakalı olarak difüzyona bakmak bizim için çok faydalı olacaktır. Bir maddenin bölgesel konsantrasyonu oranla muntazam ve ihtimalsiz olarak kumpaslıdır. Örnegin, şeker moleküllerinin ve kahvenin orijinal küp şeker ve tatlandırılmamış kahveye geri dönmesi gibi bir farklılık için bir enerjiye ihtiyaç olduğunu görebiliriz. Moleküllerin gelişigüzel ve kumpassız sıralanması iş yapmak için kumpaslı halinden daha az potansiyele ihtiyaç gösterir ve aynı zamanda da daha az hür enerjiye sahiptir.
Bir sistemdeki kumpassızlık ölçüyü entropi olarak öğrenilir. Termodinamiğin 2. yasasından bildiğimiz gibi cihandaki hür enerji ölçüyü kesintisiz eksilmektedir, entropi ise çoğalmaktadır. Difüzyon, o zaman, birarada konsantre olan kumpaslı moleküllerin dağılan moleküllerden daha büyük hür enerjiye sahip olmaları suratından kendiliğindene olan bir hadisedir. Başka Bir Deyişle kumpaslılıktan kumpassızlığa doğru olan bir eksilme tepkimesidir. Karışım ya da mahsul ayrı orjinal maddelerden reaktantlar daha az hür enerjiyi sahiptir.
Şayet iki saf maddeyle başlarsak, difüzyon sürati başlangıçta en süratlidir ve bütün karışım balansına erişildiğinde yavaşlar. Şayet moleküler seviyede bir difüzyon gözlemleyebilseydik, tepkimenin ilk başlarında küp şekerden uzaklaşan şeker moleküllerini görebilirdik. Daha sonra, madde çok daha fazla karıştığı için, şeker moleküllerini çözmekte olan küp şekere götürecek geri tepkimenin sıklığı da, balansa erişilene kadar, yükselecekti. Difüzyon bu vaziyette, kapsadığı maddelerin özelliğine bağlı olan kendi hür enerjisiyle alana gelen bir kimyevi tepkimedir.
Difüzyonu kavramada hür enerji, konsantrasyon gradiyentinden daha geniş uygulanabilir bir kaynaktır. Bir güzergahta hafif bir konsantrasyon gradiyenti, aksi güzergahta sıcaklı k gradiyentinin olduğu bir tertibat düşününüz. Bu iki gradiyentin birbirlerine karşı tesirleri iki gradiyentin nispi hür enerjilerine tamamen bağımlı olan moleküllerin net hareketini yapar. Bu hareket, bu vaziyette yüksek sıcaklık bölgesinden daha yüksek konsantrasyonlu bölgeye doğru olur.
Hücrelerle ilişkili olarak difüzyonun ehemmiyeti ve hür enerjideki temel ilkeleri sarihtir: Organik moleküllerin konsantrasyonu ve bir hücre içinde seçilmiş bir iyon grubu çok kumpassız bir mesken gösterir. Hücre çeperi olmaksızın, hücre kimyasının hür enerjisi etrafa dağılan hücre içeriği biçiminde kaybolacaktır. Buradan iki netice çıkmaktadır. Birincisi, hücrenin içi ve dışı arasında, hücre kimyasının tamlığının sağlanması için bir mani olmalıdır. İkincisi, ise hücre çeperinin her iki yanındaki hür enerji gradiyenti işlemeye uygun olmalıdır.