Konu anlatımı
Bir odanın köşesinde açılan parfümün kokusu kısa sürede bütün odaya yayılır; bir bardak suya damlatılan mürekkep zamanla suyu eşit biçimde renklendirir. Bu alt başlıkta bu yayılmanın, yani difüzyonun hücre zarında nasıl gerçekleştiğini ve hızını değiştiren etkenleri göreceksin.
Difüzyon
Moleküller sürekli ve gelişigüzel hareket eder. Bu hareket sonucunda maddeler çok yoğun oldukları yerden az yoğun oldukları yere doğru yayılır; buna difüzyon denir. Difüzyon için enerji harcanmaz; maddeyi taşıyan, moleküllerin kendi hareketidir. Derişim farkı ortadan kalkıp denge kurulunca moleküller iki yöne de geçmeye devam eder, ama iki yöndeki geçiş eşitlendiği için net geçiş durur. Difüzyon canlı hücrelerde de cansız ortamlarda da görülür.
Hücre zarından difüzyon
Oksijen ve karbon dioksit hücre zarından difüzyonla girip çıkar. Oksijen hücrede solunum için sürekli kullanıldığı için hücre içindeki oksijen derişimi düşük kalır ve oksijen hücreye girmeyi sürdürür. Solunumla hücre içinde sürekli üretilen karbon dioksit ise aynı nedenle hücreden dışarı çıkmayı sürdürür. Yağda çözünen maddeler de lipit tabakadan difüzyonla geçer.
Kolaylaştırılmış difüzyon
Glikoz, amino asitler ve bazı iyonlar suda çözündüğü için lipit tabakadan geçemez. Bu maddeler zardaki kanal ya da taşıyıcı proteinlerin yardımıyla, yine derişim farkı yönünde ve enerji harcanmadan geçer; buna kolaylaştırılmış difüzyon denir. Her taşıyıcı protein belirli bir maddeyi taşır. Taşıyıcı proteinlerin sayısı sınırlı olduğu için derişim farkı çok artsa bile geçiş hızı belirli bir değerin üstüne çıkamaz; bütün taşıyıcılar dolunca hız sabitlenir. Lipit tabakadan doğrudan geçişte ise hız, derişim farkıyla birlikte artmaya devam eder.
Difüzyon hızını etkileyen etkenler
Derişim farkı arttıkça difüzyon hızlanır. Sıcaklık arttıkça moleküllerin hareketi hızlanır ve difüzyon da hızlanır. Yüzey alanı büyüdükçe birim zamanda geçen madde miktarı artar; madde alışverişi yapan yüzeylerin genellikle kıvrımlı ve geniş olması bu yüzdendir. Küçük moleküller büyüklerden, yağda çözünenler suda çözünenlerden lipit tabakada daha hızlı ilerler. Hücre büyüdükçe hacmi yüzeyinden daha hızlı artar ve birim hacme düşen yüzey azalır; bu, hücrelerin belirli bir büyüklüğü aşmamasının nedenlerinden biridir.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Sıcaklığın difüzyon hızına etkisini araştıran bir öğrenci, aynı büyüklükteki üç bardağa eşit miktarda su koyuyor ve suları 10 °C, 25 °C ve 50 °C'ye getiriyor. Her bardağa aynı anda aynı büyüklükte birer damla mürekkep damlatıyor. Ne gözlemlemesi beklenir?
Çözüm. Sıcaklık arttıkça su ve mürekkep molekülleri daha hızlı hareket eder; bu yüzden mürekkep 50 °C'deki suda en hızlı, 10 °C'deki suda en yavaş yayılır. Suyun her yerinin aynı renge gelmesi en kısa sürede 50 °C'deki bardakta gerçekleşir. Bu deneyde değiştirilen etken sıcaklık, ölçülen sonuç yayılma süresidir; bardak büyüklüğü, su miktarı ve damla büyüklüğü sabit tutulmuştur.
Örnek 2. Bir hücrenin dışındaki glikoz derişimi giderek artırılıyor ve glikozun hücreye giriş hızı ölçülüyor. Giriş hızı önce artıyor, sonra derişim artsa da sabit kalıyor. Hücre içindeki glikoz derişimi her zaman dışarıdakinden düşüktür ve hücre bu taşımada ATP harcamaz. Glikoz hangi yolla taşınıyor? Neden?
Çözüm. Glikoz suda çözündüğü için lipit tabakadan geçemez ve zardaki taşıyıcı proteinlerle taşınır. Derişim farkı arttıkça daha çok taşıyıcı çalışır ve hız artar; bütün taşıyıcılar dolunca hız sabitlenir. Glikoz derişimi yüksek olan dış ortamdan derişimi düşük olan hücre içine, ATP harcanmadan ve taşıyıcı sayısıyla sınırlı bir hızla geçtiği için bu taşıma kolaylaştırılmış difüzyondur.
Sık yapılan hatalar
- Difüzyonun yalnızca canlı hücrelerde gerçekleştiğini sanmak.
- Kolaylaştırılmış difüzyonda ATP harcandığını düşünmek.
- Denge kurulunca moleküllerin hareketinin durduğunu sanmak.
- Difüzyon: çok yoğun → az yoğun, enerji harcanmaz.
- Kolaylaştırılmış difüzyon: kanal ya da taşıyıcı proteinle, derişim farkı yönünde ve enerjisiz; hızın bir üst sınırı vardır.
- Derişim farkı, sıcaklık ve yüzey alanı arttıkça difüzyon hızlanır.