Hücreyi biçimlendiren, seçici geçirgen ve esnek yapıya hücre zarı denilir.
Hücre zarı protein, lipit (yağ) ve karbon hidratlardan oluşur.
Lipitler çift tabakalı sıvı mozaik zar modelinin temelini oluşturur.
Proteinler de bu lipit denizinde bulunan adacıklara benzetilir. Bunlar gömülü ya da yarı gömülü bulunur. Karbon hidratlar ise bazı protein ve lipitlere bağlı olarak yer alırlar.
Hücre zarının daha önce ışık mikroskobuyla varlığı saptanmasına karşın, elektron mikroskobunun bulunuşundan sonra ayrıntılı yapısı kısmen açıklanabilmiştir.
Kalınlığı en fazla 120 A° (1 angström = 1/10.000 mm.) dur.
Protein, yağ ve az miktarda karbonhidrat moleküllerinden meydana gelmiştir.
Hücre zarının yapısı hakkında ilk bilimsel model Danielli ve Dawson tarafından ortaya konmuş ve birçok biyolog tarafından uzunca bir süre benimsenmiştir.
Bu modele göre hücre zarının ortasında milimetrenin yirmi binde biri kalınlığında bir fosfolipit ve bunun her iki tarafında da milimetrenin kırk binde biri kalınlığında birer protein tabakası bulunur. Buna Zar Birimi denir.
Hücre zarı kompleks bir yapı gösterir. 1- Oligosakkarit, 2- Glikolipit, 3-İntegral protein, 4- İntegral protein 5- Hidrofobik alfa heliksi, 6- Fosfolipit, 7- Kolesterol
Danielli ve Dawson modelinin, hücrenin işlevsel bir parçası olan hücre zarının işleyişini tam olarak açıklayamaması, bu konuda yeni modellerin geliştirilmesine neden olmuştur.
Öyle ki hücre zarının, iki tarafında protein, ortada fosfolipit tabakasından ibaret bir yapı olmadığı; bir lipit denizinde yüzen, proteinden ve gliko proteinlerden yapılmış, almaç denen özel bölgelerle dışarıya açılan bir Mozaik Zar Modelinden oluştuğu anlaşılmıştır.
Mozaik Zar Modeli 1966 yılında Singer ve Lenard tarafından ortaya çıkarıldı. Ancak 1972 yılında ayrıntılı olarak yayınlandı.
Bu zar modeli ya da birimi tüm hücrelerin dış zarında ve içteki organellerinin zarlı kısımlarında (mitokondri çeperi, golgi, endoplazmik retikulum, çekirdek zan gibi) benzerdir.
Zarın yapısındaki lipitler çoğunluk fosfolipitlerdir ve zarın orta kısmında iki tabakalı olarak bulunur.
Bir tabakadaki fosfolipidin suda erimez lipofil (apolar) kutbu (yağ asitlerini taşıyan polarize olmamış kutbu) öbür tabakadaki fosfolipidin lipofil kutbuna dönüktür. Dolayısıyla ışınsal bir şekilde lipofil kutuplar karşı karşıya gelmiştir.
Suda eriyen hidrofil (polar) kutupları ise dışa dönüktür.
Bu tabakalar, poli peptitterden meydana gelmiş bloklarla ya da adacıklarla kesilmiştir.
Bu haliyle hücre zarı, içinde proteinlerden yapılmış adalar taşıyan bir lipit denizi gibi görünür.
Hayvansal hücrelerin dış yüzü, hücre zarında bulunan nöraminik asidin iyonize olmuş karboksil grubundan dolayı eksi yüklüdür.
Nöramin, nöraminidaz enzimi ile zardan koparılırsa, eksi yükün büyük bir kısmı yitirilir.
Zar proteinleri, yerleşim durumlarına göre iki kısma ayrılır.
Bir grup protein, yağ tabakasının her iki yüzündedir. Bunlara Ekstrinsik Proteinler denir.
Bir kısmı da yağ tabakasının içine gömülmüştür. Dış kısımları yağ tabakasının iç ya da dış yüzüne açılabilir. Bunlara da İntrinsik Proteinler denir.
İntrinsik proteinlerden rodopsin retinanın çomakçıklarındaki taraklarda bulunur. Karanlıkta 1 /3'ü oranında. aydınlıkta ise 1 /2'si oranında zar içine gömülür.
Ekstrinsik proteinler sulu ortamla temas halinde oldukları için hidrofilik aminoasitleri, intrinsik proteinler ise bir tarafları ile yağ tabakasına gömülü oldukları için bu kısımlarında hidrofobik amino asitleri, diğer tarafları sulu ortamla temasta olduğu için de o taraflarında hidrofilik aminoasitleri taşırlar.
Memeli hücrelerinde, özellikle alyuvarlarda, intrinsik proteinlere bağlı olarak karbonhidratlar bulunmuştur.
Karbonhidratlar, hücre zarında gliko proteinler ve gliko lipitler halinde bulunurlar ve zar yüzeyinin, türlere hatta hücre gruplarına ilişkin özgüllüğünü sağlarlar.
Organellerin zarında karbonhidrat bulunamamıştır.
Hücre yüzeyinde ince bir film halinde bulunan gliko proteinler hücreye antijen özelliği verirler. Bunlar virüs almacı olarak da kullanılırlar.
Alyuvarlardaki mukopolisakkaritler antijen özelliğinin yanı sıra, kan gruplarının oluşumunu da sağlar.
Bu karbonhidrat gruplarının bozulması (kanserleşme) ya da bir çeşit aşınması, yani hücre zarının ketleşmesi, yaşlanmaya yol açar. Özellikle kanserleşmede hücre yüzeyi daha fazla eksi elektrik yüklü olur.
Çok hücrelilerde hücrelerin birbirine teması bazı bilgilerin aktarılmasına, örneğin hücre bölünmesinin durdurulmasına Kontak inhibisyon morfo-genetik hücre hareketlerinin meydana gelmesine, büyümenin düzenlenmesine neden olur.
Kontak inhibisyona güzel bir örnek de, plazmodyumun (sıtma etkeni) eritrositleri tanımasıdır. Bu tanımayı gliko kalikslerle yapar. Diğer birçok hücre paraziti aynı yöntemi kullanır.
Hücrenin iç ortamını, dış ortamdan ayıran ve her iki ortam arasındaki madde alışverişini düzenleyen hücre zarının yapısı büyük bir olasılıkla sabit değildir. Yağ ve protein molekülleri belirli sınırlar içinde hareket eder.
Bu hareket içe ve dışa doğru olmaktan ziyade yanlara doğrudur. Hücre zarının yapısal değişimi, taşıdığı doymuş ve doymamış yağ moleküllerinin miktarına bağlıdır.
Zar, genellikle vücut sıcaklığında akıcı olan doymamış yağ moleküllerini içerir.
Zar yüzeyinde mozaik şeklinde bulunan protein ve gliko protein adacıkları, etrafını çeviren bir sıralı yağ molekülleri ile sıkıca bağlanmıştır ki bu ikisinin arasında hareket meydana gelmez. Fakat diğer yağ molekülleriyle bağlantısı gevşektir.
Hücre zarının biyolojik etkinliğini değiştiren birçok madde, örneğin kanserojen (kanserleşmeye neden olan) maddeler, bazı hastalıkların ortaya çıkmasının başlıca nedenidir.
Elektron mikroskobuyla yapılan son çalışmalarda, hücre zarının, Golgi aygıtının bir ürünü olduğu saptanmıştır.
Golgi aygıtından kesecikler şeklinde sürekli meydana gelen zar akımı, hücre zarının kısmi onarımında ve hücre bölünmesinden sonra hücre zarının büyümesinde kullanılır. Hücre zarında çekirdek zarında bulunan porlar bulunmaz.
Hücreye giren besinleri ve hücreden çıkan artık maddeleri; zarın geçirgenliği, üç tabakalı moleküler dizilişi ve özellikle proteinden oluşmuş almaç (reseptör) kısımları saptamakla beraber, elektriksel yükün de bu giriş-çıkışta büyük bir önemi olduğu varsayılmaktadır.
Hücre içi ile dış ortam arasındaki elektrik potansiyel farkı (mV düzeyinde), bazı maddelerin içeriye ve dışarıya pompalanmasını kolaylaştırır.
Bir amip ya da silli hayvan yaralanırsa; bu yara yeni bir zarla hemen kapatılır. Bu yeni zara plazmalemma denir.
Plazmalemmayı hücre arasına salgılanan maddelerle ya da bir çeşit hücre iskeletini oluşturan hücre dışındaki daha katı selüloz (bitkilerde) ya da mukopolisakkarit ve albuminoid yapılarla karıştırmamak gerekir.
Hücre, yoğunluğu az olan bir sıvı içerisine (hipotonik) konursa şişer ve sonunda patlar, buna Hemoliz denir. Yoğunluğu fazla bir sıvı içerisine konursa, su kaybederek büzülür.
Hücre zarı bitkilerde selüloz duvardan ayrılır ve sonunda yine patlar buna da Plazmoliz denir.
Fark edileceği gibi bir canlının en küçük parçası kabul edilen hücreyi çevreleyen hücre zarı basite indirgenemez kompleks yapısıyla tam bir yaratılış mucizesidir.
Bu öylesine bir kompleksliktir ki şuurlu bir canlıda var olan hatırlama, değerlendirme ve bütün bunları toplayarak karar verme mekanizmalarına sahiptir. Diğer bir ifade ile hücrenin beyni gibidir.
Bu zar bir milimetrenin yüz binde biri kalınlığındadır. Ait olduğu hücreyi çepeçevre sarıp örter. Hücre içi ve dışı taraflarında içe ve dışa dönük iki katman halinde çift taraflı yağ molekülleri ve bu moleküllerin oluşturduğu tabaka üzerinde muhtelif yerlerde bulunan çeşitli proteinlerden oluşmuştur.
Hücre zarı şu hayati görevleri eksiksiz yapar.
a)-Hücre içi organelleri bir arada tutar onları dış etkenlerden korur.
b)-Aynı kompleks yapı içindeki komşu hücrelerle iletişimi ve bağlantıyı sağlar.
c)-İki katman halinde tüm hücreyi saran yağ moleküllerinin arasında proteinlerden yapılmış girişi ve çıkışı sağlayan kapılar ve kapılarda dış ortamı tanımasını sağlayan algılayıcılar vardır.
Bu algılayıcılarla hücreye yapılan tüm giriş ve çıkışlar titiz bir biçimde denetlenir.
d)-Hücrenin yaşaması için dışarıdan alınması gereken besinler, oksijen, su, aminoasitler proteinler gibi maddeleri tanır, bilir, titizlikle seçer ve yeterli miktarlarda alır.
Bunların içinde besin maddeleri, oksijen, su, aminoasitler, proteinler, fotonlar, protonlar gibi küçük moleküllerle birlikte DNA gibi makromoleküler yapılar bulunur.
Bu geçişler için gerektiğinde kapılar büyütülür, küçültülür.
Bu işler için gerekli olan enzimleri kendisi üretir.
Hücre zarında aktif taşıma
Endositoz, hücre zarından difüzyonla veya aktif taşımayla geçemeyecek büyüklükteki moleküllerin hücre içine alınış yöntemidir.
Madde hücreye alınırken aktif taşımada olduğu gibi enerji harcanır.
İki çeşit endositozdan bahsetmek mümkündür.
Fagositoz - - - pinositoz
Katı moleküllerin alınması fagositoz denilir. Bu olay sırasında alınacak molekül hücre zarına temas ettiğinde ilk olarak yalancı ayaklarla (pseudopodia) etrafı sarılır. Kapanan yalancı ayaklar (pseudopodia) iç kısımdan açılarak katı madde hücre içine alınmış olur.
Sıvı veya sıvıda çözülmüş moleküllerin alınması işlenme ise pinositoz denilir.
Sıvı maddeler yalancı ayaklarla sarılamadığı için bu yöntemle hücre içine alınmaz. Bunun yerine hücre zarında minik cepler oluşturularak alınır.
Hormonların hücre içine alınmasında da bu yöntem büyük ölçüde kullanılır. Bitki hücrelerinde çeperin hareketi engellemesi sonucu endositoz yapılamaz.
Küçük moleküller hücre zarındaki porlardan geçerken enerji harcanmaz.
Çünkü moleküller kendiliğinden geçer. Ancak büyük moleküllerin hücreye alınması ve atılması sırasında ATP enerjisi harcanır.
Hücre zarları bu işler kesecikler oluşturur. Bu kesecikler sayesinde depolama ve ulaştırma işleri yapılır.
pinositoz
Hücre dışına atım olan ekzositoz denilen işlemde ise pinositozun tam tersi bir işlem uygulanır.
Ekzositoz, endositoz ile birlikte Aktif taşımayı oluşturur. Hücre içindeki büyük moleküllerin hücre dışına atılmasını sağlayan taşıma şeklidir.
Hücre içindeki moleküllerin sindirilemeyen atıkları, koful içinde hücre zarına getirilip, koful zarı ve hücre zarının birleşmesi yoluyla atılır.
Koful zarı, birleşim yerinden açılarak atık maddeleri dışarı atar. Enerji harcanması, kofulların kullanılması ve enzimlerin kullanılması nedeniyle aktif taşımaya dahil edilir.
* * * *
Vücuttaki trilyonlarca hücre birbirleriyle tam bir uyum ve işbirliği içindedir. Bu uyum ve işbirliği son derece komplekstir.
Örneğin saç tellerinin hepsinin aynı zaman dilimi içinde uzamaları kafa derisi hücrelerinin bu kompleks uyumu ve işbirliği nedeniyledir.
Hücreler arasındaki bu hassas ilişki ve kompleks işbirliği hücre zarında bulunan ve diğer hücrelerle ilişkileri sağlayan özel proteinler ve kancalara benzeyen uzantılar sayesinde olur.
Bu mekanizmalar canlı henüz anne karnında bir cenin halinde iken oluşmaya başlar. (Embriyodan İnsana bölümüne bakınız)
Bölünme sırasında bazı hücreler aynı kökten geldikleri halde bilinmeyen nedenlerle aniden farklı proteinler üretmeye başlarlar.
Bu farklı üretimin sonucunda hücreler arasındaki yapısal farklılıklar ortaya çıkar.
Bu değişimden hücre zarı da etkilenir ve dış yüzeyinde kancamsı uzantılar oluşur.
Bu uzantılar sayesinde ancak kendi cinslerinden olan hücreleri tanıyıp tutunabilirler. Böylece milyarlarca benzer hücre bir araya gelerek organları oluştururlar. Her organın kendilerine has özellikleri vardır.
Basite indirgenemez kompleks sistemlerin bütünsel kurgusu olan canlı vücutlarında kompleks sistemlerde olduğu gibi gerekli olan uyumu ve işbirliğini sağlamak için bir çok emir-komuta zinciri ve denetleme sistemleri kurulmuştur.
Bu yapı öylesine birbiri içine girmiş komplekslik içerir ki her organın her hücresi kendine verilen görevin bilincindedir.
Her organ yaşam için kendinden isteneni yapar.
Bu üretim hem kendisi, hem de diğer organlar içindir ve son derece karmaşıktır. Denetimler nedeniyle olanca karmaşıklığına rağmen hiç bir aksama olmaz.
Örneğin bir insan vücudu içinde yüz trilyon tam otomatik basite indirgenemez kompleksliğe sahip makinelerin çalıştığı dev bir fabrikaya benzer.
Her makine vücut için gerekli olan üretimi yaparken kendisi içinde gerekli olan maddeleri de üretir, bakımını yapar, dışarıdan gelebilecek zararlı oluşumlara karşı tedbirler alır, gerektiğinde kendini savunur.
Bir canlı vücudunun bağışıklık sisteminde genelde fark edilemeyen ve kesintisiz süren büyük bir savaş yaşanır.
Bu savaş her gün, her dakika, hatta her saniye sürmektedir.
Genelde çatışma, vücudu koruyan hücrelerle vücuda dışarıdan giren mikroplar ve virüsler arasında olur. Savaşın en şiddetli geçtiği an, yakın temas durumudur.
Bu yakın temas anında bazı özel savunma hücrelerinin zarları önemli rollere sahiptirler.
Savaşın ön saflarında görev yapan bu hücreler, her türlü yabancı maddeyi yakalayıp yutmakla görevlidirler. Bunu da zarları sayesinde yaparlar.
Savunma hücrelerinin zarları vücuda girmiş olan zararlı yabancı maddeleri tespit ederler.
Zarın uzantıları gerektiği kadar ve gerektiği zaman uzayarak bakterileri, mikropları yakalar. (Fagositoz olayı) Düşman yakalandıktan sonra da zarın içinden geçirilerek, hücre tarafından yutulur.
Hücre zarı bu savaşta düşmanı tanımış, yakalamış ve yutmuştur. Hücre düşmanı sindirir ve açığa çıkan maddeleri tekrar kullanarak vücuda yararlı hale getirir.