Osmoz nedir? Hücre zarı, tuzlu su ve salatalık turşusunun sırrı

Annenizin ya da büyükannenizin turşu kurduğunu gördüyseniz şunu fark etmişsinizdir: Taze, dolgun salatalıklar tuzlu suya girdikten birkaç gün sonra biraz büzüşür, rengi değişir ve dokusu yumuşar. Patlıcan kızartmadan önce tuzlanıp bekletildiğinde de yüzeyinde su damlaları belirir. Öte yandan bir avuç kuru üzümü suda bırakırsanız şişip dolgunlaşır. Bütün bu olayların arkasında tek bir kavram vardır: osmoz. Bu yazıda osmozun ne olduğunu, hücre zarının bu olaydaki rolünü ve gündelik hayatta karşımıza nerelerde çıktığını anlatacağız.

Önce difüzyon: Maddeler neden yayılır?

Odanın bir köşesinde parfüm sıktığınızda koku bir süre sonra bütün odaya yayılır. Bir bardak suya bir damla mürekkep damlattığınızda da mürekkep yavaş yavaş suyun her yerine dağılır. Buna difüzyon denir.

Difüzyonun nedeni moleküllerin sürekli ve rastgele hareket etmesidir. Moleküllerin çok olduğu yerden az olduğu yere doğru net bir yayılma olur, çünkü yoğun bölgeden çıkan molekül sayısı, oraya giren molekül sayısından fazladır. Sonunda madde her yere eşit dağılır. Burada kimse molekülleri “itmez”; düzensiz hareket, kendiliğinden dengeye götürür.

Osmoz nedir?

Osmoz, suyun seçici geçirgen bir zardan, çözünmüş madde derişimi düşük olan taraftan derişimi yüksek olan tarafa doğru geçmesidir. Bunu şöyle de söyleyebiliriz: Su, “suyun çok olduğu” yerden “suyun az olduğu” yere doğru geçer.

Burada anahtar kelime seçici geçirgen zardır. Böyle bir zar, su moleküllerinin geçmesine izin verir ama tuz ya da şeker gibi çözünmüş maddelerin geçişini engeller veya çok yavaşlatır. Çözünmüş madde zarı geçemeyince dengeyi sağlamanın yolu, suyun hareket etmesidir.

Hücre zarı tam olarak böyle bir zardır. Su molekülleri hücre zarından geçebilir; hatta pek çok hücrenin zarında suyun hızlı geçişini sağlayan özel kanal proteinleri (akuaporinler) bulunur. Buna karşılık tuz iyonları ve şeker molekülleri zardan serbestçe geçemez.

Hücre üç farklı ortamda

Bir hücreyi farklı sıvılara koyduğumuzu düşünelim. Hücre içindeki sıvıya göre çevredeki sıvının derişimi üç durumda olabilir:

• Hipertonik ortam: Dışarıdaki çözelti daha yoğundur (örneğin tuzlu su). Su hücreden dışarı çıkar ve hücre büzüşür.
• Hipotonik ortam: Dışarıdaki çözelti daha seyreltiktir (örneğin saf su). Su hücreye girer ve hücre şişer.
• İzotonik ortam: İçerisi ve dışarısı aynı derişimdedir. Su iki yöne de eşit miktarda geçer; hücrenin hacmi değişmez.

Bitki ve hayvan hücreleri bu durumlara farklı tepki verir. Bitki hücrelerinin zarın dışında sağlam bir hücre duvarı vardır. Hipotonik ortamda su alan bitki hücresi şişer, ama duvar onu patlamaktan korur. Hücrenin içinden duvara yapılan bu basınç (turgor basıncı) bitkiyi dik tutar. Sulanmayan bir saksı bitkisinin boynunu bükmesi, hücrelerinin su kaybedip bu basıncı yitirmesindendir.

Hayvan hücrelerinde hücre duvarı yoktur. Bu yüzden kırmızı kan hücreleri saf suya konulursa su alıp şişer ve sonunda patlayabilir. Çok tuzlu bir sıvıda ise su kaybedip büzüşür.

Turşu, patlıcan ve kuru üzüm

Şimdi baştaki örneklere osmoz gözlüğüyle bakalım.

Salatalık turşusu: Turşu suyu, salatalık hücrelerinin içindeki sıvıdan çok daha tuzludur. Yani salatalık hipertonik bir ortamdadır. Su, hücrelerden dışarıya, tuzlu suya doğru geçer. Salatalık bu yüzden büzüşür. Turşu yapımında tuzun bir başka görevi de vardır: Mikropların çoğu da su kaybettiği için yüksek tuzlu ortamda zor çoğalır. Bu, turşunun uzun süre bozulmadan kalmasına katkıda bulunur. Turşunun ekşiliği ise ayrıca, bazı yararlı bakterilerin ürettiği asitten ya da eklenen sirkeden gelir.

Patlıcanı tuzlamak: Dilimlenmiş patlıcanın üzerine tuz serptiğinizde yüzeydeki hücrelerden su dışarı çıkar. Bu yüzden patlıcanın yüzeyinde damlacıklar oluşur.

Kuru üzüm ve kuru kayısı: Kurutulmuş meyvelerin hücreleri çok az su ve yoğun şeker içerir. Suya konduklarında çevreleri hipotonik hâle gelir; su hücrelere girer ve meyve şişer. Hoşaf yapmak aslında bir osmoz deneyidir.

Reçel: Reçeldeki yüksek şeker oranı tuzdaki gibi etki eder. Mikroplar su kaybettiği için reçel uzun süre dayanır.

Deniz suyu içmek neden susatır?

Bu, osmozun hayati bir sonucudur. Deniz suyu, vücut sıvılarımızdan çok daha tuzludur. Deniz suyu içtiğinizde vücuda giren fazla tuzun böbreklerle atılması gerekir. Ancak böbreklerimiz, deniz suyundaki kadar tuzlu bir idrar üretemez. Bu yüzden içtiğiniz deniz suyundaki tuzu atmak için, içtiğinizden daha fazla su kullanmak zorunda kalırsınız. Sonuç: Vücut su kaybeder ve susuzluk artar.

Hastanelerde damar yoluyla verilen serumun (serum fizyolojik) yaklaşık yüzde 0,9 oranında tuz içermesinin nedeni de budur. Bu oran, kan hücrelerinin içiyle aşağı yukarı izotoniktir; hücreler ne şişer ne büzüşür.

Sık yapılan yanılgılar

“Osmozda tuz hareket eder.” Hayır. Osmozda hareket eden sudur. Tuz seçici geçirgen zarı geçemediği için su hareket eder.

“Su, yoğun çözeltiden seyreltik çözeltiye gider.” Tam tersi. Su, çözünmüş madde derişiminin düşük olduğu taraftan yüksek olduğu tarafa geçer.

“Osmoz ile difüzyon tamamen farklı şeylerdir.” Osmoz, suyun seçici geçirgen bir zardan difüzyonu olarak düşünülebilir. Yani osmoz, difüzyonun özel bir hâlidir.

“Hücre enerji harcayarak su çeker.” Osmoz pasif bir olaydır, hücre bunun için doğrudan enerji harcamaz. Ancak hücreler zar boyunca iyon pompalayarak (bu enerji ister) derişim farkları oluşturabilir ve böylece suyun yönünü dolaylı olarak etkileyebilir.

Evde dene: Patates dilimleri

Malzemeler: Bir çiğ patates, iki bardak, su, iki yemek kaşığı tuz, bıçak (bir yetişkin kessin).

1. Patatesten aynı boyda iki ince çubuk ya da dilim kesin.
2. Bir bardağa sade su, diğerine su ve bol tuz koyup karıştırın.
3. Dilimleri bardaklara koyup 30-40 dakika bekleyin.
4. Dilimleri çıkarıp bükmeyi deneyin.

Tuzlu sudaki dilim yumuşar ve kolayca bükülür, çünkü su kaybetmiştir. Sade sudaki dilim ise sert ve gergin kalır, hatta biraz uzayabilir. Bir mutfak tartınız varsa dilimleri deneyden önce ve sonra tartarak kütle değişimini de ölçebilirsiniz.

Özetle

• Difüzyon, maddelerin çok olduğu yerden az olduğu yere kendiliğinden yayılmasıdır.
• Osmoz, suyun seçici geçirgen bir zardan, çözünmüş maddenin az olduğu taraftan çok olduğu tarafa geçmesidir.
• Hücre zarı seçici geçirgendir: Suyu geçirir, tuz ve şekeri büyük ölçüde geçirmez.
• Tuzlu suda hücre su kaybeder (turşu), saf suda su alır (kuru üzüm).
• Deniz suyu içmek, vücuttan su kaybına yol açtığı için susuzluğu artırır.

Hücrenin yapısı ve madde geçişleri hakkında daha fazlası için Fen Bilimleri konularına ve biyoloji yazılarımıza göz atabilirsiniz.