ما هو النقل السلبي؟ تتم حركة الغشاء للعديد من المركبات الجزيئية الكبيرة ، والمكونات الخلوية ، والجزيئات فوق الجزيئية غير القادرة على اختراق القنوات في الغشاء ، من خلال آليات خاصة ، على سبيل المثال ، استخدام البلعمة ، والتضخم ، والإفراز الخلوي ، والنقل عبر الفضاء بين الخلايا. أي أن حركة المواد عبر الغشاء يمكن أن تحدث باستخدام آليات مختلفة ، والتي يتم تقسيمها وفقًا لعلامات مشاركة ناقلات معينة فيها ، فضلاً عن استهلاك الطاقة. يقسم العلماء نقل المواد إلى نشط وسلبي.
وسائط النقل الرئيسية
النقل السلبي هو نقل مادة عبر غشاء بيولوجي على طول تدرج (تناضحي ، تركيز ، هيدروديناميكي وغيرها) ، والذي لا يتطلب استهلاك الطاقة.
النقل النشط هو نقل مادة عبر غشاء بيولوجي ضد الانحدار. حيثيتم استهلاك الطاقة. يتم إنفاق ما يقرب من 30 - 40٪ من الطاقة التي يتم تكوينها نتيجة تفاعلات التمثيل الغذائي في جسم الإنسان على تنفيذ النقل الفعال للمواد. إذا أخذنا في الاعتبار عمل الكلى البشرية ، فإن حوالي 70-80٪ من الأكسجين المستهلك يتم إنفاقه على النقل النشط.
النقل السلبي للمواد
يتضمن نقل مواد مختلفة من خلال أغشية بيولوجية على طول مجموعة متنوعة من التدرجات. يمكن أن تكون هذه التدرجات:
- التدرج المحتمل الكهروكيميائية ؛
- تدرج تركيز المادة
- تدرج المجال الكهربائي ؛
- الانحدار الضغط الاسموزي وغيرها.
عملية تنفيذ النقل السلبي لا تتطلب أي استهلاك للطاقة. يمكن أن يحدث عن طريق الانتشار الميسر والبسيط. كما نعلم ، الانتشار هو حركة فوضوية لجزيئات مادة ما في مجموعة متنوعة من الوسائط ، والتي ترجع إلى طاقة الاهتزازات الحرارية للمادة.
إذا كان جزيء مادة ما محايدًا كهربيًا ، فإن الاتجاه الذي سيحدث فيه الانتشار يتحدد بالاختلاف في تركيز المواد الموجودة في الوسائط التي يفصلها الغشاء. على سبيل المثال ، بين حجرات الخلية ، داخل الخلية وخارجها. إذا كانت جزيئات مادة ما ، أيوناتها تحتوي على شحنة كهربائية ، فإن الانتشار لن يعتمد فقط على فرق التركيز ، ولكن أيضًا على حجم شحنة المادة المعينة ، ووجود الشحنة وعلاماتها على جانبي الغشاء. مقدار التدرج الكهروكيميائيمن خلال المجموع الجبري للتدرجات الكهربائية والتدرجات التركيزية عبر الغشاء.
ما الذي يوفر النقل عبر الغشاء؟
النقل الغشائي السلبي ممكن بسبب وجود تدرجات تركيز المادة ، الضغط الاسموزي الناشئ بين جوانب مختلفة من غشاء الخلية أو الشحنة الكهربائية. على سبيل المثال ، يبلغ متوسط مستوى أيونات الصوديوم الموجودة في بلازما الدم حوالي 140 ملي مولار / لتر ، ومحتواها في كريات الدم الحمراء أعلى بحوالي 12 مرة. مثل هذا التدرج ، معبراً عنه على أنه اختلاف في التركيز ، قادر على خلق قوة دافعة تضمن نقل جزيئات الصوديوم إلى خلايا الدم الحمراء من بلازما الدم.
وتجدر الإشارة إلى أن معدل مثل هذا الانتقال منخفض جدًا نظرًا لحقيقة أن غشاء الخلية يتميز بنفاذية منخفضة لأيونات هذه المادة. يتمتع هذا الغشاء بنفاذية أكبر بكثير فيما يتعلق بأيونات البوتاسيوم. لا يتم استخدام طاقة التمثيل الغذائي الخلوي لإكمال عملية الانتشار البسيط.
معدل الانتشار
يتميز النقل النشط والسلبي للمواد عبر الغشاء بمعدل الانتشار. يمكن وصفه باستخدام معادلة Fick: dm / dt=-kSΔC / x.
في هذه الحالة ، dm / dt هي كمية المادة التي تنتشر في وحدة زمنية واحدة ، و k هي معامل عملية الانتشار ، التي تميز نفاذية الغشاء الحيوي للمادة المنتشرة. S تساوي المساحة التي يحدث فيها الانتشار ، و C تعبر عن الاختلافتركيز المواد من جوانب مختلفة من الغشاء البيولوجي ، بينما x تميز المسافة بين نقاط الانتشار
من الواضح أن تلك المواد التي تنتشر في وقت واحد على طول تدرجات التركيزات والمجالات الكهربائية ستتحرك بسهولة أكبر عبر الغشاء. من الشروط المهمة لانتشار مادة عبر الغشاء الخصائص الفيزيائية للغشاء نفسه ونفاذه لكل مادة محددة.
نظرًا لحقيقة أن الطبقة الثنائية للغشاء تتكون من جذور الهيدروكربون من الفوسفوليبيد مع خصائص كارهة للماء ، تنتشر المواد ذات الطبيعة الكارهة للماء بسهولة من خلالها. على وجه الخصوص ، هذا ينطبق على المواد التي تذوب بسهولة في الدهون ، مثل هرمونات الغدة الدرقية وهرمونات الستيرويد ، وكذلك بعض المواد المخدرة.
تنتشر الأيونات المعدنية والمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض المحبة للماء بطبيعتها من خلال القنوات الأيونية الغشائية السلبية ، والتي تتكون من جزيئات بروتينية مكونة للقناة ، وأحيانًا من خلال عيوب التعبئة الغشائية لجزيئات الفوسفوليبيد التي تنشأ في غشاء الخلية مثل نتيجة التذبذب الحراري
النقل السلبي عبر الغشاء هو عملية مثيرة للغاية. إذا كانت الظروف طبيعية ، فإن كميات كبيرة من مادة ما يمكن أن تخترق الغشاء الثنائي فقط إذا كانت غير قطبية وذات حجم صغير. خلاف ذلك ، يحدث النقل من خلال البروتينات الحاملة. عمليات مماثلة تنطوي علىلا يسمى البروتين الحامل بالانتشار ، ولكن يسمى نقل مادة عبر الغشاء.
الانتشار الميسر
الانتشار الميسر ، مثل الانتشار البسيط ، يحدث على طول تدرج تركيز المادة. الفرق الرئيسي هو أن جزيء بروتين خاص يسمى الناقل ، يشارك في عملية نقل المادة.
الانتشار الميسر هو نوع من النقل السلبي لجزيئات مادة ما من خلال الأغشية الحيوية ، يتم تنفيذه على طول تدرج تركيز باستخدام ناقل.
حالات نقل البروتين
يمكن أن يكون البروتين الحامل في حالتين تشكيليتين. على سبيل المثال ، في الحالة A ، قد يكون لهذا البروتين تقارب للمادة التي يحملها ، وتتحول مواقع ارتباطه بالمادة إلى الداخل ، بسبب تكوين مسام مفتوح على جانب واحد من الغشاء.
بعد أن يرتبط البروتين بالمادة المنقولة ، يتغير شكله ويمر إلى الحالة "ب". مع هذا التحول ، يفقد الناقل تقاربه مع المادة. من الاتصال بالناقل ، يتم تحريره وينتقل إلى المسام الموجود بالفعل على الجانب الآخر من الغشاء. بعد نقل المادة ، يغير البروتين الحامل شكله مرة أخرى ، ويعود إلى الحالة "أ" ، ويطلق على هذا النقل للمادة عبر الغشاء منفذ أحادي.
سرعة الانتشار الميسر
يمكن نقل المواد ذات الوزن الجزيئي الصغير مثل الجلوكوزالغشاء من خلال الانتشار السهل. يمكن أن يحدث هذا النقل من الدم إلى الدماغ ، إلى الخلايا من المساحات الخلالية. يمكن أن يصل معدل نقل المادة بهذا النوع من الانتشار إلى 108جسيمات عبر القناة في ثانية واحدة.
كما نعلم بالفعل ، فإن معدل النقل النشط والسلبي للمواد في الانتشار البسيط يتناسب مع الاختلاف في تركيزات المادة على جانبي الغشاء. في حالة الانتشار الميسر ، يزداد هذا المعدل بما يتناسب مع الاختلاف المتزايد في تركيز المادة حتى قيمة قصوى معينة. وفوق هذه القيمة ، لا يزداد المعدل ، على الرغم من استمرار زيادة الاختلاف في التركيزات من جوانب مختلفة من الغشاء. يمكن تفسير تحقيق نقطة المعدل القصوى هذه في عملية الانتشار الميسر من خلال حقيقة أن المعدل الأقصى يعني ضمناً مشاركة جميع البروتينات الحاملة المتاحة في عملية النقل.
ما هو المفهوم الآخر الذي يشمله النقل النشط والسلبي عبر الأغشية؟
نشر التبادل
يتميز هذا النوع من نقل جزيئات المادة عبر غشاء الخلية بحقيقة أن جزيئات المادة نفسها الموجودة على جوانب مختلفة من الغشاء البيولوجي تشارك في التبادل. وتجدر الإشارة إلى أنه مع هذا النقل للمواد ، فإن تركيز الجزيئات على جانبي الغشاء لا يتغير على الإطلاق.
نوع من انتشار التبادل
أحد أصناف التبادل هو التبادل الذي فيهيتم تبادل جزيء مادة ما لجزيئين أو أكثر من مادة أخرى. على سبيل المثال ، إحدى الطرق التي يتم بها إزالة أيونات الكالسيوم الموجبة من خلايا العضلات الملساء في القصبات والأوعية من الخلايا العضلية المقلصة للقلب هي استبدالها بأيونات الصوديوم الموجودة خارج الخلية. يتم استبدال أيون صوديوم واحد بثلاثة أيونات كالسيوم. وبالتالي ، هناك حركة للصوديوم والكالسيوم عبر الغشاء ، وهي حركة مترابطة. يسمى هذا النوع من النقل السلبي عبر غشاء الخلية بالمنفذ المضاد. وبهذه الطريقة تكون الخلية قادرة على التخلص من أيونات الكالسيوم الموجودة بكميات زائدة. هذه العملية ضرورية للخلايا العضلية الملساء وخلايا عضلة القلب للاسترخاء.
فحصت هذه المقالة النقل النشط والسلبي للمواد عبر الغشاء.
