ماذا يحدث عندما يحتاج انتقال المواد عبر الأغشية إلى طاقة ؟عندما يكون إدخال الطاقة مطلوبًا لتحريك المواد عبر غشاء الخلية. يتضمن النقل النشط نقل البروتينات. عملية إدخال المواد إلى الخلية عن طريق إحاطة غشاء الخلية بها. يحدث خروج الخلايا بالطريقة المعاكسة لجرعة الالتقام.
ماذا يحدث عندما يحتاج انتقال المواد عبر الأغشية إلى طاقة ؟
الإجابة: النقل النشط
تعمل أغشية الخلايا كحاجز لمعظم الجزيئات وليس كلها. كان تطوير غشاء الخلية الذي يمكن أن يسمح لبعض المواد بالمرور مع تقييد حركة الجزيئات الأخرى خطوة رئيسية في تطور الخلية. أغشية الخلايا عبارة عن حواجز تفاضلية (أو شبه) منفذة تفصل البيئة الخلوية الداخلية عن البيئة الخلوية الخارجية (أو الخارجية).
إمكانات الماء هي ميل الماء للانتقال من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل. توجد الطاقة في شكلين: الجهد والحركية. تتحرك جزيئات الماء وفقًا للاختلافات في الطاقة الكامنة بين مكان وجودها وأين تتجه. الجاذبية والضغط قوتان ممكّنتان لهذه الحركة. تعمل هذه القوى أيضًا في الدورة الهيدرولوجية (الماء). تذكر في الدورة الهيدرولوجية أن الماء يجري إلى أسفل (وبالمثل يسقط من السماء ، للوصول إلى السماء يجب أن تتأثر به الشمس وتبخره ، وبالتالي يحتاج إلى مدخلات الطاقة لتشغيل الدورة).
الانتشار هو الحركة الصافية لمادة (سائل أو غاز) من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل. أنت على مصعد كبير (10 قدم × 10 قدم × 10 قدم). يصطدم شخص بغيض يحمل سيجارًا مشتعلًا في الطابق الثالث ولا يزال السيجار مشتعلًا. أنت أيضًا مؤسف بما يكفي لوجودك في مبنى شاهق جدًا ويقول الشخص “مرحبًا ، نحن ذاهبون إلى الطابق 62!” كرهك للدخان تنتقل إلى أبعد زاوية ممكنة. في النهاية أنت غير قادر على الهروب من الدخان! مثال على الانتشار في العمل. يزداد تركيز مادة معينة بالقرب من المصدر. من المحتمل أنك تواجه هذا في الفصل عندما يصل شخص ما مغمورًا بالعطور أو الكولونيا ، خاصةً الأشياء الرخيصة.
نظرًا لأن جزيئات أي مادة (صلبة أو سائلة أو غازية) تتحرك عندما تكون هذه المادة أعلى من الصفر المطلق (0 درجة كلفن أو -273 درجة مئوية) ، فإن الطاقة متاحة لحركة الجزيئات من حالة محتملة أعلى إلى الحالة المحتملة المنخفضة ، تمامًا كما في حالة المياه التي تمت مناقشتها أعلاه. تنتقل غالبية الجزيئات من تركيز أعلى إلى تركيز منخفض ، على الرغم من أنه سيكون هناك بعض الجزيئات التي تنتقل من تركيز منخفض إلى مرتفع. وبالتالي فإن الحركة الكلية (أو الصافية) هي من التركيز العالي إلى المنخفض. في النهاية ، إذا لم يتم إدخال طاقة في النظام ، فستصل الجزيئات إلى حالة توازن حيث سيتم توزيعها بالتساوي في جميع أنحاء النظام.
النقل بمساعدة الناقل
غالبًا ما تكون بروتينات النقل المدمجة في غشاء الخلية انتقائية للغاية بشأن المواد الكيميائية التي تسمح لها بالمرور. يمكن لبعض هذه البروتينات نقل المواد عبر الغشاء فقط عندما يساعدها تدرج التركيز ، وهو نوع من النقل بمساعدة الناقل يُعرف بالانتشار الميسر. كل من الانتشار والانتشار الميسر مدفوعان بفروق الطاقة الكامنة لتدرج التركيز. يدخل الجلوكوز إلى معظم الخلايا عن طريق الانتشار الميسر. يبدو أن هناك عددًا محدودًا من البروتينات التي تنقل الجلوكوز. يحافظ الانهيار السريع للجلوكوز في الخلية (وهي عملية تُعرف باسم تحلل السكر) على تدرج التركيز. عندما يزداد التركيز الخارجي للجلوكوز ، لا يتجاوز نقل الجلوكوز معدلًا معينًا ، مما يشير إلى وجود قيود على النقل.
في حالة النقل النشط ، يتعين على البروتينات التحرك عكس تدرج التركيز. على سبيل المثال مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في الخلايا العصبية. يتم الحفاظ على Na + بتركيزات منخفضة داخل الخلية و K + بتركيزات أعلى. العكس هو الحال على السطح الخارجي للخلية. عندما يتم نشر رسالة عصبية ، تمر الأيونات عبر الغشاء ، وبالتالي ترسل الرسالة. بعد مرور الرسالة ، يجب أن يتم نقل الأيونات بفاعلية إلى “مواضع البداية” عبر الغشاء. هذا مشابه لإعداد 100 قطعة دومينو ثم قلب أول قطعة. لإعادة تعيينها ، يجب عليك اختيار كل واحدة ، مرة أخرى بتكلفة طاقة. يستخدم ما يصل إلى ثلث ATP الذي يستخدمه حيوان الراحة لإعادة ضبط مضخة Na-K.
غشاء الخلية
يعمل غشاء الخلية كحاجز شبه منفذ ، مما يسمح لعدد قليل جدًا من الجزيئات بالمرور عبره بينما يقوم بتسييج غالبية المواد الكيميائية المنتجة عضوياً داخل الخلية. أدت الفحوصات المجهرية الإلكترونية لأغشية الخلايا إلى تطوير نموذج طبقة ثنائية الدهون (يشار إليها أيضًا باسم نموذج فسيفساء السوائل). الجزيء الأكثر شيوعًا في النموذج هو الفوسفوليبيد ، الذي له رأس قطبي (محب للماء) وذيلان غير قطبيين (كارهين للماء). يتم محاذاة هذه الفسفوليبيدات مع الذيل بحيث تشكل المناطق غير القطبية منطقة كارهة للماء بين الرؤوس المحبة للماء على الأسطح الداخلية والخارجية للغشاء. يُطلق على هذه الطبقة اسم طبقة ثنائية نظرًا لأن التقنية المجهرية الإلكترونية المعروفة باسم التكسير بالتجميد قادرة على تقسيم الطبقة الثنائية.
