نفاذية درجات الأغشية البلازما في الانتشار السالب

نفاذية درجات الأغشية البلازما في الانتشار السالب!

وتمرر أغشية الخلية أيونات وجزيئات صغيرة عبرها. قد يحدث مرور الأيونات أو الجزيئات مثل الانتشار السلبي ، أو النقل النشط الذي يتسبب في إنفاق الطاقة. في الانتشار السلبي ، يمكن تصنيف الأغشية وفقًا لدرجة نفاذها.

1. غير منفذة :

غشاء من هذا النوع لا يسمح بالمرور عبره. بعض بيض أسماك غير مفضلة ، مثل سمك السلمون المرقط ، قابلة للنفاذ للغازات فقط ؛ الماء المسمى مع الديوتيريوم لا يختزل البيضة.

2. نصفه :

لا توجد أغشية الخلايا في الخلايا تنتمي إلى هذه الفئة ، حيث تسمح الأغشية للماء وبعض الأيونات المختارة وجزيئات SMA بالمرور ، ولكنها تحظر أيونات أخرى وكذلك جزيئات صغيرة وكبيرة.

3. انتقائية انتقائية :

معظم أغشية الخلايا تنتمي إلى هذه الفئة. تسمح مثل هذه الأغشية للماء وبعض الأيونات المختارة والجزيئات الصغيرة بالمرور ، ولكنها تحظر أيونات أخرى وكذلك جزيئات صغيرة وكبيرة.

4. أغشية الطلي :

الخلايا البطانية والأغشية القاعدية من الشعيرات الدموية والنيفرون يمكن أن تكون بمثابة dialyzer. وبهذه الطريقة ، يضغط الضغط الهيدروستاتي على جزيئات الماء والبلورات عبر الغشاء إلى أسفل تدرجات تركيزها مع تقييد مرور الغرويات.

يمكن نقل المواد عبر غشاء البلازما إلى سيتوبلازم الخلية عن طريق الطرق التالية:

التنافذ:

التناضح هو نوع خاص من الانتشار الذي ينطوي على حركة الماء أو جزيئات المذيبات الأخرى من خلال غشاء شبه نافذ أو قابل للاختراق من منطقة ذات قدرة عالية (مذيب نقي) إلى منطقة ذات جهد منخفض (محلول أكثر تركيزًا).

يسمى دخول الماء إلى الخلية من وسطها بالتهاب جوفي داخلي. تسمى العملية العكسيّة التي يترك فيها الماء الخلية تدهوراً. يتم الحفاظ على الضغط الاسموزي بواسطة الأملاح الموجودة في السيتوبلازم. تظل الخلية دائما في وسط سائل أو سائل للتبادل الفيزيولوجي للغازات والمغذيات وما إلى ذلك. وعادة ما يتم تحديد هذا السائل عن طريق السائل الخلوي الإضافي (ECF). في الأوليات والأحياء السفلى الأخرى هي الماء. اعتمادا على التركيز ، قد يكون ECF.

(ط) حل متساوي التوتر :

إذا كان تركيز ECF الذي توجد فيه الخلية مشابهاً لتركيز السائل الخلوي داخل الخلية ، فإنه يُعرف بالحل المتساوي التوتر. شكل الخلية لا يزال طبيعيا.

(2) الحل hypotonic :

إذا كان تركيز ECF أقل تركيزًا من السائل داخل الخلايا ، فإنه يُعرف باسم حل التخثر. في مثل هذا الحل ، تتورم الخلية بسبب وصول الماء إلى الخلية عن طريق الانهيار.

(3) حل Hypertonic :

إذا كان تركيز ECF أعلى من السائل الخلوي داخل الخلايا ، فإن الحل يسمى محلول مفرط التوتر. في مثل هذه الحالة تنتشر المياه خارج الخلية عن طريق الإكثار. نتيجة للخضوع لخلايا البلازما.

النقل السلبي:

الانتقال السلبي هو الانتشار المباشر للماء أو الأيونات أو الجزيئات من المواد المختلفة التي تنتقل عبر غشاء البلازما من منطقة ذات تركيز أعلى إلى التركيز المنخفض. يحدث نقل الجزيئات على طول تدرج التركيز بحيث لا تكون هناك حاجة إلى الطاقة للانتشار.

انتشار بسيط :

وفقا لعدد كبير من الأدلة ، تنتقل العديد من المواد من خلال غشاء البلازما بمعدل الانتشار الحر الذي يتناسب طرديا مع قابليته للذوبان في الدهون. جزيئات الماء هي استثناء ملحوظ لهذه القاعدة ، لأنها تنتشر بحرية من خلال الأغشية بانتظام وبسرعة.

من المفترض أن يحتوي الغشاء البلازمي على نوعين من المسام:

(ط) القنوات المائية الدقيقة :

هذه موجودة من خلال البروتين أو بين بروتينات متكاملة عنقودية. هذه المسامات 10nm في قطر ودائم في الطبيعة. هذه تمتد من خلال طبقة ثنائية الدهون. هذه المسام بمثابة فتحات valvular. بعض المسام مشحونة إيجابيا البعض الآخر هي رسوم سلبية.

(2) المسام الإحصائية :

هذه المسام غير مستقرة. استمروا في الظهور والاختفاء. تتشكل هذه الفجوات في طبقة ثنائية الدهون السائلة. تتشكل هذه بسبب الحركة الحرارية العشوائية من phospholipids غشاء. المواد تمر بسهولة من خلال هذه المسام إذا كانت قابلة للذوبان في الدهون {Overton}. هذا هو السبب في أن المواد الكارهة للماء ذات الوزن الجزيئي المنخفض والعالي يمكن أن تمر عبر غشاء البلازما.

يعتمد المعدل النسبي لانتشار الجزيئات عبر الغشاء على حجم الجزيئات ؛ تدرج التركيز عبر الغشاء. والذوبان في الدهون أو طبيعة مسعور من الجزيء. وقد أثبت شارا Collander و Barlund في تجاربهما الكلاسيكية مع خلايا النبات أن المعدل الذي تخترق به الطبقة التحتية يعتمد على قابليتها للذوبان في الدهون وحجمها في الجزيئات.

تمثل النفاذية (P) للجزيئات عبر الغشاء صيغة:

P = KD / t

حيث K هو معامل التقسيم ؛ D هو معامل الانتشار (يعتمد على الوزن الجزيئي) ، و t هو سمك الأغشية. يشبه معامل التقسيم في أغشية الخلايا تلك الخاصة بزيت الزيتون والماء. يمكن قياس معامل التقسيم عن طريق مزج المذاب بمزيج من ماء الزيت وانتظاره حتى يتم فصل الأطوار.

معامل partite (K) هو تركيز المذاب في النفط ، مقسوما على تركيز المذاب في المرحلة المائية. يمكن تحديد معامل الانتشار (D) باستخدام المواد المذابة المشعة وقياس معدل دخولها إلى السيتوبلازم عند تركيزات خارجية مختلفة.

نشر الميسر:

يحدث انتشار المادة عبر الغشاء دائمًا من منطقة ذات تركيز أعلى على جانب واحد إلى منطقة ذات تركيز أقل على الجانب الآخر. ولكن الأمر ليس كذلك دائمًا حيث تم الكشف عن العديد من الأمثلة حيث يوجد بروتين موجود داخل غشاء البلازما يسهل عملية الانتشار. هذه الآلية تسمى الانتشار الميسر. هذه العملية هي الأكثر شيوعا في حركة السكريات والأحماض الأمينية.

وجود permease في الغشاء يوفر طريقا من خلال الغشاء الذي هو بديل لطبقة الدهون. إن ربط المذاب على السطح الخارجي للأغشية سيؤدي إلى حدوث تغير في التوافق في البيرميوم ، مما يؤدي إلى تعريض المذاب للسطح الداخلي للغشاء الذي يمكن من خلاله أن ينتشر في السيتوبلازم أسفل تدرج تركيزه.

خصائص الانتشار الميسر هي:

(1) معدل نقل الجزيئات عبر الغشاء أكبر بكثير من المتوقع من الانتشار البسيط

(2) تكون حالات الإخصاب محددة للغاية ولا ينقل كل منها إلا أيونات أو جزيئات محددة أو مجموعة من الجزيئات ذات الصلة الوثيقة.

(3) مع وجود زيادة في تدرج التركيز ، هناك زيادة مقابلة في معدل النقل.

كما هو الحال في حالة الإنزيمات ، فإن حالات الإصابة التي تسهل الانتشار تظهر نوع تشبع الحزم. إذا كانت المادة (S) موجودة في البداية خارج غشاء البلازما ، فيمكن التعبير عن نقلها بالمعادلات التالية:

S (الخروج) + Permease Km = S-permease complex Vmax

هنا S هو الركيزة ، كم هو ثابت ملزمة للطبقة التحتية إلى permease و Vmax هو الحد الأقصى لمعدل النقل. إذا كان تركيز S خارج C ، يمكن حساب معدل النقل على النحو التالي:

V = Vmax / 1 + C / Km

النقل الفعال:

ويصبح انتشار الأيونات عبر الأغشية أكثر صعوبة لأنه لا يعتمد فقط على تدرج التركيز وإنما أيضًا على التدرج الكهربائي الموجود في النظام. لأن النقل النشط هو عملية تعمل ضد تدرج التركيز ، فإنه ليس من المستغرب على الفريق أنه يتطلب إنفاق الطاقة.

تتضمن العملية استخدام الجزيئات الحاملة داخل غشاء الخلية. ويبدو أن هذه الجزيئات الحاملة تتحرك ذهابًا وإيابًا بين أسطح الغشاء الخلوي الداخلي والخارجي وتقوم إما بالتقاط أو إطلاق أيون معين يتم تنظيمه. يتم الحصول على الطاقة اللازمة لهذه العملية من الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، والتي تنتج أساسا عن طريق الفسفرة التأكسدية في الميتوكوندريا.

من الجدول 1.2 المبين أدناه ، من الواضح أنه داخل الخلية يوجد تركيز كبير من الأنيونات غير القابلة للانتشار ، وأن يتم إنشاء تدرج كهربائي عبر الغشاء.

جدول 2.1

عرض تركيز أيوني وإمكانات ثابتة في العضلات

تنبأ دونان (1911) ، إذا تم وضع خلية لها شحنة سالبة غير قابلة للانتشار داخل محلول Cl ^- ، سيتم دفع K ⁺ إلى تركيز الخلية والتدرج الكهربائي. من ناحية أخرى ، سيتم تحريك أيونات الكلونات من خلال تدرج التركيز ، ولكن سيتم صدها بواسطة التدرج الكهربائي. وفقا ل Donnan ، فإن تركيزات التوازن ستكون بالضبط المعاملة بالمثل.

(K ⁺ in) / (K ⁺ out) = (CI ^- out) / (CI ^- in)

يتم إعطاء العلاقة بين تدرج التركيز وإمكانية غشاء الراحة بواسطة معادلة Nernst.

E = RT In C ₁ / C ₂

حيث يتم إعطاء E بالملليوف ، يكون R هو ثابت الغاز العالمي وتكون T هي درجة الحرارة المطلقة. من (i) و (ii) يمكن التعبير عن توازن Donnan لـ KC1

E = RT In (K ⁺ in) / (K ⁺ out) = RT In (C1 ^- out) / C1 ^- in)

نقل نشط من الأيونات أو مضخة الصوديوم:

المذيب الذي يتم ضخه بشكل فعال في الخلايا هو أيونات البوتاسيوم (K ⁺ ) ويعتقد أن القوة الدافعة لهذا النقل الداخلي هي تدرج الصوديوم (Na ⁺ ) عبر الغشاء ، الذي تم إنشاؤه بواسطة النقل النشط من أيون أيون الذي تم ضخه من زنزانة.

يصبح تركيز أيونات (Na ⁺ ) خارج الغشاء عالياً حيث ينخفض ​​التركيز الداخلي. يتم توفير الطاقة اللازمة لضخ Na ⁺ nions بواسطة ATP. في وجود AGPase Mg ⁺⁺ المنشط ، يتم تحلل جزيء ATP ويعتقد أن ATPase تقع داخل الغشاء.

تم اكتشاف المضخة Na ⁺ - بواسطة Hodkin and Keynes (1955) وترتبط مع تحلل ATP في المختبر بواسطة Skou (1957). تم وصف آليتين متميزتين لمضخة Na ⁺ لخلايا الحيوانات. هؤلاء هم:

(ط) مضخة تبادل الصوديوم والبوتاسيوم:

في مثل هذه المضخة Na ^{+ ،} يتم ربط الضخ الخارج لـ Na ⁺ ions إلى النقل الداخلي لل ions. بما أنه يتم تبديل Na ⁺ و K ⁺ بطريقة إلزامية ، فإن الحركة الخارجية لـ Na ⁺ تقترن دائمًا بحركة K ^{+ الداخلية} . هذه المضخة تحدث في الخلايا العصبية والخلايا العضلية.

(ثانيا) مضخة ⁺ Electrogenic Na:

في هذه المضخة لا يوجد تبادل إجباري لإيونات K ⁺ تتحرك داخليًا وخارج أيونات متحركة متحركة. في هذه المضخة يمكن توليد تدرج من الطاقة الكهروكيميائية عندما لا يتم تعويض خروج أيونات Na ⁺ من دخول واحد إلى K ⁺ .

وهناك حاجة إلى تركيز عال داخل الخلايا من أيونات K ⁺ ، بغض النظر عن التركيز الخارجي من Na و K ⁺ ، بواسطة الخلايا الهوائية. تركيز K ⁺ العالي هو جانب الخلية ضروري لتخليق البروتين و تحلل السكر. يجب موازنة تركيز الخلية العالي ⁺ K بفقد بعض الكاتيونات مثل Na ⁺ ، وإلا فإن التورم المفرط قد يتسبب في انفجار الخلية عن طريق خلق حالة من الضغط التناضحي الداخلي الأعلى.

النقل النشط للجلوكوز إلى الخلايا هو نتيجة أخرى لعمل مضخة Na ⁺ electrogenic. ينتج عن قذف Na ⁺ من الخلية تدرج منخفض للتركيز الخارجي الداخلي والخارجي لـ Na ⁺ . نقل السكر الناشط في ظل الظروف التي يتم فيها الحفاظ على تركيز Na ⁺ خارج عالي بما يكفي لخلق التدرج المناسب الذي يدفع مستقلبات الطاقة إلى الخلية من المحلول الخارجي المخفف جدا للسكر. يتم تجميع تراكم السكريات على قذف الصوديوم (Na ⁺ ) وتساعده أيضًا بروتينات حاملة معينة.

النقل عبر الغشاء :

البروتينات الحاملة تساعد الجزيئات المحبة للماء عبر سماكة الغشاء من 6 إلى 10 نانومتر. تكون الأيضات أصغر بكثير من 6 نانومتر لذا من المهم معرفة كيف يتم نقل هذه الجزيئات عبر هذه المسافة الكبيرة نسبيا من قبل الناقلات. وقد تم اقتراح العديد من البدائل ، ولكن تم دراسة اثنين بشكل مكثف أكثر من الاحتمالات الأخرى.

تفترض فرضية بديلة أن الحامل يرتبط مع الجزيء المحبة للماء ، ومن ثم يدور بروتين النقل بأكمله عبر الغشاء ويسلم مستقلبه المتجه إلى الجانب الآخر. يقترح البديل الثاني أن يتم تثبيت الناقل في مكانه داخل الغشاء ، وأن الجزيء الحامل يخضع لتغير تشكيلي يقوم بتحويل موقع الارتباط عبر الغشاء والمستقلب المرتبط مع الوقت نفسه.

وبمجرد أن يتم تحويل المستقلب ، يتم تحرير موقع الربط وإعادة ترميمه إلى شكله الأصلي ، ويكون جاهزًا لربط جزيئًا مائيًا آخر في حدث نقل آخر. وقد تمت الإشارة إلى هذا البديل الثاني باسم آلية المسام الثابتة. يُعرف البديل الأول باسم آلية الناقل.