الخلية هي وحدة هيكلية لجميع الكائنات الحيةكوكبنا ونظام مفتوح. وهذا يعني أنه من أجل نشاطها الحيوي ، فإن التبادل المستمر للمواد والطاقة مع البيئة ضروري. يتم إجراء هذا التبادل من خلال الغشاء - الحدود الرئيسية للخلية المصممة للحفاظ على سلامتها. يتم إجراء تبادل الخلايا من خلال الغشاء ويمر إما على طول تدرج التركيز لأي مادة أو عكسه. النقل النشط عبر الغشاء السيتوبلازمي عملية معقدة وتستهلك الطاقة.
غشاء - حاجز وسد
الغشاء السيتوبلازمي جزء منالعديد من العضيات الخلوية والبلاستيدات والادراج. يعتمد العلم الحديث على نموذج فسيفساء سائل لهيكل الغشاء. النقل الفعال للمواد عبر الغشاء ممكن بسبب هيكله الخاص. يتكون أساس الأغشية من طبقة ثنائية للدهون - أساسًا فوسفوليبيدات ، مرتبة وفقًا لخصائصها المحبة للماء. الخصائص الرئيسية للطبقة الدهنية الثنائية هي السيولة (القدرة على التضمين وفقدان المناطق) ، والتجميع الذاتي ، وعدم التناسق. المكون الثاني للأغشية هو البروتينات. وظائفهم متنوعة: النقل النشط ، والاستقبال ، والتخمير ، والاعتراف.
توجد البروتينات على سطح الأغشية ،وداخلها ، وبعضها يتخللها عدة مرات. خاصية البروتينات في الغشاء هي القدرة على الانتقال من جانب واحد من الغشاء إلى الآخر (قفزة "فليب فلوب"). والمكون الأخير هو سلاسل السكريد والسكاريد من الكربوهيدرات على سطح الغشاء. وظائفهم لا تزال مثيرة للجدل اليوم.
أنواع النقل الفعال للمواد عبر الغشاء
مثل هذا النقل من خلال المواديحدث غشاء الخلية ، الذي يتم التحكم فيه ، مع إنفاق الطاقة ويتعارض مع تدرج التركيز (يتم نقل المواد من منطقة ذات تركيز منخفض إلى منطقة تركيز عالٍ) اعتمادًا على مصدر الطاقة المستخدم ، يتم تمييز أنواع النقل التالية:
- نشط بشكل أساسي (مصدر الطاقة - التحلل المائي لحمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك ATP إلى الأدينوزين ثنائي الفوسفوريك ADP).
- نشط ثانوي (يتم توفيره بواسطة طاقة ثانوية تم إنشاؤها نتيجة لعمل آليات النقل النشط الأولي للمواد).
البروتينات المساعدة
كلا في الحالة الأولى والثانية ، النقلمستحيل بدون البروتينات الحاملة. تعتبر بروتينات النقل هذه محددة جدًا ومصممة لحمل جزيئات معينة ، وأحيانًا حتى نوع معين من الجزيئات. تم إثبات ذلك بشكل تجريبي على الجينات البكتيرية الطافرة ، مما أدى إلى استحالة النقل النشط لبعض الكربوهيدرات عبر الغشاء. يمكن أن تكون البروتينات الحاملة للأغشية في الواقع ناقلات (تتفاعل مع الجزيئات وتحملها مباشرة عبر الغشاء) أو تشكل قناة (تشكل مسامًا في الأغشية مفتوحة لمواد معينة).
مضخة للصوديوم والبوتاسيوم
المثال الأكثر دراسة للنشاط الأولينقل المواد عبر الغشاء هو Na + -، K + -pump. توفر هذه الآلية اختلافًا في تركيزات أيونات الصوديوم والبوتاسيوم على جانبي الغشاء ، وهو أمر ضروري للحفاظ على الضغط الاسموزي في الخلية وعمليات التمثيل الغذائي الأخرى. يتكون البروتين الناقل عبر الغشاء ، الصوديوم والبوتاسيوم ATP-ase ، من ثلاثة أجزاء:
- على الجزء الخارجي من الغشاء ، يحتوي البروتين على مستقبلين لأيونات البوتاسيوم.
- يوجد على الجانب الداخلي من الغشاء ثلاثة مستقبلات لأيونات الصوديوم.
- يتميز الجزء الداخلي من البروتين بنشاط ATP.
عند اثنين من أيونات البوتاسيوم وثلاثة أيونات الصوديوميرتبط بمستقبلات البروتين على جانبي الغشاء ، وينشط نشاط ATP. يتم تحلل جزيء ATP إلى ADP مع إطلاق الطاقة ، والتي يتم إنفاقها على نقل أيونات البوتاسيوم بالداخل وأيونات الصوديوم خارج الغشاء السيتوبلازمي. تشير التقديرات إلى أن كفاءة هذه المضخة تزيد عن 90٪ ، وهو أمر مفاجئ بحد ذاته.
كمرجع: تبلغ كفاءة محرك الاحتراق الداخلي حوالي 40٪ ، ومحرك كهربائي - حتى 80٪. ومن المثير للاهتمام أن المضخة يمكن أن تعمل في الاتجاه المعاكس وتكون بمثابة مانح للفوسفات لتخليق ATP. بالنسبة لبعض الخلايا (على سبيل المثال ، الخلايا العصبية) ، يتم إنفاق ما يصل إلى 70٪ من إجمالي الطاقة على إزالة الصوديوم من الخلية وضخ أيونات البوتاسيوم في الداخل. تعمل مضخات الكالسيوم والكلور والهيدروجين وبعض الكاتيونات الأخرى (أيونات ذات شحنة موجبة) وفقًا لنفس مبدأ النقل النشط. لم يتم العثور على مثل هذه المضخات للأنيونات (أيونات سالبة الشحنة).
النقل المشترك للكربوهيدرات والأحماض الأمينية
يمكن أن يكون مثال على النقل النشط الثانويتعمل على نقل الجلوكوز والأحماض الأمينية واليود والحديد وحمض البوليك إلى الخلايا. نتيجة لتشغيل مضخة البوتاسيوم والصوديوم ، يتم إنشاء تدرج تركيز الصوديوم: التركيز مرتفع في الخارج ومنخفض من الداخل (أحيانًا 10-20 مرة). يميل الصوديوم إلى الانتشار في الخلية ويمكن استخدام طاقة هذا الانتشار لنقل المواد إلى الخارج. تسمى هذه الآلية النقل المشترك أو النقل النشط المترافق. في هذه الحالة ، يحتوي البروتين الحامل على مركزي مستقبلات من الخارج: أحدهما للصوديوم والآخر للعنصر المنقول. فقط بعد تنشيط كلا المستقبلين ، يخضع البروتين لتغييرات توافقية ، وتدخل طاقة انتشار الصوديوم المادة المنقولة إلى الخلية مقابل تدرج التركيز.
قيمة النقل النشط للخلية
إذا كان الانتشار المعتاد للمواد من خلال الغشاءإلى أجل غير مسمى ، سيتم تسوية تركيزاتهم خارج الخلية وداخلها. وهذا موت للخلايا. بعد كل شيء ، يجب أن تتم جميع العمليات البيوكيميائية في بيئة من فرق الجهد الكهربائي. بدون نشاط ، مقابل تدرج التركيز ، ونقل المواد ، لن تكون الخلايا العصبية قادرة على نقل النبضات العصبية. وستفقد الخلايا العضلية القدرة على الانقباض. لن تكون الخلية قادرة على الحفاظ على الضغط الاسموزي وسوف تتسطح. ولن تفرز منتجات التمثيل الغذائي. ولن تصل الهرمونات إلى مجرى الدم. بعد كل شيء ، حتى الأميبا تنفق الطاقة وتخلق فرق جهد على غشاءها باستخدام نفس المضخات الأيونية.
