أنواع النقل الخلوي وخصائصها

ال النقل الخلوي أنه ينطوي على حركة وتشريد الجزيئات بين داخل وخارج الخلايا. يعد تبادل الجزيئات بين هذه الأجزاء ظاهرة أساسية للتشغيل الصحيح للكائن الحي ، ويتوسط في سلسلة من الأحداث ، مثل احتمال الغشاء ، على سبيل المثال.

الأغشية البيولوجية ليست مسؤولة فقط عن تحديد الخلية ، بل إنها تلعب أيضًا دورًا لا غنى عنه في حركة المواد. لديهم سلسلة من البروتينات التي تعبر الهيكل ، وبشكل انتقائي للغاية ، تسمح أو لا تسمح بدخول جزيئات معينة.

يتم تصنيف النقل الخلوي إلى نوعين رئيسيين ، اعتمادًا على ما إذا كان النظام يستخدم الطاقة بشكل مباشر أم لا.

لا يتطلب النقل المنفعل طاقة ، وتمكنت الجزيئات من عبور الغشاء عن طريق الانتشار السلبي ، عن طريق القنوات المائية أو عن طريق الجزيئات المنقولة. يتم تحديد اتجاه النقل النشط حصريًا من خلال تدرجات التركيز بين جانبي الغشاء.

في المقابل ، يتطلب النوع الثاني من النقل الطاقة ويسمى النقل النشط. بفضل الطاقة التي يتم ضخها في النظام ، يمكن للمضخات تحريك الجزيئات ضد تدرجات تركيزها. وأبرز مثال في الأدب هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

مؤشر

• 1 قواعد نظرية
  • 1.1 - أغشية الخلايا
  • 1.2 -Lipids في الأغشية
  • 1.3 البروتينات في الأغشية
  • 1.4 - انتقائية الغشاء
  • 1.5 - الانتشار والتناضح
  • 1.6 - السمنة
  • 1.7 التأثير الكهربائي
• 2 النقل السلبي عبر الغشاء
  • 2.1 بث بسيط
  • 2.2 القنوات المائية
  • 2.3 جزيء transportadora
  • 2.4 التناضح
  • 2.5 الترشيح الفائق
  • 2.6 النشر الميسر
• 3 غشاء النقل النشط
  • 3.1 خصائص النقل النشط
  • 3.2 انتقائية النقل
  • 3.3 مثال على النقل النشط: مضخة الصوديوم والبوتاسيوم
  • 3.4 كيف تعمل المضخة?
• 4 النقل الجماعي
  • 4.1-التكاثر
  • 4.2 -Exocytosis
• 5 المراجع

القواعد النظرية

-أغشية الخلايا

لفهم كيفية حدوث تهريب المواد والجزيئات بين الخلية والمقصورات المجاورة ، من الضروري تحليل بنية وتكوين الأغشية البيولوجية.

-الدهون في الأغشية

الخلايا محاطة بغشاء رقيق ومعقد من الطبيعة الدهنية. المكون الأساسي هو الفسفوليبيد.

وتتكون هذه من رأس القطبية ذيول apolar. تتألف الأغشية من طبقتين من الفسفوليبيد - "طبقات ثنائية الشحوم" - يتم فيها تجميع ذيول داخلها وتعطي الرؤوس وجوهًا إضافية داخل الخلايا.

تسمى الجزيئات التي لها مناطق قطبية ونائية على حد سواء باسم الأمفيبات. هذه الخاصية ضرورية للتنظيم المكاني لمكونات الدهون داخل الأغشية.

تتم مشاركة هذه البنية من خلال الأغشية التي تحيط بالأجزاء الخلوية. تذكر أيضًا أن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء والحويصلات والعضيات الأخرى محاطة بغشاء.

بالإضافة إلى الفسفوغليسيريد أو الفوسفوليبيدز ، فإن الأغشية غنية بالشفاهات الشحمية ، التي تحتوي على هياكل عظمية مكونة من جزيء يدعى السفينجوزين والإستيرول. في هذه المجموعة الأخيرة ، نجد أن الكوليسترول هو شحوم تعدل من خصائص الغشاء ، حيث أنه سيولة.

-البروتينات في الأغشية

الغشاء هو بنية ديناميكية ، والتي تحتوي على بروتينات متعددة في الداخل. تعمل بروتينات الغشاء كنوع من "حراس البوابة" أو الجزيئات "الحراس" ، والتي تحدد بدقة انتقائية كبيرة من يدخل ومن يغادر الخلية.

لهذا السبب ، يقال أن الأغشية نصف نافذ ، لأن بعض المركبات تنجح في الدخول والبعض الآخر لا يدخل..

ليست كل البروتينات الموجودة في الغشاء مسؤولة عن التوسط في حركة المرور. البعض الآخر مسؤول عن التقاط الإشارات الخارجية التي تنتج استجابة خلوية للمنبهات الخارجية.

-انتقائية الغشاء

يكون الجزء الداخلي للدهون في الغشاء مسعورًا بدرجة عالية ، مما يجعل الغشاء شديد الامتصاص لمرور الجزيئات القطبية أو المحبة للماء (يعني هذا المصطلح "في حب الماء").

هذا يعني صعوبة إضافية في مرور الجزيئات القطبية. ومع ذلك ، فإن عبور جزيئات hydrosoluble أمر ضروري ، وبالتالي فإن الخلايا لديها سلسلة من آليات النقل التي تسمح بالتشريد الفعال لهذه المواد بين الخلية وبيئتها الخارجية..

بنفس الطريقة ، يجب نقل جزيئات كبيرة ، مثل البروتينات ، وتتطلب أنظمة متخصصة.

-الانتشار والتناضح

تحدث حركة الجزيئات من خلال أغشية الخلايا وفقًا للمبادئ المادية التالية.

هذه المبادئ هي الانتشار والتناضح ويتم تطبيقها على حركة المذيبات والمذيبات في محلول من خلال غشاء نصف نافذ - مثل الأغشية البيولوجية الموجودة في الخلايا الحية..

الانتشار هو العملية التي تنطوي على الحركة الحرارية العشوائية للجزيئات المعلقة من المناطق ذات التركيزات العالية نحو المناطق ذات التركيز المنخفض. هناك تعبير رياضي يسعى إلى وصف العملية ويسمى معادلة نشر فيك ، لكننا لن ندخلها.

مع وضع هذا المفهوم في الاعتبار ، يمكننا تحديد مصطلح نفاذية ، والذي يشير إلى المعدل الذي تخترق فيه المادة الغشاء بشكل سلبي تحت سلسلة من الظروف الملموسة.

من ناحية أخرى ، يتحرك الماء أيضًا لصالح تدرج تركيزه في ظاهرة تسمى التناضح. على الرغم من أنه لا يبدو دقيقًا الإشارة إلى تركيز الماء ، إلا أننا يجب أن نفهم أن السائل الحيوي يتصرف مثل أي مادة أخرى ، من حيث انتشاره.

-تحظرب

مع مراعاة الظواهر الفيزيائية الموصوفة ، فإن التركيزات الموجودة داخل الخلية وخارجها ستحدد اتجاه النقل.

وهكذا ، فإن لونية المحلول هي استجابة الخلايا المغمورة في المحلول. هناك بعض المصطلحات المطبقة على هذا السيناريو:

متساوي التوتر

تكون الخلية أو النسيج أو المحلول متساوي التوتر بالنسبة لآخر إذا كان التركيز متساويًا في كلا العنصرين. في السياق الفسيولوجي ، لن تواجه أي خلية مغمورة في بيئة متساوية التوتر أي تغيير.

نقص الضغط

المحلول منخفض التوتر فيما يتعلق بالخلية إذا كان تركيز المحاليل أقل في الخارج - أي أن للخلية عدد أكبر من المحاليل. في هذه الحالة ، يكون اتجاه الماء هو دخول الخلية.

إذا وضعنا خلايا دم حمراء في ماء مقطر (خالي من المواد الذائبة) ، فإن الماء سيدخل حتى ينفجر. وتسمى هذه الظاهرة انحلال الدم.

مفرط التوتر

المحلول مفرط التوتر فيما يتعلق بالخلية إذا كان تركيز المحاليل أعلى من الخارج - أي أن للخلايا عدد أقل من المحاليل.

في هذه الحالة ، يكون ميل الماء إلى مغادرة الخلية. إذا وضعنا خلايا الدم الحمراء في محلول أكثر تركيزًا ، يميل الماء في الكريات إلى الخروج وتكتسب الخلية مظهرًا متجعدًا.

هذه المفاهيم الثلاثة لها أهمية بيولوجية. على سبيل المثال ، يجب أن يكون بيض كائن حي متساوي التوتر فيما يتعلق بمياه البحر حتى لا ينفجر ولا يفقد الماء.

وبالمثل ، ينبغي أن تحتوي الطفيليات التي تعيش في دم الثدييات على تركيز من المواد المذابة على نحو يشبه الوسط الذي تتطور فيه..

-التأثير الكهربائي

عندما نتحدث عن أيونات ، وهي جسيمات مشحونة ، فإن الحركة عبر الأغشية لا يتم توجيهها حصريًا بواسطة تدرجات التركيز. في هذا النظام ، من الضروري مراعاة كميات المحاليل.

يميل الأيون إلى الابتعاد عن المناطق التي يكون التركيز فيها مرتفعًا (كما هو موضح في القسم الخاص بالتناضح والانتشار) ، وأيضًا إذا كانت الأيونات سالبة ، فسوف تتقدم نحو المناطق التي توجد فيها إمكانات سلبية متنامية. تذكر أنه يتم جذب رسوم مختلفة ، ويتم صد الرسوم المتساوية.

للتنبؤ بسلوك أيون ، يجب أن نضيف القوى المشتركة لتدرج التركيز والتدرج الكهربائي. تسمى هذه المعلمة الجديدة التدرج الكهروكيميائي الصافي.

يتم تصنيف أنواع النقل الخلوي اعتمادًا على استخدام أو عدم استخدام الطاقة من قبل النظام في حركات سلبية ونشطة. سنصف كل واحد بالتفصيل أدناه:

النقل السلبي عبر الغشاء

تنطوي الحركات المنفعلة عبر الأغشية على مرور الجزيئات دون الحاجة المباشرة للطاقة. نظرًا لأن هذه الأنظمة لا تنطوي على الطاقة ، فهي تعتمد بشكل حصري على تدرجات التركيز (بما في ذلك تلك الكهربائية) الموجودة من خلال غشاء البلازما.

على الرغم من تخزين الطاقة المسؤولة عن حركة الجزيئات في مثل هذه التدرجات ، إلا أنه من المناسب والملائم الاستمرار في اعتبار العملية سلبية..

هناك ثلاثة مسارات أولية يمكن من خلالها للجزيئات المرور بشكل سلبي من جانب إلى آخر:

نشر بسيط

إن أبسط الطرق وأكثرها سهولة لنقل المذاب هي اجتياز الغشاء الذي يتبع التدرجات المذكورة أعلاه..

ينتشر الجزيء من خلال غشاء البلازما ، تاركًا الطور المائي جانباً ، يذوب في الجزء الدهني ، ويدخل أخيرًا إلى الجزء المائي من داخل الخلية. يمكن أن يحدث نفس الشيء في الاتجاه المعاكس ، من داخل الخلية إلى الخارج.

سيحدد المرور الفعال عبر الغشاء مستوى الطاقة الحرارية التي يمتلكها النظام. إذا كانت عالية بما يكفي ، فسيكون الجزيء قادرًا على عبور الغشاء.

عند النظر بمزيد من التفصيل ، يجب على الجزيء أن يكسر جميع روابط الهيدروجين المتكونة في الطور المائي حتى يتمكن من الانتقال إلى الطور الدهني. يتطلب هذا الحدث 5 كيلو كالوري من الطاقة الحركية لكل رابط موجود.

العامل التالي الذي يجب أخذه في الاعتبار هو قابلية ذوبان الجزيء في منطقة الدهون. يتأثر التنقل بعدة عوامل ، مثل الوزن الجزيئي وشكل الجزيء.

حركية خطوة الانتشار البسيطة تعرض حركيات غير تشبع. وهذا يعني أن المدخلات تزداد بما يتناسب مع تركيز المادة المذابة المراد نقلها في المنطقة خارج الخلية.

القنوات المائية

البديل الثاني لتمرير الجزيئات عبر المسار السلبي هو عبر قناة مائية موجودة في الغشاء. هذه القنوات هي نوع من المسام التي تسمح بمرور الجزيء ، وتجنب الاتصال بالمنطقة الكارهة للماء.

تمكنت بعض الجزيئات المشحونة من دخول الخلية بعد تدرج تركيزها. بفضل هذا النظام من القنوات المليئة بالمياه ، فإن الأغشية غير منفذة إلى حد كبير للأيونات. داخل هذه الجزيئات تبرز الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والكلور.

جزيء ناقل

البديل الأخير هو الجمع بين المذاب في الاهتمام وجزيء النقل الذي يحجب طبيعته المحبة للماء ، بحيث يحقق المرور عبر الجزء الغني بالدهون في الغشاء.

يزيد الناقل من قابلية الدهون للذوبان في الجزيء الذي يجب نقله ويفضل مروره لصالح تدرج التركيز أو التدرج الكهروكيميائي.

تعمل هذه البروتينات الناقلة بطرق مختلفة. في أبسط الحالات ، يتم نقل المذاب من جانب واحد من الغشاء إلى آخر. هذا النوع يسمى الدعم. على العكس من ذلك ، إذا تم نقل مذيب آخر في وقت واحد ، أو مقترنًا ، فإن الناقل يسمى المقطورات.

إذا كان الناقل المقترن يتحرك الجزيئين في نفس الاتجاه ، فسيكون بسيطًا وإذا فعل ذلك في اتجاهين متعاكسين ، فإن الناقل يكون ضد المنفذ.

تناضح

إنه نوع النقل الخلوي الذي يمر فيه المذيب بشكل انتقائي عبر الغشاء النصف نافذ.

يميل الماء ، على سبيل المثال ، إلى المرور بجانب الخلية التي يكون تركيزها أقل. حركة المياه في هذا المسار تولد ضغطًا يسمى الضغط الاسموزي.

هذا الضغط ضروري لتنظيم تركيز المواد في الخلية ، مما يؤثر بعد ذلك على شكل الخلية.

الترشيح الفائق

في هذه الحالة ، يتم إنتاج حركة بعض المواد المذابة بواسطة تأثير الضغط الهيدروستاتيكي ، من منطقة الضغط العالي إلى الضغط الأدنى. في جسم الإنسان ، تحدث هذه العملية في الكلى بفضل ضغط الدم الناتج عن القلب.

بهذه الطريقة ينتقل الماء واليوريا وما إلى ذلك من الخلايا إلى البول. والهرمونات والفيتامينات ، وما إلى ذلك ، البقاء في الدم. تُعرف هذه الآلية أيضًا باسم غسيل الكلى.

نشر سهل

هناك مواد تحتوي على جزيئات كبيرة جدًا (مثل الجلوكوز وأحاديات السكريات الأخرى) ، والتي تحتاج إلى بروتين حامل للانتشار. هذا الانتشار أسرع من الانتشار البسيط ويعتمد على:

• تركيز التدرج للمادة.
• كمية البروتينات الناقلة الموجودة في الخلية.
• سرعة البروتينات الحالية.

أحد هذه البروتينات الناقلة هو الأنسولين ، الذي يسهل انتشار الجلوكوز ، مما يقلل تركيزه في الدم..

النقل الفعال عبر الغشاء

لقد ناقشنا حتى الآن مرور الجزيئات المختلفة عبر القنوات دون تكلفة الطاقة. في هذه الأحداث ، تكون التكلفة الوحيدة هي توليد الطاقة الكامنة في شكل تركيزات تفاضلية على جانبي الغشاء.

بهذه الطريقة ، يتم تحديد اتجاه النقل بواسطة التدرج الحالي. تبدأ المواد المذابة في الانتقال وفقًا لمبادئ الانتشار المذكورة ، حتى تصل إلى نقطة ينتهي فيها الانتشار الصافي - عند هذه النقطة ، تم الوصول إلى توازن. في حالة الأيونات ، تتأثر الحركة أيضًا بالحمل.

ومع ذلك ، في الحالة الوحيدة التي يكون فيها توزيع الأيونات على جانبي الغشاء في حالة توازن حقيقي يكون عندما تكون الخلية ميتة. تستثمر جميع الخلايا الحية كمية كبيرة من الطاقة الكيميائية للحفاظ على تركيزات المذاب بعيدًا عن التوازن.

الطاقة المستخدمة للحفاظ على هذه العمليات نشطة ، بشكل عام ، جزيء ATP. أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، الذي يختصر باسم ATP ، هو جزيء طاقة أساسي في العمليات الخلوية.

خصائص النقل النشط

يمكن أن يعمل النقل النشط ضد تدرجات التركيز ، بغض النظر عن مدى تميزه - ستكون هذه الخاصية واضحة مع شرح مضخة الصوديوم - البوتاسيوم (انظر أدناه).

يمكن لآليات النقل النشطة نقل أكثر من فئة واحدة من الجزيئات في وقت واحد. بالنسبة إلى النقل النشط ، يتم استخدام نفس التصنيف المذكور لنقل عدة جزيئات في وقت واحد في النقل السلبي: simporte و antiporte.

يمكن الحيلولة دون انتقال هذه المضخات عن طريق تطبيق جزيئات تمنع بشكل خاص المواقع الحساسة في البروتين.

حركية النقل هي من نوع Michaelis-Menten. كلا السلوكين - يتم تثبيتهما بواسطة بعض الجزيئات والحركية - هما من الخصائص النموذجية للتفاعلات الأنزيمية.

أخيرًا ، يجب أن يحتوي النظام على إنزيمات محددة يمكنها تحلل جزيء ATP ، مثل ATPases. هذه هي الآلية التي يحصل بها النظام على الطاقة التي يميزها.

انتقائية النقل

المضخات المعنية انتقائية للغاية في الجزيئات التي سيتم نقلها. على سبيل المثال ، إذا كانت المضخة حاملة لأيونات الصوديوم ، فلن تأخذ أيونات الليثيوم ، على الرغم من أن كلا الأيونيين متشابهان للغاية في الحجم.

من المفترض أن البروتينات يمكن أن تميز بين ميزتين تشخيصيتين: سهولة الجفاف في الجزيء والتفاعل مع الشحنات داخل مسام الناقل.

من المعروف أن الأيونات الكبيرة يمكنها أن تجف بسهولة ، إذا قارناها مع أيون صغير. وبالتالي ، فإن المسام مع المراكز القطبية ضعيفة سوف تستخدم أيونات كبيرة ، ويفضل.

بالمقابل ، في القنوات ذات المراكز المشحونة بقوة ، يسود التفاعل مع الأيونات المجففة.

مثال على النقل النشط: مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

لشرح آليات النقل النشط ، من الأفضل القيام بذلك باستخدام أفضل نموذج تمت دراسته: مضخة الصوديوم - البوتاسيوم.

من السمات البارزة للخلايا هي القدرة على الحفاظ على التدرجات الواضحة لأيونات الصوديوم (Na⁺) والبوتاسيوم (ك⁺).

في البيئة الفسيولوجية ، يكون تركيز البوتاسيوم داخل الخلايا أعلى من 10 إلى 20 مرة في الخارج من الخلايا. في المقابل ، تم العثور على أيونات الصوديوم أكثر تركيزا في البيئة خارج الخلية.

مع المبادئ التي تحكم حركة الأيونات بشكل سلبي ، سيكون من المستحيل الحفاظ على هذه التركيزات ، وبالتالي فإن الخلايا تحتاج إلى نظام نقل نشط وهذا هو مضخة الصوديوم - البوتاسيوم.

يتم تشكيل المضخة بواسطة مركب بروتين من نوع ATPase مرتبط بغشاء البلازما لجميع الخلايا الحيوانية. هذا لديه مواقع ملزمة لكل من الأيونات ومسؤول عن النقل عن طريق حقن الطاقة.

كيف تعمل المضخة?

في هذا النظام ، هناك عاملان يحددان حركة الأيونات بين الحجرات الخلوية وخارج الخلية. الأول هو السرعة التي تعمل بها مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، والعامل الثاني هو السرعة التي يمكن أن يدخل بها أيون الخلية مرة أخرى (في حالة الصوديوم) ، من خلال أحداث الانتشار السلبي.

بهذه الطريقة ، تحدد السرعة التي تدخل بها الأيونات الخلية السرعة التي يجب أن تعمل بها المضخة للحفاظ على تركيز أيونات مناسب..

يعتمد تشغيل المضخة على سلسلة من التغييرات المطابقة في البروتين المسؤولة عن نقل الأيونات. يتحلل مباشرة كل جزيء من ATP ، في هذه العملية تترك ثلاثة أيونات الصوديوم الخلية وفي نفس الوقت تدخل أيوني البوتاسيوم في بيئة الخلية.

النقل الجماعي

إنه نوع آخر من النقل النشط الذي يساعد في حركة الجزيئات الكبيرة ، مثل السكريات والبروتينات. يمكن أن يحدث من خلال:

-الإلتقام

هناك ثلاث عمليات للبطانة الداخلية: البلعمة ، كثرة الكريات الحميدة ، وخلل التنسج اللجيني:

البلعمة

البلعمة هي نوع النقل الذي يتم فيه تغطية الجسيمات الصلبة بواسطة حويصلة أو بلعومية مكونة من كاذبة كاذبة. يتم هضم هذه الجسيمات الصلبة التي تبقى داخل الحويصلة بواسطة إنزيمات ، وبالتالي تصل إلى داخل الخلية.

بهذه الطريقة تعمل خلايا الدم البيضاء في الجسم. البلعمة البكتيريا والأجسام الغريبة كآلية الدفاع.

pinocitosis

يحدث داء الخلويات عندما تكون المادة المراد نقلها عبارة عن قطيرة أو حويصلة من السائل خارج الخلوي ، ويخلق الغشاء حويصلة حلقية تتم فيها معالجة محتوى الحويصلة أو القطرة للعودة إلى سطح الخلية..

التسمم عن طريق مستقبلات

إنها عملية مشابهة لحدوث كثرة الأصابع ، ولكن في هذه الحالة ، يحدث غشاء الغشاء عندما يرتبط جزيء معين (يجند) بمستقبل الغشاء..

تنضم العديد من الحويصلات الداخلية وتشكل بنية أكبر تسمى الإندوسوم ، حيث يتم فصل اللجند عن المستقبل. بعد ذلك ، تعود المستقبلة إلى الغشاء ويتصل اللجند بجسيم شحمي يتم هضمه بواسطة إنزيمات.

-إيماس

إنه نوع من النقل الخلوي الذي يجب أن تؤخذ فيه المادة خارج الخلية. خلال هذه العملية ، ينضم غشاء الحويصلة الإفرازية إلى غشاء الخلية ويطلق محتويات الحويصلة..

بهذه الطريقة تقضي الخلايا على المواد المركبة أو تلك الخاصة بالنفايات. هذه هي أيضًا الطريقة التي تطلق بها الهرمونات أو الإنزيمات أو الناقلات العصبية.

مراجع

1. Audesirk، T.، Audesirk، G.، & Byers، B. E. (2003). علم الأحياء: الحياة على الأرض. بيرسون التعليم.
2. Donnersberger، A. B.، & Lesak، A. E. (2002). كتاب مختبر التشريح وعلم وظائف الأعضاء. التحرير Paidotribo.
3. Larradagoitia، L. V. (2012). علم التشريح وعلم الأمراض الأساسي. بارانينفو الافتتاحية.
4. Randall، D.، Burggren، W. W.، Burggren، W.، French، K.، & Eckert، R. (2002). فسيولوجيا الحيوان Eckert. ماكميلان.
5. حي ، À. M. (2005). أساسيات فسيولوجيا النشاط البدني والرياضة. Ed. Panamericana Medical.