حمل و نقل غیرفعال چیست؟ حرکت غشایی ترکیبات مختلف ماکرومولکولی، اجزای سلولی، ذرات فوق مولکولی که قادر به نفوذ از طریق کانال های موجود در غشاء نیستند، از طریق مکانیسم های خاصی انجام می شود، به عنوان مثال، با استفاده از فاگوسیتوز، پینوسیتوز، اگزوسیتوز، انتقال از طریق فضای بین سلولی. یعنی حرکت مواد از طریق غشاء می تواند با استفاده از مکانیسم های مختلفی رخ دهد که با توجه به علائم مشارکت حامل های خاص در آنها و همچنین مصرف انرژی تقسیم می شوند. دانشمندان انتقال مواد را به فعال و غیرفعال تقسیم می کنند.
شیوه های اصلی حمل و نقل
انتقال غیرفعال عبارت است از انتقال ماده از طریق یک غشای بیولوژیکی در امتداد گرادیان (اسموتیک، غلظت، هیدرودینامیک و غیره) که نیازی به مصرف انرژی ندارد.
انتقال فعال عبارت است از انتقال یک ماده از طریق یک غشای بیولوژیکی در برابر یک گرادیان. که در آنانرژی مصرف می شود. تقریباً 30 تا 40 درصد انرژی که در نتیجه واکنش های متابولیکی در بدن انسان ایجاد می شود صرف اجرای حمل و نقل فعال مواد می شود. اگر عملکرد کلیه های انسان را در نظر بگیریم، حدود 70 تا 80 درصد اکسیژن مصرفی صرف حمل و نقل فعال می شود.
انتقال غیرفعال مواد
شامل انتقال مواد مختلف از طریق غشاهای بیولوژیکی در طول شیب های مختلف است. این شیب ها می توانند:
- گرادیان پتانسیل الکتروشیمیایی؛
- گرادیان غلظت مواد؛
- گرادیان میدان الکتریکی؛
- گرادیان فشار اسمزی و دیگران.
فرایند اجرای حمل و نقل غیرفعال نیازی به مصرف انرژی ندارد. این می تواند با انتشار آسان و ساده رخ دهد. همانطور که می دانیم، انتشار حرکت بی نظم مولکول های یک ماده در محیط های مختلف است که به دلیل انرژی ارتعاشات حرارتی یک ماده است.
اگر ذره ای از یک ماده از نظر الکتریکی خنثی باشد، جهتی که در آن انتشار رخ می دهد با تفاوت در غلظت مواد موجود در محیط های جدا شده توسط غشاء تعیین می شود. به عنوان مثال، بین بخش های سلول، داخل سلول و خارج از آن. اگر ذرات یک ماده، یونهای آن دارای بار الکتریکی باشند، انتشار نه تنها به اختلاف غلظت بستگی دارد، بلکه به مقدار بار ماده داده شده، وجود و علائم بار در دو طرف غشاء بستگی دارد.. بزرگی گرادیان الکتروشیمیاییتوسط مجموع جبری گرادیان های الکتریکی و غلظت در سراسر غشاء تعیین می شود.
چه چیزی انتقال در سراسر غشا را فراهم می کند؟
انتقال غشایی غیرفعال به دلیل وجود گرادیان غلظت ماده، فشار اسمزی که بین طرف های مختلف غشای سلولی یا بار الکتریکی ایجاد می شود امکان پذیر است. به عنوان مثال، سطح متوسط یون های Na+ موجود در پلاسمای خون حدود 140 میلی مولار در لیتر و محتوای آن در گلبول های قرمز حدود 12 برابر بیشتر است. چنین گرادیان، که به صورت اختلاف غلظت بیان می‌شود، می‌تواند نیروی محرکه‌ای ایجاد کند که انتقال مولکول‌های سدیم به گلبول‌های قرمز را از پلاسمای خون تضمین می‌کند.
لازم به ذکر است که سرعت چنین انتقالی بسیار کم است، زیرا غشای سلولی با نفوذپذیری کم برای یون های این ماده مشخص می شود. این غشاء نفوذ پذیری بسیار بیشتری نسبت به یون های پتاسیم دارد. انرژی متابولیسم سلولی برای تکمیل فرآیند انتشار ساده استفاده نمی شود.
نرخ انتشار
انتقال فعال و غیرفعال مواد از طریق غشاء با سرعت انتشار مشخص می شود. می توان آن را با استفاده از معادله فیک توصیف کرد: dm/dt=-kSΔC/x.
در این مورد، dm/dt مقدار ماده ای است که در یک واحد زمان منتشر می شود و k ضریب فرآیند انتشار است که مشخص کننده نفوذپذیری غشای زیستی برای ماده منتشرکننده است. S برابر با مساحتی است که در آن انتشار رخ می دهد و ΔC تفاوت را بیان می کندغلظت مواد از طرف های مختلف غشای بیولوژیکی، در حالی که x فاصله بین نقاط انتشار را مشخص می کند.
بدیهی است که موادی که به طور همزمان در امتداد گرادیان غلظت ها و میدان های الکتریکی منتشر می شوند، به راحتی از طریق غشاء حرکت می کنند. یک شرط مهم برای انتشار یک ماده از طریق غشاء، خواص فیزیکی خود غشاء، نفوذپذیری آن برای هر ماده خاص است.
با توجه به اینکه دولایه غشاء توسط رادیکال های هیدروکربنی فسفولیپیدها با خاصیت آبگریز تشکیل شده است، موادی با طبیعت آبگریز به راحتی در آن پخش می شوند. به ویژه، این امر در مورد موادی که به راحتی در لیپیدها حل می شوند، مانند هورمون های تیروئید و استروئید، و همچنین برخی از مواد مخدر صدق می کند.
یونهای معدنی و مواد با وزن مولکولی کم که طبیعت آبدوست دارند از طریق کانال‌های یونی غشایی غیرفعال منتشر می‌شوند که از مولکول‌های پروتئین سازنده کانال تشکیل می‌شوند و گاهی اوقات از طریق نقص‌های بسته‌بندی غشایی مولکول‌های فسفولیپیدی که در غشای سلولی به وجود می‌آیند. نتیجه نوسانات حرارتی.
انتقال غیرفعال در سراسر غشاء فرآیند بسیار جالبی است. اگر شرایط نرمال باشد، مقدار قابل توجهی از یک ماده تنها در صورتی می تواند به غشای دولایه نفوذ کند که غیرقطبی باشند و اندازه کوچکی داشته باشند. در غیر این صورت، انتقال از طریق پروتئین های حامل انجام می شود. فرآیندهای مشابه شاملپروتئین حامل، انتشار نامیده نمی شود، بلکه انتقال یک ماده از طریق غشاء است.
انتشار تسهیل شده
انتشار تسهیل شده، مانند انتشار ساده، در امتداد گرادیان غلظت یک ماده رخ می دهد. تفاوت اصلی این است که یک مولکول پروتئینی خاص به نام حامل در فرآیند انتقال ماده شرکت می کند.
انتشار تسهیل شده نوعی انتقال غیرفعال مولکول های یک ماده از طریق غشاهای زیستی است که در امتداد گرادیان غلظت با استفاده از یک حامل انجام می شود.
حالات انتقال پروتئین
پروتئین حامل می تواند در دو حالت ساختاری باشد. به عنوان مثال، در حالت A، این پروتئین ممکن است با ماده ای که حمل می کند میل ترکیبی داشته باشد، محل های اتصال آن به ماده به سمت داخل چرخانده می شود، در نتیجه منافذی تشکیل می شود که به یک طرف غشاء باز است.
پس از اتصال پروتئین به ماده منتقل شده، ترکیب آن تغییر می کند و به حالت B می رسد. با این تبدیل، حامل میل ترکیبی خود را با ماده از دست می دهد. از اتصال با حامل، آزاد می شود و به منافذی که قبلاً در طرف دیگر غشا قرار دارد حرکت می کند. پس از انتقال ماده، پروتئین حامل مجدداً ترکیب خود را تغییر می‌دهد و به حالت A باز می‌گردد. این انتقال ماده در طول غشاء را یک پورت می‌گویند
سرعت انتشار تسهیل شده
مواد با وزن مولکولی کوچک مانند گلوکز می توانند از طریق آن منتقل شوندغشاء از طریق انتشار تسهیل شده چنین انتقالی می تواند از خون به مغز، به سلول های فضاهای بینابینی رخ دهد. سرعت انتقال ماده با این نوع انتشار می تواند به 10 8 از طریق کانال در یک ثانیه برسد.
همانطور که قبلاً می دانیم، سرعت انتقال فعال و غیرفعال مواد در انتشار ساده با اختلاف غلظت ماده در دو طرف غشاء متناسب است. در مورد انتشار تسهیل شده، این نرخ متناسب با افزایش اختلاف غلظت ماده تا حداکثر مقدار معین افزایش می یابد. بالاتر از این مقدار، نرخ افزایش نمی‌یابد، حتی اگر اختلاف غلظت‌ها از طرف‌های مختلف غشاء همچنان در حال افزایش باشد. دستیابی به چنین نقطه سرعت حداکثری در فرآیند انتشار تسهیل شده را می توان با این واقعیت توضیح داد که حداکثر سرعت دلالت بر دخالت تمام پروتئین های حامل موجود در فرآیند انتقال دارد.
انتقال فعال و غیرفعال از طریق غشاها شامل چه مفهوم دیگری است؟
انتشار تبادل
این نوع انتقال مولکول های ماده از طریق غشای سلولی با این واقعیت مشخص می شود که مولکول های همان ماده که در طرف های مختلف غشای بیولوژیکی قرار دارند در تبادل شرکت می کنند. لازم به ذکر است که با چنین انتقال مواد، غلظت مولکول ها در دو طرف غشاء به هیچ وجه تغییر نمی کند.
نوعی انتشار تبادل
یکی از انواع انتشار تبادل تبادلی است که در آنیک مولکول یک ماده با دو یا چند مولکول از ماده دیگر مبادله می شود. به عنوان مثال، یکی از راه هایی که در آن یون های مثبت کلسیم از سلول های ماهیچه صاف برونش ها و عروق از میوسیت های انقباضی قلب خارج می شوند، تبادل آنها با یون های سدیم واقع در خارج از سلول است. یک یون سدیم در این حالت با سه یون کلسیم مبادله می شود. بنابراین، حرکت سدیم و کلسیم از طریق غشا وجود دارد که به یکدیگر وابسته است. این نوع انتقال غیرفعال از طریق غشای سلولی، آنتی پورت نامیده می شود. به این ترتیب است که سلول می تواند از شر یون های کلسیم که بیش از حد وجود دارد خلاص شود. این فرآیند برای آرام شدن میوسیت ها و کاردیومیوسیت های صاف ضروری است.
این مقاله به بررسی انتقال فعال و غیرفعال مواد از طریق غشاء می پردازد.
