للخلية واجبات كثيرة يجب أن تؤديها. من أهم وظائفه الحفاظ على بيئة صحية داخل الخلية. يتطلب هذا التحكم في التركيزات داخل الخلايا للجزيئات المختلفة ، مثل الأيونات والغازات المذابة والمواد الكيميائية الحيوية.
تدرج التركيز هو اختلاف في تركيز المادة عبر المنطقة. في علم الأحياء الدقيقة ، يخلق غشاء الخلية تدرجات تركيز.
تعريف التدرج والتركيز (علم الأحياء)
قبل أن ندخل في كيفية عمل تدرجات التركيز علم الاحياء المجهري، نحتاج إلى فهم تعريف التدرج والتركيز (علم الأحياء).
أ "تركيز"يشير إلى كمية المادة (تسمى عادةً مادة مذابة) التي توجد عادةً في المحلول. لذلك ، على سبيل المثال ، إذا كان لديك كمية معينة من السكر في العصارة الخلوية للخلية ، فسيكون السكر كذلك يسمى المذاب والعصارة الخلوية (حيث يوجد السكر) "المذيب" في المحلول الذي يصنعونه سويا. يعني تركيز السكر كمية السكر الموجودة في العصارة الخلوية لتلك الخلية.
أ "تدرج التركيز"يعني ببساطة أن هناك اختلافًا في التركيزات في مكانين مختلفين. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون لديك العديد من جزيئات السكر داخل الخلية وعدد قليل جدًا خارج الخلية. سيكون هذا مثالاً على تدرج التركيز.
عندما يتشكل تدرج التركيز ، تريد الجزيئات أن تتدفق من مناطق ذات تركيز عالٍ إلى تركيز منخفض لتقليل التدرج أو التخلص منه. ومع ذلك ، في بعض الأحيان تكون التدرجات ضرورية لبنية / وظيفة الخلايا. استمرارًا لمثال السكر ، تريد الخلية الاحتفاظ بالسكر في الخلية لاستخدامه بدلاً من السماح له بالتدفق خارج الخلية.
غشاء الخلية
أ غشاء الخلية يتكون من طبقة مزدوجة من الفسفوليبيدات ، وهي جزيئات تحتوي على رأس فوسفات وذيول دهني. وهذا ما يسمى طبقة ثنائية الفوسفوليبيد. تصطف الرؤوس على طول الحدود الداخلية والخارجية للغشاء ، بينما تملأ ذيول الفراغ بينهما.
يتميز غشاء الخلية بنفاذية انتقائية - حيث تمنع الذيل الجزيئات الكبيرة أو المشحونة من الانتشار عبر غشاء الخلية ، بينما يمكن للجزيئات الصغيرة والقابلة للذوبان في الدهون أن تنزلق من خلالها. يمكن أن تخلق النفاذية الانتقائية تدرجات تركيز عبر الغشاء تتطلب غشاءً خاصًا يجب التغلب على البروتينات مع السماح للجزيئات القابلة للذوبان الصغيرة والدهنية اللازمة بالانتشار دون استخدام ما يصل طاقة.
الانتشار السلبي
يمكن للجزيئات الصغيرة غير القطبية أن تنتشر عبر غشاء الخلية بناءً على تدرج تركيز الجزيء. يحتوي الجزيء غير القطبي على شحنة كهربائية موحدة نسبيًا ومحايدة طوال الوقت.
على سبيل المثال ، الأكسجين غير قطبي وينتشر بحرية عبر غشاء الخلية. تنقل خلايا الدم جزيئات الأكسجين إلى الفراغات المحيطة بالخلايا ، مما ينتج عنه تركيز مرتفع نسبيًا من O2. تستقلب الخلية الأكسجين باستمرار ، مما يخلق تدرجًا في التركيز بين داخل الخلية وخارجها. ا2 ينتشر من خلال الغشاء بسبب هذا التدرج.
على الرغم من أن الماء وثاني أكسيد الكربون قطبيان ، إلا أنهما صغيران بما يكفي للانتشار عبر غشاء الخلية دون مساعدة.
مستقبلات القناة الأيونية
ان أيون هي ذرة أو جزيء يحتوي على عدد مختلف من البروتونات والإلكترونات - يحمل شحنة كهربائية. تعتبر بعض الأيونات ، بما في ذلك الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم ، مهمة لعمل الخلية الطبيعي. ترفض الدهون الأيونات ، لكن غشاء الخلية يتخلل ببروتينات تسمى مستقبلات القناة الأيونية التي تساعد في التحكم في تركيزات الأيونات داخل الخلية.
تستخدم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم جزيء طاقة الخلية ، ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP)للتغلب على تدرج التركيز ، مما يسمح بانتقال الصوديوم من الخلية والبوتاسيوم إلى داخل الخلية. تعتمد المضخات الأخرى على القوى الكهروديناميكية بدلاً من ATP لنقل الأيونات عبر الغشاء.
بروتينات الناقل
لا يمكن للجزيئات الكبيرة أن تنتشر من خلال الدهون في غشاء الخلية. توفر البروتينات الحاملة داخل الغشاء خدمة العبّارة ، باستخدام أي منهما النقل النشط أو نشر الميسر.
النقل النشط يتطلب من الخلية استخدام ATP لتحريك الجزيء الكبير ضد تدرج التركيز. ترتبط المستقبلات الموجودة في بروتينات النقل النشط براكب معين ، ويسمح ATP للبروتين بنقل راكبه عبر الغشاء.
نشر الميسر لا يحتاج إلى طاقة كيميائية حيوية من الخلية. تعمل الناقلات التي تستخدم الانتشار الميسر كحراس بوابة يفتحون ويغلقون بناءً على التركيز والتدرجات الكهربائية.