النقل النشط: نظرة عامة على الابتدائي والثانوي

يتطلب النقل النشط طاقة للعمل ، وهذه هي الطريقة التي تحرك بها الخلية الجزيئات. يعد نقل المواد داخل وخارج الخلايا أمرًا ضروريًا للوظيفة العامة.

النقل النشط والنقل السلبي هما الطريقتان الرئيسيتان لتحريك الخلايا للمواد. على عكس النقل النشط ، لا يتطلب النقل السلبي أي طاقة. الطريقة الأسهل والأرخص هي النقل السلبي ؛ ومع ذلك ، يجب أن تعتمد معظم الخلايا على النقل النشط للبقاء على قيد الحياة.

غالبًا ما يتعين على الخلايا استخدام النقل النشط لأنه لا يوجد خيار آخر. في بعض الأحيان ، لا يعمل الانتشار للخلايا. يستخدم النقل النشط طاقة مثل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) لتحريك الجزيئات ضد تدرجات تركيزها. عادة ، تتضمن العملية ناقل بروتين يساعد على النقل عن طريق تحريك الجزيئات إلى داخل الخلية.

على سبيل المثال ، قد ترغب الخلية في نقل جزيئات السكر إلى الداخل ، لكن تدرج التركيز قد لا يسمح بالنقل السلبي. إذا كان هناك تركيز أقل من السكر داخل الخلية وتركيز أعلى خارج الخلية ، فإن النقل النشط يمكن أن يحرك الجزيئات عكس التدرج.

تستخدم الخلايا جزءًا كبيرًا من الطاقة التي تخلقها للنقل النشط. في الواقع ، في بعض الكائنات الحية ، تذهب غالبية ATP المتولدة نحو النقل النشط والحفاظ على مستويات معينة من الجزيئات داخل الخلايا.

التدرجات الكهروكيميائية لها شحنات مختلفة وتركيزات كيميائية مختلفة. توجد عبر الغشاء لأن بعض الذرات والجزيئات لها شحنات كهربائية. هذا يعني أن هناك ملف فرق الجهد الكهربائي أو غشاء المحتملة.

في بعض الأحيان ، تحتاج الخلية إلى إدخال المزيد من المركبات والتحرك عكس التدرج الكهروكيميائي. هذا يتطلب طاقة ولكنه يؤتي ثماره في وظيفة خلية أفضل بشكل عام. مطلوب لبعض العمليات ، مثل الحفاظ على تدرجات الصوديوم والبوتاسيوم في الخلايا. عادة ما تحتوي الخلايا على كمية أقل من الصوديوم ومزيد من البوتاسيوم في الداخل ، لذلك يميل الصوديوم إلى دخول الخلية بينما يترك البوتاسيوم.

يتيح النقل النشط للخلية تحريكها عكس تدرجات تركيزها المعتادة.

يستخدم النقل النشط الأساسي ATP كمصدر للطاقة للحركة. إنه يحرك الأيونات عبر غشاء البلازما ، مما يخلق فرقًا في الشحنة. غالبًا ما يدخل الجزيء الخلية حيث يغادر نوع آخر من الجزيء الخلية. هذا يخلق اختلافات في التركيز والشحن عبر غشاء الخلية.

ال مضخة الصوديوم والبوتاسيوم هو جزء مهم من العديد من الخلايا. تقوم المضخة بنقل الصوديوم خارج الخلية أثناء نقل البوتاسيوم إلى الداخل. يمنح التحلل المائي لـ ATP الخلية الطاقة التي تحتاجها أثناء العملية. مضخة الصوديوم والبوتاسيوم هي مضخة من النوع P تنقل ثلاثة أيونات الصوديوم إلى الخارج وتجلب اثنين من أيونات البوتاسيوم إلى الداخل.

تربط مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ATP وأيونات الصوديوم الثلاثة. ثم تحدث الفسفرة في المضخة بحيث تغير شكلها. يسمح هذا للصوديوم بمغادرة الخلية والتقاط أيونات البوتاسيوم. بعد ذلك ، تنعكس الفسفرة ، مما يغير شكل المضخة مرة أخرى ، لذلك يدخل البوتاسيوم إلى الخلية. هذه المضخة مهمة لوظيفة الأعصاب بشكل عام وهي مفيدة للكائن الحي.

هناك أنواع مختلفة من الناقلات الأولية النشطة. P- نوع ATPase، مثل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، موجودة في حقيقيات النوى والبكتيريا والعتائق.

يمكنك رؤية ATPase من النوع P في مضخات الأيونات مثل مضخات البروتون ومضخات الصوديوم والبوتاسيوم ومضخات الكالسيوم. F من النوع ATPase موجود في الميتوكوندريا, البلاستيدات الخضراء والبكتيريا. V- نوع ATPase موجود في حقيقيات النوى ، و ناقل ABC (ABC تعني "شريط ربط ATP") موجود في كليهما بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

يستخدم النقل النشط الثانوي التدرجات الكهروكيميائية لنقل المواد بمساعدة أ cotransporter. يسمح للمواد المحمولة بالانتقال إلى أعلى من التدرجات بفضل الناقل المشترك ، بينما تتحرك الركيزة الرئيسية أسفل تدرجها.

بشكل أساسي ، يستخدم النقل النشط الثانوي الطاقة من التدرجات الكهروكيميائية التي يخلقها النقل النشط الأولي. هذا يسمح للخلية بالحصول على جزيئات أخرى ، مثل الجلوكوز ، في الداخل. النقل النشط الثانوي مهم لوظيفة الخلية الإجمالية.

ومع ذلك ، يمكن أن ينتج النقل النشط الثانوي أيضًا طاقة مثل ATP من خلال تدرج أيون الهيدروجين في الميتوكوندريا. على سبيل المثال ، يمكن استخدام الطاقة التي تتراكم في أيونات الهيدروجين عندما تمر الأيونات عبر بروتين القناة سينسيز ATP. هذا يسمح للخلية بتحويل ADP إلى ATP.

تعتبر المضخات أو البروتينات الحاملة جزءًا مهمًا من النقل النشط. يساعدون في نقل المواد في الخلية.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من البروتينات الحاملة: أحادي, المتعايشين و مضادات الحمى.

تحمل الأحاديات نوعًا واحدًا فقط من الأيونات أو الجزيئات ، لكن يمكن أن يحمل المتماثلون أيونين أو جزيئين في نفس الاتجاه. يمكن أن تحمل مضادات الحمى اثنين من الأيونات أو الجزيئات في اتجاهات مختلفة.

من المهم ملاحظة أن البروتينات الحاملة تظهر في النقل النشط والسلبي. البعض لا يحتاج إلى طاقة للعمل. ومع ذلك ، فإن البروتينات الحاملة المستخدمة في النقل النشط تحتاج إلى طاقة لتعمل. يسمح ATP لهم بإجراء تغييرات في الشكل. مثال على بروتين حامل مضاد للحمل هو Na + -K + ATPase ، والذي يمكنه تحريك أيونات البوتاسيوم والصوديوم في الخلية.

الالتقام و طرد خلوي هي أيضًا أمثلة على النقل النشط في الخلية. إنها تسمح بحركة النقل السائبة داخل وخارج الخلايا عبر الحويصلات ، بحيث يمكن للخلايا نقل الجزيئات الكبيرة. تحتاج الخلايا في بعض الأحيان إلى بروتين كبير أو مادة أخرى لا تتناسب مع غشاء بلازمي أو قنوات النقل.

لهؤلاء الجزيئات الكبيرةوالالتقام الخلوي والإفراز الخلوي هي أفضل الخيارات. نظرًا لاستخدامهم وسائل النقل النشط ، يحتاج كلاهما إلى الطاقة للعمل. هذه العمليات مهمة للبشر لأن لها أدوارًا في وظيفة الأعصاب ووظيفة الجهاز المناعي.

أثناء الالتقام الخلوي ، تستهلك الخلية جزيءًا كبيرًا خارج غشاء البلازما. تستخدم الخلية غشاءها لإحاطة الجزيء وأكله عن طريق الطي فوقه. يؤدي هذا إلى تكوين حويصلة ، وهي عبارة عن كيس محاط بغشاء يحتوي على الجزيء. ثم تخرج الحويصلة من غشاء البلازما وتحرك الجزيء إلى داخل الخلية.

بالإضافة إلى استهلاك الجزيئات الكبيرة ، يمكن للخلية أن تأكل خلايا أخرى أو أجزاء منها. النوعان الرئيسيان من الالتقام الخلوي هما البلعمة و كثرة الكريات. البلعمة هي الطريقة التي تأكل بها الخلية جزيء كبير. كثرة الخلايا هي الطريقة التي تشرب بها الخلية السوائل مثل السوائل خارج الخلية.

تستخدم بعض الخلايا كثرة الخلايا بشكل مستمر لالتقاط العناصر الغذائية الصغيرة من محيطها. يمكن للخلايا الاحتفاظ بالمغذيات في حويصلات صغيرة بمجرد دخولها.

البالعات هي الخلايا التي تستخدم البلعمة لاستهلاك الأشياء. بعض الأمثلة على البالعات في جسم الإنسان هي خلايا الدم البيضاء، مثل العدلات و حيدات. تكافح العدلات البكتيريا الغازية من خلال البلعمة وتساعد على منع البكتيريا من إيذائك عن طريق إحاطة البكتيريا واستهلاكها وبالتالي تدميرها.

حيدات أكبر من العدلات. ومع ذلك ، يستخدمون أيضًا البلعمة لاستهلاك البكتيريا أو الخلايا الميتة.

تحتوي رئتيك أيضًا على بلعمات تسمى البلاعم. عندما تستنشق الغبار ، يصل بعضه إلى رئتيك ويذهب إلى الأكياس الهوائية المسماة الحويصلات الهوائية. بعد ذلك ، يمكن أن تهاجم الضامة الغبار وتحيط به. إنهم يبتلعون الغبار بشكل أساسي للحفاظ على صحة رئتيك. على الرغم من أن جسم الإنسان لديه نظام دفاع قوي ، إلا أنه لا يعمل بشكل جيد في بعض الأحيان.

على سبيل المثال ، يمكن أن تموت الضامة التي تبتلع جزيئات السيليكا وتنبعث منها مواد سامة. يمكن أن يتسبب هذا في تكوين نسيج ندبي.

الأميبات أحادية الخلية وتعتمد على البلعمة في الأكل. يبحثون عن العناصر الغذائية ويحيطون بها ؛ ثم يبتلعون الطعام ويشكلون فجوة طعام. بعد ذلك ، الطعام فجوة عصارية ينضم إلى الجسيم داخل الأميبا لتفكيك العناصر الغذائية. ال الايسوسوم يحتوي على إنزيمات تساعد في العملية.

بوساطة مستقبلات الإلتقام يسمح للخلايا باستهلاك أنواع معينة من الجزيئات التي تحتاجها. بروتينات المستقبل تساعد هذه العملية من خلال الارتباط بهذه الجزيئات حتى تتمكن الخلية من تكوين حويصلة. هذا يسمح للجزيئات المحددة بدخول الخلية.

عادة ، يعمل الالتقام الخلوي بوساطة المستقبل لصالح الخلية ويسمح لها بالتقاط الجزيئات المهمة التي تحتاجها. ومع ذلك ، يمكن للفيروسات استغلال العملية لدخول الخلية وإصابتها. بعد أن يلتصق الفيروس بالخلية ، عليه أن يجد طريقة للدخول إلى الخلية. تحقق الفيروسات ذلك عن طريق الارتباط ببروتينات المستقبل والدخول إلى الحويصلات.

أثناء الإفراز الخلوي ، تنضم الحويصلات الموجودة داخل الخلية إلى غشاء البلازما وتطلق محتوياتها ؛ تسرب المحتويات خارج الخلية. يمكن أن يحدث هذا عندما تريد الخلية التحرك أو التخلص من الجزيء. البروتين هو جزيء شائع تريد الخلايا نقله بهذه الطريقة. في الأساس ، خروج الخلايا هو عكس عملية الالتقام الخلوي.

تبدأ العملية بدمج حويصلة في غشاء البلازما. بعد ذلك ، تفتح الحويصلة وتطلق الجزيئات بداخلها. تدخل محتوياته إلى الفضاء خارج الخلية بحيث يمكن للخلايا الأخرى استخدامها أو تدميرها.

تستخدم الخلايا إفراز الخلايا للعديد من العمليات ، مثل إفراز البروتينات أو الإنزيمات. يمكنهم أيضًا استخدامه من أجل الأجسام المضادة أو هرمونات الببتيد. حتى أن بعض الخلايا تستخدم الإفراز الخلوي لتحريك الناقلات العصبية وبروتينات غشاء البلازما.

هناك نوعان من الإفراز الخلوي: الإفراز المعتمد على الكالسيوم و إفراز الكالسيوم المستقل. كما يمكنك التخمين من الاسم ، يؤثر الكالسيوم على إفراز الخلايا المعتمد على الكالسيوم. في عملية إفراز الخلايا المستقلة عن الكالسيوم ، لا يكون الكالسيوم مهمًا.

تستخدم العديد من الكائنات الحية عضية تسمى مجمع جولجي أو جهاز جولجي لإنشاء الحويصلات التي سيتم تصديرها من الخلايا. يمكن لمركب جولجي تعديل ومعالجة كل من البروتينات والدهون. يحزمها في حويصلات إفرازية تغادر المجمع.

في ينظم خروج الخلايا ، تحتاج الخلية إشارات خارج الخلية لنقل المواد. عادة ما يكون هذا محجوزًا لأنواع خلايا معينة مثل الخلايا الإفرازية. قد يصنعون ناقلات عصبية أو جزيئات أخرى يحتاجها الكائن الحي في أوقات معينة بكميات معينة.

قد لا يحتاج الكائن الحي إلى هذه المواد على أساس ثابت ، لذلك من الضروري تنظيم إفرازها. بشكل عام ، لا تلتصق الحويصلات الإفرازية بغشاء البلازما لفترة طويلة. يسلمون الجزيئات ويزيلون أنفسهم.

مثال على ذلك هو الخلايا العصبية التي تفرز الناقلات العصبية. تبدأ العملية بخلية عصبية في جسمك تنشئ حويصلة مليئة بالناقلات العصبية. ثم تنتقل هذه الحويصلات إلى الغشاء البلازمي للخلية وتنتظر.

بعد ذلك ، يتلقون إشارة تتضمن أيونات الكالسيوم ، وتنتقل الحويصلات إلى الغشاء قبل المشبكي. إشارة ثانية من أيونات الكالسيوم تخبر الحويصلات أن تلتصق بالغشاء وتندمج معه. هذا يسمح بإطلاق الناقلات العصبية.

النقل النشط هو عملية مهمة للخلايا. يمكن لكل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى استخدامها لتحريك الجزيئات داخل وخارج خلاياها. يجب أن يحتوي النقل النشط على طاقة ، مثل ATP ، حتى يعمل ، وأحيانًا تكون هذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكن للخلية أن تعمل بها.

تعتمد الخلايا على النقل النشط لأن الانتشار قد لا يحصل عليها ما تريد. يمكن أن يحرك النقل النشط الجزيئات ضد تدرجات تركيزها ، بحيث تتمكن الخلايا من التقاط العناصر الغذائية مثل السكر أو البروتينات. تلعب حاملات البروتين دورًا مهمًا خلال هذه العمليات.