الانتشار: ما هذا؟ & كيف يحدث ذلك؟

تعريف، في الكيمياء الحيوية، يشير إلى إحدى العمليات العديدة التي يمكن من خلالها للجزيئات أن تنتقل من وإلى الخلايا عبر البلازما الغشاء ، أو الأغشية المتقاطعة داخل الخلية ، مثل الغشاء النووي أو الغشاء الذي يحيط بالخلية الميتوكوندريا.

فكر في الانتشار على أنه حركة "انجراف". بينما يشير إلى عملية عشوائية وغير موجهة ، وعملية لا تتطلب مدخلات من الطاقة ، إلا أنها تتبع قاعدة واحدة: تتحرك الجسيمات من مناطق تركيز أعلى إلى مناطق تركيز أقل، حتى عندما تكون الجزيئات الفردية حرة في التحرك في جميع الاتجاهات.

ماذا يعني أن ينتقل شيء ما من منطقة عالية التركيز إلى منطقة ذات تركيز منخفض؟ أولاً ، من الضروري معرفة معنى "التركيز" في هذا السياق. في معظم الأحيان ، يشير التركيز إلى عدد الجزيئات لكل وحدة حجم (على سبيل المثال ، مليلتر ، أو مل).

فكر فيما يحدث عندما تتناول مشروبًا من عصير البرتقال من الزجاجة أو الكرتون. من المحتمل أن ترى المشروب حلوًا ، لأن التركيز العالي للسكر في العصير يتجاوز تركيز السوائل في نظامك.

ومع ذلك ، إذا قمت بخلط العصير مع الماء العادي بحيث يحتوي المحلول الناتج على 10 أجزاء من الماء لكل جزء من العصير ، فانتظر بضع دقائق ، و خذ رشفة أخرى ، ستدرك أن السائل مخفف ، لأنه الآن بتركيز أقل - أقل تركيزًا ، بأي معدل ، من جسمك سوائل.

لأن جزيئات السكر في العصير تميل إلى الاختلاط مع جزيئات الماء حتى التركيز من السكر متساوي في جميع أنحاء المحلول ، ويقال أن الانتشار يحدث في اتجاه حالة توازن.

الأهم من ذلك ، أن التوازن لا يعني توقف حركة الجزيء ، بل يعني أن حركة الجزيئات قد وصلت إلى نقطة العشوائية الحقيقية لأن الجميع تدرجات التركيز تم القضاء عليها.

في حين أن بعض المواد يمكن أن تنتشر ببساطة عبر أغشية الخلايا عندما يفضل تدرج التركيز هذا ، يكون البعض الآخر أكبر من أن يصل بين جزيئات الفسفوليبيد في الغشاء ، أو أنهم يحملون شحنة كهربائية صافية تعارض حركتهم.

وبالتالي فإن غشاء البلازما هو a غشاء نصف نافذ: الجزيئات الصغيرة غير المشحونة مثل الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2) يمكن أن تتعرج ببساطة ، في حين أن البعض الآخر يحتاج إلى مساعدة أو غير قادر على عبور الغشاء تمامًا.

انتشار بسيط هو بالضبط ما يبدو عليه - حركة الجزيئات عبر الغشاء أسفل تدرج تركيز كما لو كان الغشاء ، في الواقع ، غير موجود. في تسهيلتعريف، ومع ذلك ، فإن مواد مثل الأيونات (الجسيمات المشحونة) تتحرك أسفل تدرج تركيز ، ولكن يجب أيضًا أن تعبر الغشاء من خلال التخصص قنوات النقل مصنوع من البروتين.

يميل الانتشار إلى المضي قدمًا حتى يتم الوصول إلى تركيز التوازن. في هذه المرحلة ، تميل الجزيئات إلى مغادرة المنطقة فقط من خلال النقل النشط آليات مدعومة من ATP ، أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات - "عملة الطاقة" للخلايا.

على الجانب الإيجابي ، تكون عملية الانتشار "مجانية" مقارنة بأشكال النقل الأخرى من حيث أنها لا تتطلب طاقة. يعد هذا أحد الأصول الرئيسية نظرًا لأن الكفاءة مرغوبة بشكل كبير في الأنظمة البيولوجية والطاقة ، تمامًا كما هو الحال في عالم "الماكرو" ، في أعلى سعر.

الجانب السلبي للانتشار هو أنه من الواضح أنه من غير الكافي تحريك المواد لأعلى في تدرج تركيز ، وليس من الصعب تخيله سيناريو حيث تكون الجزيئات مطلوبة داخل الخلية على الرغم من وجود تركيز أعلى بالفعل لهذه المواد في الداخل منها في في الخارج. في كثير من الأحيان ، يجب نقل هذه المواد عبر التدرج الكهروكيميائي.

هذا شكل مادي مختلف من المقاومة ، لكنه شكل لا يمكن التغلب عليه إلا باستثمار ATP. يتم ذلك باستخدام "مضخات" غشائية تحارب باستمرار تيار التدرج الكهروكيميائي الذي يعاكس عملها.