نقل الخلايا: الأنواع وخصائصها - مادة الاحياء - 2025

في خلية النقل تتضمن حركة المرور وحركة الجزيئات بين داخل وخارج الخلايا. يعد تبادل الجزيئات بين هذه الأجزاء ظاهرة أساسية من أجل الأداء الصحيح للكائن الحي ، ويتوسط سلسلة من الأحداث ، مثل إمكانات الغشاء ، على سبيل المثال لا الحصر.

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

المصدر: LadyofHats ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

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

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

في المقابل ، النوع الثاني من النقل لا يتطلب طاقة ويسمى النقل النشط. بفضل الطاقة المحقونة في النظام ، يمكن للمضخات تحريك الجزيئات عكس تدرجات تركيزها. المثال الأبرز في الأدب هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

الأسس النظرية

-أغشية الخلايا

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

- شحميات في الأغشية

بواسطة Jpablo cad ، من ويكيميديا ​​كومنز

الخلايا محاطة بغشاء رقيق ومعقد ذو طبيعة دهنية. المكون الأساسي هو الفوسفوليبيد.

تتكون هذه من رأس قطبي وذيول قطبية. وتتكون الأغشية من طبقتين من الدهون الفوسفورية - "طبقات ثنائية الدهون" - حيث يتم تجميع ذيول في الداخل وتواجه الرؤوس الوجوه الإضافية وداخل الخلايا.

تسمى الجزيئات التي تحتوي على كل من المناطق القطبية والقطبية amphipathic. هذه الخاصية ضرورية للتنظيم المكاني لمكونات الدهون داخل الأغشية.

تتم مشاركة هذا الهيكل بواسطة الأغشية التي تحيط بالمقصورات تحت الخلوية. تذكر أن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء والحويصلات والعضيات الأخرى محاطة أيضًا بغشاء.

بالإضافة إلى الفوسفوجليسريد أو الفوسفوليبيد ، فإن الأغشية غنية بالدهون السفينجولية ، التي لها هياكل عظمية مكونة من جزيء يسمى سفينجوزين وستيرول. في هذه المجموعة الأخيرة ، نجد الكوليسترول ، وهو دهون تنظم خصائص الغشاء ، مثل السيولة.

- البروتينات في الأغشية

الشكل 1. رسم تخطيطي لنموذج الفسيفساء السائل. المصدر: بقلم LadyofHats ماريانا رويز ، ترجمة بيلار ساينز ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

الغشاء عبارة عن هيكل ديناميكي يحتوي على بروتينات متعددة في الداخل. تعمل بروتينات الغشاء كنوع من "حراس البوابة" الجزيئية أو "الحراس" ، الذين يحددون بانتقائية كبيرة من يدخل الخلية ومن يغادرها.

لهذا السبب ، يُقال إن الأغشية شبه منفذة ، حيث أن بعض المركبات تستطيع الدخول والبعض الآخر لا يستطيع ذلك.

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

يعتبر الجزء الداخلي للدهون من الغشاء كارهًا للماء بدرجة كبيرة ، مما يجعل الغشاء غير منفذ بدرجة كبيرة لمرور الجزيئات ذات الطبيعة القطبية أو المحبة للماء (يعني هذا المصطلح "الحب بالماء").

هذا يعني صعوبة إضافية لمرور الجزيئات القطبية. ومع ذلك ، فإن عبور الجزيئات القابلة للذوبان في الماء ضروري ، بحيث يكون للخلايا سلسلة من آليات النقل التي تسمح بالحركة الفعالة لهذه المواد بين الخلية وبيئتها الخارجية.

وبالمثل ، يجب نقل الجزيئات الكبيرة ، مثل البروتينات ، وتتطلب أنظمة متخصصة.

- الانتشار والتناضح

تحدث حركة الجسيمات عبر أغشية الخلايا وفقًا للمبادئ الفيزيائية التالية.

هذه المبادئ هي الانتشار والتناضح وهي تنطبق على حركة المواد المذابة والمذيبات في المحلول من خلال غشاء شبه نافذ - مثل الأغشية البيولوجية الموجودة في الخلايا الحية.

الانتشار هو العملية التي تتضمن الحركة الحرارية العشوائية للجسيمات العالقة من مناطق ذات تركيزات عالية إلى مناطق ذات تركيز أقل. هناك تعبير رياضي يسعى إلى وصف العملية ويسمى معادلة انتشار Fick ، ​​لكننا لن نتعمق فيه.

مع وضع هذا المفهوم في الاعتبار ، يمكننا تعريف مصطلح النفاذية ، والذي يشير إلى المعدل الذي تستطيع به المادة اختراق الغشاء بشكل سلبي في ظل سلسلة من الظروف المحددة.

من ناحية أخرى ، يتحرك الماء أيضًا على طول تدرج تركيزه في ظاهرة تسمى التناضح. على الرغم من عدم الدقة في الإشارة إلى تركيز الماء ، علينا أن نفهم أن السائل الحيوي يتصرف مثل أي مادة أخرى من حيث انتشاره.

-توترية

مع الأخذ في الاعتبار الظواهر الفيزيائية الموصوفة ، فإن التركيزات الموجودة داخل الخلية وخارجها ستحدد اتجاه النقل.

وبالتالي ، فإن توتر المحلول هو استجابة الخلايا المغمورة في المحلول. هناك بعض المصطلحات المطبقة على هذا السيناريو:

مساوي التوتر

تكون الخلية أو الأنسجة أو المحلول متساوي التوتر بالنسبة إلى أخرى إذا كان التركيز متساويًا في كلا العنصرين. في السياق الفسيولوجي ، لن تخضع الخلية المغمورة في بيئة متساوية التوتر لأي تغيير.

نقص الضغط

يكون المحلول منخفض التوتر بالنسبة للخلية إذا كان تركيز المواد المذابة أقل بالخارج - أي أن الخلية بها مواد مذابة أكثر. في هذه الحالة ، يكون ميل الماء هو دخول الخلية.

إذا وضعنا خلايا الدم الحمراء في ماء مقطر (خالٍ من المواد المذابة) ، فإن الماء سيدخل حتى تنفجر. هذه الظاهرة تسمى انحلال الدم.

مفرط التوتر

يكون المحلول مفرط التوتر بالنسبة للخلية إذا كان تركيز المواد المذابة أعلى من الخارج - أي أن الخلية بها عدد أقل من المواد المذابة.

في هذه الحالة ، يميل الماء إلى مغادرة الخلية. إذا وضعنا خلايا الدم الحمراء في محلول أكثر تركيزًا ، فإن الماء في خلايا الدم يميل إلى التسرب وتتخذ الخلية مظهرًا مجعدًا.

هذه المفاهيم الثلاثة لها صلة بيولوجية. على سبيل المثال ، يجب أن يكون بيض الكائنات البحرية متساوي التوتر فيما يتعلق بمياه البحر حتى لا تنفجر ولا تفقد الماء.

وبالمثل ، يجب أن تحتوي الطفيليات التي تعيش في دم الثدييات على تركيز من المواد المذابة مماثل للبيئة التي تتطور فيها.

- التأثير الكهربائي

عندما نتحدث عن الأيونات ، وهي جزيئات مشحونة ، فإن الحركة عبر الأغشية لا تكون مدفوعة بشكل حصري بتدرجات التركيز. في هذا النظام ، يجب أن تؤخذ رسوم المواد المذابة بعين الاعتبار.

يميل الأيون إلى الابتعاد عن المناطق التي يكون التركيز فيها مرتفعًا (كما هو موضح في القسم الخاص بالتناضح والانتشار) ، وأيضًا إذا كان الأيون سالبًا ، فسوف يتقدم نحو المناطق التي يوجد بها إمكانات سلبية متزايدة. تذكر أن الرسوم المختلفة تجتذب ، وتتنافر مثل الشحنات.

للتنبؤ بسلوك الأيون ، يجب أن نضيف القوى المجمعة لتدرج التركيز والتدرج الكهربائي. هذه المعلمة الجديدة تسمى صافي التدرج الكهروكيميائي.

يتم تصنيف أنواع النقل الخلوي اعتمادًا على استخدام - أو عدم - الطاقة من قبل النظام في الحركات السلبية والنشطة. سوف نصف كل واحد بالتفصيل أدناه:

النقل السلبي عبر الغشاء

تتضمن الحركات السلبية عبر الأغشية مرور الجزيئات دون الحاجة المباشرة للطاقة. نظرًا لأن هذه الأنظمة لا تتضمن طاقة ، فإنها تعتمد بشكل حصري على تدرجات التركيز (بما في ذلك التدرجات الكهربائية) الموجودة عبر غشاء البلازما.

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

هناك ثلاث طرق أولية يمكن للجزيئات من خلالها أن تمر من جانب إلى آخر بشكل سلبي:

انتشار بسيط

إن أبسط الطرق وأكثرها سهولة لنقل المذاب هي عبور الغشاء باتباع التدرجات المذكورة أعلاه.

ينتشر الجزيء عبر غشاء البلازما ، تاركًا الطور المائي جانبًا ، ويذوب في الجزء الدهني ، ويدخل أخيرًا الجزء المائي من داخل الخلية. يمكن أن يحدث الشيء نفسه في الاتجاه المعاكس ، من داخل الخلية إلى الخارج.

سيتم تحديد الممر الفعال عبر الغشاء بمستوى الطاقة الحرارية التي يمتلكها النظام. إذا كان مرتفعًا بدرجة كافية ، فسيكون الجزيء قادرًا على عبور الغشاء.

إذا نظرنا إلى مزيد من التفاصيل ، يجب أن يكسر الجزيء جميع الروابط الهيدروجينية المتكونة في المرحلة المائية حتى يتمكن من الانتقال إلى المرحلة الدهنية. 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 بمجموعة متنوعة من العوامل ، مثل الوزن الجزيئي وشكل الجزيء.

تُظهر حركية المرور عن طريق الانتشار البسيط حركية عدم التشبع. هذا يعني أن الإدخال يزيد بما يتناسب مع تركيز المادة المذابة التي سيتم نقلها في المنطقة خارج الخلية.

القنوات المائية

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

تمكنت جزيئات مشحونة معينة من دخول الخلية باتباع تدرج تركيزها. بفضل نظام القنوات المملوءة بالماء ، تكون الأغشية شديدة المقاومة للأيونات. من بين هذه الجزيئات ، يبرز الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والكلور.

الجزيء الناقل

البديل الأخير هو الجمع بين المادة المذابة ذات الفائدة وجزيء ناقل يخفي طبيعته المحبة للماء ، بحيث يمر عبر الجزء الغني بالدهون من الغشاء.

يزيد الناقل من قابلية الذوبان في الدهون للجزيء الذي يحتاج إلى النقل ويفضل مروره لصالح تدرج التركيز أو التدرج الكهروكيميائي.

تعمل هذه البروتينات الحاملة بطرق مختلفة. في أبسط الحالات ، يتم نقل المذاب من جانب واحد من الغشاء إلى الجانب الآخر. هذا النوع يسمى uniport. على العكس من ذلك ، إذا تم نقل مادة مذابة أخرى في وقت واحد ، أو تم اقترانها ، فيسمى الناقل مذاب.

إذا قام الناقل المقترن بتحريك الجزيئين في نفس الاتجاه فهو رمز وإذا كان يفعل ذلك في اتجاهين متعاكسين ، فإن الناقل هو مضاد للدعم.

التنافذ

Osmose2-fr.png: PsYcHoTiKderivative work: Ortisa، via Wikimedia Commons

إنه نوع النقل الخلوي الذي يمر فيه المذيب بشكل انتقائي عبر الغشاء شبه القابل للنفاذ.

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

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

الترشيح الفائق

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

بهذه الطريقة ، يمر الماء واليوريا وما إلى ذلك من الخلايا إلى البول ؛ والهرمونات والفيتامينات وغيرها تبقى في الدم. تُعرف هذه الآلية أيضًا باسم غسيل الكلى.

سهولة النشر

سهولة النشر

هناك مواد ذات جزيئات كبيرة جدًا (مثل الجلوكوز والسكريات الأحادية الأخرى) ، والتي تحتاج إلى بروتين ناقل لتنتشر. هذا الانتشار أسرع من الانتشار البسيط ويعتمد على:

• تدرج تركيز المادة.
• كمية البروتينات الحاملة الموجودة في الخلية.
• سرعة البروتينات الموجودة.

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

النقل النشط عبر الغشاء

لقد ناقشنا حتى الآن مرور جزيئات مختلفة عبر قنوات بدون تكلفة طاقة. في هذه الأحداث ، تكون التكلفة الوحيدة هي توليد الطاقة الكامنة في شكل تركيزات تفاضلية على جانبي الغشاء.

بهذه الطريقة ، يتم تحديد اتجاه النقل من خلال التدرج الحالي. يبدأ نقل المذابات باتباع مبادئ الانتشار المذكورة أعلاه ، حتى تصل إلى نقطة ينتهي فيها صافي الانتشار - عند هذه النقطة تم الوصول إلى توازن. في حالة الأيونات ، تتأثر الحركة أيضًا بالشحنة.

ومع ذلك ، فإن الحالة الوحيدة التي يكون فيها توزيع الأيونات على جانبي الغشاء في حالة توازن حقيقي هي عندما تكون الخلية ميتة. تستثمر جميع الخلايا الحية كمية كبيرة من الطاقة الكيميائية لإبقاء التركيزات المذابة غير متوازنة.

الطاقة المستخدمة للحفاظ على هذه العمليات نشطة بشكل عام هي جزيء ATP. ثلاثي فوسفات الأدينوزين ، والمختصر بـ ATP ، هو جزيء طاقة أساسي في العمليات الخلوية.

خصائص النقل النشطة

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

يمكن لآليات النقل النشطة تحريك أكثر من فئة واحدة من الجزيئات في وقت واحد. بالنسبة للنقل النشط ، يتم استخدام نفس التصنيف المذكور لنقل العديد من الجزيئات في وقت واحد في النقل السلبي: symport و anti-support.

يمكن منع النقل بواسطة هذه المضخات عن طريق تطبيق جزيئات تحجب على وجه التحديد المواقع الحاسمة على البروتين.

حركية النقل هي من النوع Michaelis-Menten. كلا السلوكين - يتم تثبيطهما بواسطة بعض الجزيئات والحركية - هما خصائص نموذجية للتفاعلات الأنزيمية.

أخيرًا ، يجب أن يحتوي النظام على إنزيمات محددة قادرة على التحلل المائي لجزيء ATP ، مثل ATPases. هذه هي الآلية التي من خلالها يحصل النظام على الطاقة التي تميزه.

انتقائية النقل

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

يُفترض أن البروتينات قادرة على التمييز بين خاصيتين تشخيصيتين: سهولة جفاف الجزيء والتفاعل مع الشحنات داخل مسام الناقل.

من المعروف أن الأيونات الكبيرة تجفف بسهولة ، مقارنة بالأيون الصغير. وبالتالي ، فإن المسام ذات المراكز القطبية الضعيفة سوف تستخدم أيونات كبيرة ، ويفضل.

في المقابل ، 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 مدروس: مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

السمة اللافتة للنظر للخلايا هي قدرتها على الحفاظ على تدرجات حادة من أيونات الصوديوم (Na ⁺) والبوتاسيوم (K ⁺).

في البيئة الفسيولوجية ، يكون تركيز البوتاسيوم داخل الخلايا أعلى بـ 10-20 مرة من الخلايا الخارجية. في المقابل ، تتركز أيونات الصوديوم بشكل أكبر في البيئة خارج الخلية.

مع المبادئ التي تحكم حركة الأيونات بطريقة سلبية ، سيكون من المستحيل الحفاظ على هذه التركيزات ، وبالتالي تتطلب الخلايا نظام نقل نشط وهذه هي مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

تتكون المضخة من مركب بروتيني من نوع ATPase مثبت في غشاء البلازما لجميع الخلايا الحيوانية. يحتوي هذا على مواقع ربط لكل من الأيونات وهو مسؤول عن النقل بحقن الطاقة.

كيف تعمل المضخة؟

في هذا النظام ، هناك نوعان من العوامل التي تحدد حركة الأيونات بين المقصورات الخلوية وخارج الخلية. الأول هو السرعة التي تعمل بها مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، والعامل الثاني هو السرعة التي يمكن للأيون أن يدخل الخلية مرة أخرى (في حالة الصوديوم) ، بسبب أحداث الانتشار السلبي.

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

يعتمد تشغيل المضخة على سلسلة من التغييرات التوافقية في البروتين المسؤول عن نقل الأيونات. يتم تحلل كل جزيء ATP مباشرة ، وفي هذه العملية تترك ثلاثة أيونات صوديوم الخلية وفي نفس الوقت يدخل اثنان من أيونات البوتاسيوم إلى البيئة الخلوية.

نقل الكتل

إنه نوع آخر من النقل النشط الذي يساعد في حركة الجزيئات الكبيرة ، مثل السكريات والبروتينات. يمكن إعطاؤه بواسطة:

- اندوسيتوسيس

هناك ثلاث عمليات للالتقام الخلوي: البلعمة ، كثرة الخلايا ، والتطعيم بوساطة الترابط:

البلعمة

البلعمة

البلعمة هو نوع النقل الذي يتم فيه تغطية الجسيم الصلب بحويصلة أو بلعم مكون من أرجل كاذبة مدمجة. يتم هضم تلك الجسيمات الصلبة التي تبقى داخل الحويصلة بواسطة الإنزيمات وبالتالي تصل إلى داخل الخلية.

هذه هي الطريقة التي تعمل بها خلايا الدم البيضاء في الجسم. يبتلعون البكتيريا والأجسام الغريبة كآلية دفاع.

كثرة الخلايا

تغذية البروتوزوا. كثرة الخلايا. ملكية الصورة تعود إلى: Jacek FH (مشتق من Mariana Ruiz Villarreal). تم التقاطها وتحريرها من

يحدث كثرة الخلايا عندما تكون المادة المراد نقلها عبارة عن قطيرة أو حويصلة من السائل خارج الخلية ، ويخلق الغشاء حويصلة صنوبرية تتم فيها معالجة محتويات الحويصلة أو القطرة بحيث تعود إلى سطح الخلية.

الالتقام عبر مستقبلات

إنها عملية تشبه كثرة الخلايا الصنوبرية ، ولكن في هذه الحالة يحدث غشاء الغشاء عندما يرتبط جزيء معين (يجند) بمستقبل الغشاء.

تنضم العديد من الحويصلات الداخلية وتشكل بنية أكبر تسمى الجسيم الداخلي ، حيث يتم فصل اللجند عن المستقبل. ثم يعود المستقبل إلى الغشاء ويرتبط اللجند بجسيم شحمي حيث يتم هضمه بواسطة الإنزيمات.

-طرد خلوي

إنه نوع من النقل الخلوي يجب أن تنقل فيه المادة خارج الخلية. خلال هذه العملية ، يرتبط غشاء الحويصلة الإفرازي بغشاء الخلية ويطلق محتويات الحويصلة.

بهذه الطريقة ، تتخلص الخلايا من المواد المصنعة أو النفايات. هذه أيضًا طريقة إفراز الهرمونات أو الإنزيمات أو الناقلات العصبية.

المراجع

1. Audesirk ، T. ، Audesirk ، G. ، & Byers ، BE (2003). علم الأحياء: الحياة على الأرض. تعليم بيرسون.
2. Donnersberger، AB، & Lesak، AE (2002). كتاب معمل التشريح وعلم وظائف الأعضاء. الافتتاحية Paidotribo.
3. Larradagoitia ، LV (2012). علم التشريح الأساسي وعلم الأمراض. افتتاحية Paraninfo.
4. Randall، D.، Burggren، WW، Burggren، W.، French، K.، & Eckert، R. (2002). فسيولوجيا الحيوان إكيرت. ماكميلان.
5. يعيش ، À. م (2005). أساسيات فسيولوجيا النشاط البدني والرياضة. عموم أمريكا الطبية Ed.