الغشاء شبه المنفذ
الغشاء شبه المنفذ أو القابل للنفاذ هو طبقة يمكن أن تمر خلالها جزيئات معينة فقط. يمكن أن تكون الأغشية شبه المنفذة بيولوجية أو صناعية، وتشمل الأغشية الاصطناعية شبه القابلة للنفاذ موادا مختلفة مصممة لأغراض الترشيح، مثل تلك المستخدمة في التناضح العكسي التي تسمح بمرور الماء فقط. تتكون الأغشية البيولوجية للخلايا من صفحتين من الفسفوليبيد تحتويان على ذيل دهني متصل برأس قطبي، حيث تتجمع مناطق الذيل في كل ورقة معا، بينما تشير رؤوس الجزيئات إلى الخارج وتشير الرؤوس القطبية إلى الخارج نحو بيئة الخلية وإلى الداخل نحو العصارة الخلوية، وبهذه الطريقة، تحدد منطقة كارهة للماء بين جسمي المحلول.
يمكن أن تنفذ عبر الغشاء شبه المنفذ
عندما تتجاوز الفجوات بين جزيئات الفوسفوليبيد ، يمكن للماء والجزيئات الصغيرة الأخرى أن تنزلق خلالها. ومع ذلك ، فإن الجزيئات الأخرى مثل الأيونات والمغذيات الكبيرة غير قادرة على التسلل إلى الخلية أو الخروج منها. وبالتالي ، تعتبر طبقة الفسفوليبيد ثنائية الطبقة غشاءا نصف نافذا ممتازا يسمح للخلايا بالاحتفاظ بمحتوياتها منفصلة عن البيئة والخلايا الأخرى. يمكن وصف تركيز المحلول المرتبط بالغشاء النصف نافذ من خلال توتره بالمقارنة مع البيئة أو الخلايا الأخرى. نظرا لأن الأغشية البيولوجية قادرة على اختراق الماء ولكنها ليست ذائبة فيه، فإن الماء ينتقل بشكل زائد إلى الخلايا ذات التوتر المرتفع في بيئتها، بينما ينتقل الماء من الخلايا ذات التوتر المنخفض.
وظيفة الخلية شبة المنفذ
تحتوي أغشية معظم الخلايا على مجموعة متنوعة من بروتينات النقل، التي تسهل حركة الجزيئات والأيونات الكبيرة عبر غشاء الخلية. وبعض هذه البروتينات تحتاج إلى طاقة للتحرك عبر الغشاء، وهذا يمثل شكلا من أشكال النقل النشط، في حين يتدفق البعض الآخر بحرية بمجرد فتح مسام البروتين عبر الغشاء، وهذا ما يعرف بالنقل السلبي. باستخدام هذه البروتينات المتخصصة، يصبح غشاء الخلية قابلا للنفاذ بشكل انتقائي، حيث تحدد العوامل الوراثية للخلية الجزيئات التي يمكنها المرور عبر الغشاء. وقد تطورت الأغشية شبه القابلة للنفاذ بهذه الطريقة مع مرور الوقت لتسمح بمرور مجموعة واسعة من الجزيئات وتقييدها، والتي تمثل إلى حد كبير وظائف الخلايا المختلفة في الكائنات الحية والأنسجة المختلفة.
تكون الشعيرات الدموية قادرة على النفاذ بحرية إلى الماء والجزيئات الصغيرة، ولكنها عادة ما تكون منخفضة النفاذية للبروتينات والمواد الأخرى. وفي بعض الحالات المرضية، مثل بعض حالات الحساسية (مثل حساسية النحل) أو بسبب إصابة موضعية، كما هو الحال في حالات الحروق، قد تزداد النفاذية.
تعني النفاذية الانتقائية أن الغشاء يسمح بمرور بعض الجزيئات أو الأيونات ويمنع مرور البعض الآخر، وتُسمى قدرة الترشيح الجزيئي بهذه الطريقة النفاذية الانتقائية.
النفاذية الانتقائية مقابل شبه النفاذية
تنظم كل من الأغشية شبه النفاذة والأغشية القابلة للنفاذ انتقائيًا نقل المواد بحيث تمر بعض الجسيمات بينما لا يمكن للآخرين العبور ، تستخدم بعض النصوص الخطافات “قابلة للاختراق بشكل انتقائي” و “شبه قابلة للنفاذ” بالتبادل ، لكنها لا تعني نفس الشيء تمامًا ، يشبه الغشاء شبه القابل للنفاذ المرشح الذي يسمح للجسيمات بالمرور أو عدمه وفقًا للحجم أو القابلية للذوبان أو الشحنة الكهربائية أو أي خاصية كيميائية أو فيزيائية أخرى ، تسمح عمليات النقل السلبي للتناضح والانتشار بالنقل عبر أغشية شبه منفذة ، يختار الغشاء القابل للنفاذ بشكل انتقائي الجزيئات المسموح لها بالمرور بناءً على معايير محددة (مثل الهندسة الجزيئية) ، قد يتطلب هذا النقل الميسر أو النشط طاقة.
– يمكن أن تنطبق النفاذية الجزئية على المواد الطبيعية والاصطناعية، وبالإضافة إلى الأغشية، قد تكون الألياف أيضا جزئيا نافذة. وعلى الرغم من أن النفاذية الانتقائية عادة تشير إلى البوليمرات، يمكن اعتبار بعض المواد الأخرى جزئيا نافذة، على سبيل المثال، يعتبر شبكة النافذة حاجزا جزئيا نافذا يسمح بتدفق الهواء ولكنه يمنع مرور الحشرات.
الغشاء القابل للنفاذ بشكل انتقائي
الطبقة الدهنية المزدوجة لغشاء الخلية هي مثال ممتاز للغشاء الشبه نافذ والانتقائي. يتم ترتيب الفوسفوليبيدات في الطبقة الدهنية المزدوجة بحيث تكون رؤوس الفوسفات المائية على السطح معرضة للبيئة المائية داخل وخارج الخلايا. يتم إخفاء ذيول الأحماض الدهنية المائية كراهية الماء داخل الغشاء. هذا الترتيب يجعل الطبقة الدهنية المزدوجة شبه نافذة، مما يسمح للمحاليل الصغيرة غير المشحونة بالمرور. يمكن للجزيئات الصغيرة القابلة للذوبان في الدهون أن تمر عبر الطبقة المائية المحبة للماء، مثل الهرمونات والفيتامينات التي تذوب في الدهون. يمر الماء عبر الغشاء الشبه نافذ بواسطة التناضح. تمر جزيئات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون عبر الغشاء بواسطة الانتشا.
ومع ذلك ، لا يمكن للجزيئات القطبية أن تمر بسهولة عبر طبقة ثنائية الدهون ، يمكن أن تصل إلى السطح الكارهة للماء ، لكن لا يمكنها المرور عبر الطبقة الدهنية إلى الجانب الآخر من الغشاء ، تواجه الأيونات الصغيرة مشكلة مماثلة بسبب شحنتها الكهربائية ، هذا هو المكان الذي تلعب فيه النفاذية الانتقائية ، تشكل بروتينات الغشاء قنوات تسمح بمرور أيونات الصوديوم والكالسيوم والبوتاسيوم والكلوريد.
ترتبط الجزيئات القطبية بالبروتينات السطحية، مما يتسبب في تغيير ترتيب السطح واكتسابها للمرور، وتنقل بروتينات النقل الجزيئات والأيونات عبر الانتشار الميسر، والذي لا يتطلب الطاقة.
لا تمر الجزيئات الكبيرة عموما عبر طبقة الدهون الثنائية. هناك استثناءات خاصة، في بعض الحالات، تسمح بروتينات الغشاء المتكاملة بالمرور، وفي حالات أخرى، يكون النقل النشط ضروريا. هنا، يتم توفير الطاقة على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) للنقل الحويصلي، حيث تكون الحويصلة الدهنية ثنائية الطبقة حول الجسيمات الكبيرة وتندمج مع غشاء البلازما إما للسماح للجزيء بالدخول أو الخروج من الخلية. في حالة خروج الخلايا، تنفتح محتويات الحويصلة على الجزء الخارجي من غشاء الخلية. وفي حالة الالتقام الخلوي، يتم نقل جسيم كبير إلى الخلية.
بالإضافة إلى الغشاء الخلوي، هناك مثال آخر للغشاء الانتقائي القابل للنفاذ وهو الغشاء الداخلي للبيضة.