ماذا يسمى انتقال جزيئات الماء عبر الغشاء البلازمي
تعمل أغشية الخلايا كحواجز أمام معظم الجزيئات وليس كلها ، كان تطوير غشاء الخلية الذي يمكن أن يسمح لبعض المواد بالمرور مع تقييد حركة الجزيئات الأخرى خطوة رئيسية في تطور الخلية ، أغشية الخلايا عبارة عن حواجز تفاضلية (أو شبه) منفذة تفصل البيئة الخلوية الداخلية عن البيئة الخلوية الخارجية (أو الخارجية) .
إمكانيات الماء تتضمن ميله للانتقال من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل. وهناك طاقتان تتحكمان في حركة جزيئات الماء، وهما الجهد والحركة. تتحرك جزيئات الماء وفقا للاختلافات في الطاقة الكامنة بين مكان وجودها والاتجاه الذي ينبغي لها اتخاذه. الجاذبية والضغط هما القوى الممكنة لهذه الحركة، وهما يلعبان دورا في الدورة الهيدرولوجية للماء. ومن أهم طرق انتقال المواد عبر الغشاء الخلوي هي
الانتشار
هي عملية نقل سلبية، حيث تميل مادة واحدة للانتقال من منطقة ذات تركيز عال إلى منطقة تركيز منخفض حتى يتعادل التركيز عبر المساحة. أنت معتاد على انتشار المواد عبر الهواء، على سبيل المثال، فكر في شخص يفتح زجاجة من الأمونيا في غرفة مليئة بالناس، حيث يكون غاز الأمونيا بأعلى تركيز في الزجاجة وأدنى تركيز عند أطراف الغرفة، سينتشر بخار الأمونيا بعيدا عن الزجاجة تدريجيا. سيشم الناس رائحة الأمونيا بشكل متزايد أثناء انتشارها. تتحرك المواد داخل الخلية الحيوية عن طريق الانتشار، وتتحرك مواد معينة عبر غشاء البلازما بنفس الطريقة. يتميز الانتشار بعدم استهلاك أي طاقة، بل على العكس من ذلك، تدرجات التركيز تشكل شكلا من أشكال الطاقة الكامنة لكل مادة منفصلة في الوسط، مثل السوائل خارج الخلية، حيث لكل مادة تدرج تركيز خاص بها يستقل عن تدرجات تركيز المواد الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، ستنتشر كل مادة وفقا لهذا التدرج داخل النظام، وستكون هناك معدلات مختلفة لانتشار المواد المختلفة في الوسط .
التناضح
هو انتشار الماء من خلال غشاء نصف نافذ أسفل تدرج تركيزه ، إذا كان الغشاء منفذاً للماء، وإن لم يكن مذابًا ، فإن الماء سيعادل تركيزه عن طريق الانتشار إلى جانب تركيز الماء المنخفض (وبالتالي جانب تركيز الذائبة الأعلى) ، المواد المذابة داخل المحلول تخلق ضغطًا تناضحيًا ، وهو ضغط يسحب الماء ، يحدث التناضح عندما يكون هناك خلل في المواد المذابة خارج الخلية مقابل داخل الخلية ، كلما احتوى المحلول على مادة مذابة، زاد الضغط الاسموزي لهذا المحلول يقال أن المحلول الذي يحتوي على تركيز أعلى من المواد المذابة من محلول آخر مفرط التوتر ، وتميل جزيئات الماء إلى الانتشار في محلول مفرط التوتر لأن الضغط الأسموزي الأعلى يسحب الماء ، إذا تم وضع خلية في محلول مفرط التوتر، فإن الخلايا سوف تذبل أو تتدهور عندما يترك الماء الخلية عن طريق التناضح .
يقال بدوره أن المحلول الذي يحتوي على تراكيز أقل للمواد المذابة من محلول آخر، الذي يكون منخفض التوتر، يتسبب في استهلاك الخلايا الموجودة في المحلول ذي التوتر المنخفض كميات كبيرة من الماء وتتضخم، مما يعرضها لخطر الانفجار في النهاية. هذه العملية المعروفة بالتحلل تشكل جانبا هاما في توازن الكائنات الحية، حيث يكون الهدف هو إنشاء بيئة داخلية تكون فيها جميع خلايا الجسم في محلول متساوي التوتر. وتعتبر هذه البيئة بيئة تكون فيها هناك تركيز متساو للمواد المذابة في السوائل الداخلية والخارجية للخلية (الضغط الاسموزي المتساوي). عندما يكون توتر الخلايا وبيئتها الخارجية متساويين، فإن تركيز جزيئات الماء يكون متساويا أيضا داخل الخلايا وخارجها. وبالتالي، يتدفق الماء بحرية داخل الخلية وخارجها، وتحافظ الخلايا على شكلها الطبيعي ووظيفتها. تعمل الأنظمة العضوية المختلفة، وبخاصة الكلى، على الحفاظ على هذا التوازن .
يحتوي المحلول فائض التوتر على تركيز مذاب أعلى من محلول آخر، ويحتوي المحلول متساوي التوتر على تركيز مذاب متساوٍ لمحلول آخر، ويحتوي المحلول مفقود التوتر على تركيز مذاب أقل من محلول آخر .
القنوات
تتمدد البروتينات في القناة عبر الغشاء وتشكل ممرات تفضيلية للماء، مما يسمح بمرور الجزيئات المستهدفة عن طريق الانتشار. القنوات ذات انتقائية شديدة ولا تقبل سوى نوع واحد من الجزيئات (أو عدد قليل من الجزيئات ذات الصلة الوثيقة) للنقل. يتيح مرور المركبات القطبية والمشحونة عبر بروتين القناة تجنب النواة المائية الكارهة للماء في غشاء البلازما، مما يؤدي إلى تباطؤ أو منع دخولها إلى الخلية .
بروتينات الناقل
تتكون مجموعة أخرى من بروتينات الغشاء التي تشارك في النقل السهل من البروتينات الناقلة، حيث يمكن للبروتينات الناقلة تغيير شكلها لنقل الجزيء المستهدف من جانب واحد من الغشاء إلى الجانب الآخر، مثل بروتينات القناة. وعادة ما تكون البروتينات الناقلة انتقائية لواحد أو أكثر من المواد، وغالبا ما يتم تغيير شكلها بناء على ارتباط الجزيء المستهدف، وبتغيير الشكل يتم نقل الجزيء إلى الجانب الآخر من الغشاء .
تعمل البروتينات الحاملة التي تشارك في عملية الانتشار الميسر ببساطة عن طريق جزيئات الماء المحبة للماء لتغيير تدرج اللون الحالي بناء على التركيز، بدلا من أن تعمل كمضخات. تنقل البروتينات القناة والمواد المحمولة بمعدلات مختلفة. بشكل عام، تنقل بروتينات القناة الجزيئات بسرعة أكبر بكثير من البروتينات الحاملة، وذلك لأن بروتينات القناة تشكل أنفاقا بسيطة لا تحتاج إلى تغيير شكلها و”إعادة تعيين” في كل مرة يتم فيها نقل الجزيء. بالمقارنة، قد يسهل بروتين القناة النموذجي انتشار عشرات الملايين من الجزيئات في الثانية، بينما قد ينقل البروتين الحامل ألف جزيء أو ما يقرب من ذلك في الثانية .
النقل النشط
أثناء النقل النشط الأولي، يتطلب استخدام ATP لنقل المواد عبر الغشاء بمساعدة بروتين الغشاء، وضد تدرج تركيزها. تعد البروتينات التي تعمل كمضخات من أكثر أنواع النقل النشط شيوعا. يمكن أن تذكر كلمة `مضخة` بأفكار استخدام الطاقة لرفع إطار الدراجة أو الكرة في كرة السلة، وبالمثل، تحتاج هذه البروتينات الغشائية إلى طاقة ATP لنقل المواد – الجزيئات أو الأيونات – عبر الغشاء من منطقة تركيز منخفض إلى منطقة تركيز عال .
تقوم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، والتي تسمى أيضًا Na + / K + ATPase، بنقل الصوديوم خارج الخلية أثناء نقل البوتاسيوم إلى الخلية ، تعد مضخة Na + / K + مضخة أيونية مهمة توجد في أغشية جميع الخلايا إن نشاط هذه المضخات في الخلايا العصبية كبير جدًا لدرجة أنها تمثل غالبية استخدام ATP .