تعريف الانتشار
الانتشار هو حركة الجزيئات في الفضاء المتاح، ويحدث بسبب الطاقة الحرارية الموجودة في الجزيئات عند درجات حرارة أعلى من الصفر المطلق. يعتبر الانتشار عملية تحرك الجزيئات تحت تدرج تركيز، وهو عملية هامة في الكائنات الحية. يساعد الانتشار في حركة المواد داخل وخارج الخلايا، حيث تتحرك الجزيئات من منطقة تركيز أعلى إلى منطقة تركيز أقل حتى يتساوى التركيز في جميع الأماكن.
أنت متعود على انتشار المواد عبر الهواء، على سبيل المثال، فكر في شخص يفتح زجاجة عطر في غرفة مليئة بالناس، العطر في أعلى تركيز له في الزجاجة وهو في أدنى مستوياته عند أطراف الغرفة. سينتشر بخار العطر أو ينتشر بعيدا عن الزجاجة، وسيشم المزيد والمزيد من الناس رائحة العطر مع انتشاره، تتحرك المواد داخل السائل الخلوي للخلية عن طريق الانتشار.
وتتحرك مواد معينة عبر غشاء البلازما عن طريق الانتشار ، الانتشار لا يستهلك أي طاقة ، وبدلاً من ذلك ، فإن التركيزات المختلفة للمواد في مناطق مختلفة هي شكل من أشكال الطاقة الكامنة ، والانتشار هو تبديد تلك الطاقة الكامنة عندما تتحرك المواد أسفل تدرجات تركيزها ، من الأعلى إلى المنخفض.
تحدث نفس العملية مع الجزيئات، حيث تنتقل المواد أو تنتشر من بيئة ذات تركيز أعلى إلى بيئة ذات تركيز أقل دون وجود قوى خارجية تعمل على ذلك. لا يتطلب هذا الانتقال أي عمل محدد، إذ إن الانتقال هو عملية عفوية، وتسمى هذه العملية بالنقل أو الانتشار السلبي.
النقل السلبي
الانتشار هو عملية نقل سلبية ، تميل مادة واحدة إلى الانتقال من منطقة ذات تركيز عالٍ إلى منطقة تركيز منخفض حتى يتساوى التركيز عبر الفضاء ، ويعتبر النقل السلبي هو انتشار المواد عبر الغشاء ، هذه عملية عفوية ولا يتم إنفاق الطاقة الخلوية ، حيث ستنتقل الجزيئات من حيث تكون المادة أكثر تركيزًا إلى حيث تكون أقل تركيزًا.
على الرغم من أن العملية تحدث عفويًا، إلا أن معدل انتشار المواد المختلفة يتأثر بنفاذية الغشاء الخلوي، حيث تكون غشاء الخلية قابلة للتسرب بشكل انتقائي، وبالتالي فإن لكل جزيء مختلف معدل انتشار مختلف.
على سبيل المثال، ينتشر الماء بسهولة ووضوح عبر الأغشية، وهذا يعتبر فائدة كبيرة للخلايا؛ حيث يلعب الماء دورا هاما في العديد من العمليات الخلوية. ومع ذلك، يجب على بعض الجزيئات أن تتجاوز طبقة الفوسفوليبيد ثنائية الطبقات لغشاء الخلية من خلال عملية تسمى الانتشار المساعد.
انواع الإنتشار
هناك طريقتان لحركة الجزيئات والمواد الأخرى داخل وخارج الخلايا وعبر الأغشية، النقل النشط والنقل السلبي. النقل النشط هو حركة الجزيئات أو الأيونات ضد تدرج التركيز، أي من منطقة تركيز أقل إلى أعلى. هذا النوع من الحركة غير معتاد ويتطلب إنزيمات وطاقة. أما النقل السلبي فهو حركة الجزيئات أو الأيونات من منطقة تركيز أعلى إلى منخفض. يوجد أشكال متعددة للنقل السلبي مثل الانتشار البسيط والانتشار الميسر والترشيح والتناضح. يحدث النقل السلبي بسبب إنتروبيا النظام ولا يتطلب طاقة إضافية.
سيتم توضيح أنواع الانتشار بشكل مفصل فيما يلي
انتشار بسيط
عملية تنقل المادة عبر غشاء نصف نافذ أو في محلول بدون مساعدة نقل البروتينات. على سبيل المثال، تقوم البكتيريا بوصل العناصر الغذائية الصغيرة والماء والأكسجين إلى السيتوبلازم من خلال الانتشار البسيط.
الانتشار النشط
الانتشار النشط او الميسر نوع من النقل السلبي الذي يسمح للمواد بعبور الأغشية ، بعض الجزيئات والأيونات مثل الجلوكوز وأيونات الصوديوم وأيونات الكلوريد غير قادرة على المرور عبر طبقة الفسفوليبيد ثنائية أغشية الخلايا ، من خلال استخدام بروتينات القناة الأيونية والبروتينات الحاملة المضمنة في غشاء الخلية ، يمكن نقل هذه المواد إلى الخلية ، يتضمن الانتشار الميسر استخدام بروتين لتسهيل حركة الجزيئات عبر الغشاء ، في بعض الحالات ، تمر الجزيئات عبر قنوات داخل البروتين ، في حالات أخرى ، يتغير شكل البروتين ، مما يسمح للجزيئات بالمرور.
تسمح بروتينات القناة الأيونية لأيونات معينة بالمرور عبر قناة البروتين ، وتكون إما مفتوحة أو مغلقة للتحكم في مرور المواد إلى الخلية ، ترتبط البروتينات الحاملة بجزيئات معينة ، وتغير شكلها ، ثم تودع الجزيئات عبر الغشاء ، بمجرد اكتمال المعاملة ، تعود البروتينات إلى وضعها الأصلي.
أمثلة على الانتشار
- ستتفرق أوراق كيس الشاي المغموس في كوب من الماء الساخن ويتغير لونه.
- سينتشر رذاذ العطر أو معطر الجو في الهواء بحيث يمكننا شم رائحته.
- يتم حل السكر تدريجيا وتحلية الماء دون الحاجة إلى التحريك.
- عند إشعال عود البخور، ينتشر دخانه في الهواء ويملأ جميع أرجاء الغرفة.
- عند إضافة الماء المغلي إلى المعكرونة المجففة، ينتشر الماء فيها مما يجعلها مشبعة وممتلئة ويمنع الجفاف.
أسباب الانتشار
الانتشار هو عملية طبيعية وفيزيائية تحدث بطريقة عشوائية، حيث تتحرك جزيئات السوائل والغازات بشكل عشوائي وتتصادم مع بعضها البعض وتغير اتجاهاتها دون تحريك أو اهتزاز الحلول.
الانتشار هو عملية مهمة تشارك في العديد من العمليات الحيوية، حيث يمثل صافي حركة الجسيمات والأيونات والجزيئات والمحلول وما إلى ذلك، ويلعب دورًا مهمًا في حركة الجزيئات أثناء عملية التمثيل الغذائي في الخلايا في جميع الأنواع الحية.
والانتشار مهم للأسباب التالية ؛
- أثناء عملية التنفس، تُساعد هذه العملية على نشر غاز ثاني أكسيد الكربون من خلال غشاء الخلية إلى الدم.
- يحدث الانتشار أيضًا في الخلايا النباتية، حيث تنتشر الماء الموجود في التربة في جميع النباتات الخضراء من خلال خلايا الشعر الجذرية.
- يرجع حركة الأيونات عبر الخلايا العصبية، التي تولد شحنة كهربائية، إلى الانتشار.
العوامل المؤثرة على معدل الانتشار
تحتوي كل مادة منفصلة في وسط، مثل السائل خارج الخلية، على تدرج تركيز خاص بها، بغض النظر عن تدرجات تركيز المواد الأخرى، وتنتشر كل مادة وفقًا لهذا التدرج، وهناك عدة عوامل تؤثر على معدل الانتشار
- مدى تدرج التركيز: كلما زاد التركيز المختلف في المادة، زادت سرعة انتشارها. وعندما يقترب توزيع المادة من التوازن، يصبح معدل الانتشار أبطأ.
- انتشار كتلة الجزيئات: تتحرك الجزيئات الأكثر ضخامة ببطء أكبر، لأنه يصعب عليها التحرك بين جزيئات المادة التي تتحرك خلالها، لذلك فإنها تنتشر بشكل أبطأ.
- درجة الحرارة: تتسبب درجات الحرارة العالية في زيادة الطاقة وبالتالي حركة الجزيئات، مما يؤدي إلى زيادة معدل الانتشار.
- كثافة المذيب: مع زيادة كثافة المذيب، ينخفض معدل الانتشار، إذ تتباطأ حركة الجزيئات بسبب صعوبة مرورها عبر وسط ذو كثافة أعلى.