تعريف النقل النشط
يتضمن النقل النشط نقل المواد الخلوية مثل أيونات الصورة والجلوكوز والأحماض الأمينية عبر الغشاء البيولوجي إلى المنطقة المحددة التي بها الكثير من المواد. وتتوفر العديد من الطرق لنقل المواد عبر الغشاء الخلوي.
يعتمل النقل النشط على استخدام الطاقة الكيميائية لتحريك المواد ضد تدرج التركيز الخاص بها، وتُعد خلايا الشعر الجذرية وجدار الأمعاء الدقيقة من أهم المواقع المعروفة والشائعة للنقل النشط .
تتحرك المواد في عملية النقل النشط بشكل عكسي لتدرج تركيزها، مما يشير إلى أن الحركة من منطقة تركيز أقل إلى منطقة تركيز أعلى يتطلب طاقة عالية، ويتم ذلك بمساعدة بروتينات الغشاء التي تعمل كحاملات .
في بعض الحالات، يمكن حركة المواد بالنقل السلبي الذي لا يحتاج إلى طاقة، وعلى الرغم من ذلك، تحتاج الخلية لنقل المواد بمقابل تدرج تركيزها، وفي تلك الحالات يكون النقل النشط ضروريًا .
عملية النقل النشط
يحتاج النقل النشط إلى طاقة كبيرة لنقل المواد من تركيز منخفض لتلك المادة إلى تركيز عالي لمادة أخرى ، حيث أنها تكون على عكس عملية التناضح ، ويتم تحقيق النقل النشط بشكل كبير من خلال بروتين نقل يخضع للتغير في الشكل عند الارتباط بوجود الخلية ، وذلك جزيء يعرف باسم أدينوسين ثلاثي الفوسفات .
مثال على ذلك هو وجود نوع واحد من قنوات النقل النشطة في غشاء الخلية، والتي ترتبط بالجزيء المفترض نقله، مثل أيون الصوديوم، وتحتفظ به حتى يأتي جزيء آخر ويرتبط بهذا البروتين .
تتحول الطاقة المخزنة في القناة وتتم إزالتها عن طريق إطلاق أيون الصوديوم على الجانب الآخر من غشاء الخلية، ويتم استخدام هذا النوع من النقل النشط بشكل مباشر، ويعرف باسم النقل النشط الأساسي .
قد يوجد نوع آخر من النقل النشط يسمى النقل النشط الثانوي، وفي هذا النوع من النقل النشط لا تستخدم المضخة البروتينية نفسها، ولكن الخلية تستخدم الآي تي بي ATP للحفاظ على عملية النقل النشط .
يمكن تحقيق عملية النقل النشط عن طريق الالتقام الخلوي والإخراج الخلوي، حيث تتحرك الخلية إلى الخارج بكميات كبيرة عند عملية الإخراج الخلوي بلفها في غشاء الحويصلة وإفراز الحويصلة .
أنواع النقل النشط
تتمثل أنواع النقل النشط في :
النقل النشط الأساسي:
نجد أن الطاقة ترتبط بالتحلل المائي مباشرة، حيث يتم نقل جزيئات الماء عبر الغشاء البلازمي بحركة الأيونات الصوديوم، وذلك عبر غشاء بيولوجي .
النقل النشط الثانوي
في النقل الثانوي، ينتقل إحدى الركائز إلى الأسفل بتدرج تركيزها، في حين تتحرك الركيزة الأخرى بالاتجاه المعاكس لتدرج التركيز .
يتم نقل المواد عن طريق استخدام الطاقة الكهروكيميائية، ويحدث ذلك عبر غشاء بيولوجي .
يوجد أيضًا التدرج الكهروكيميائي، حيث يحدث عندما يكون هناك فرق صافٍ في الشحنات، وتتم فصل الشحنات الموجبة والسالبة داخل الخلية بواسطة غشاء، حيث توجد داخل الخلية شحنة سالبة إضافية .
عندما يكون للخلية تركيز عالٍ من البوتاسيوم داخلها وتركيز منخفض للصوديوم خارجها، فإن أيونات الصوديوم الموجودة في الخلية ستتحرك باتجاه تدرج التركيز وتحتاج إلى جهد عبر الغشاء .
تحتاج النباتات، مثل الكائنات الحية الأخرى، إلى أنظمة نقل عديدة تساهم في نقل المواد المهمة مثل الماء والمعادن والعناصر الغذائية اللازمة لجميع أجزاء النبات للحفاظ على بقائها، وهناك نوع من النقل يسمى النقل النشط الموجود في النباتات، ويشبه النقل لدى الحيوانات والبشر .
مميزات النقل النشط
يتميز النقل النشط بالآتي :
- تنتقل الجزيئات خلال عملية النقل النشط من منطقة تركيز منخفضة إلى منطقة تركيز عالية .
- تسمى هذه الجزيئات بالتدفق العكسي لأنها تتدفق في الاتجاه المعاكس لتدرج تركيزها.
- يُعد النقل النشط أكثر مصادر الطاقة شيوعًا، وهو النقل الذي يتطلب طاقة لتحريك الجزيئات .
- لا يمكن حدوث الانتقال النشط دون مساعدة في اختراق الجزيئات للغشاء الخلوي الذي يحتاج إلى طاقة، وهذا يرجع إلى أن الجزيئات تتحرك عكس تدرج التركيز .
- يتم ربط جزيء من نوع بروتين النقل المصمم لنقل أيون معين أو عنصر غذائي إلى الخلية، على جانب واحد من الغشاء، في كل نوع منه .
أمثلة على النقل النشط
- مضخة بوتاسيوم الصوديوم
تعد البروتينات النقل النشطة من أهم البروتينات في الحيوانات، حيث يعمل النظام العصبي على تنظيم تركيز الأيونات داخل وخارج الخلايا العصبية .
تعد قدرة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم على نقل البوتاسيوم إلى الخلايا أثناء نقل الصوديوم من الخلايا أمرًا مهمًا للغاية .
- بروتين نقل الجلوكوز الصوديوم
يُعَدُّ بروتين الصوديوم الجلوكوز symport من الأمثلة الشهيرة، إذ ينقل بفعالية الصوديوم والجلوكوز عبر الغشاء الخلوي، حيث يتم ربط البروتين باثنين من أيونات الصوديوم المراد نقلها إلى داخل الخلية، وجزيء واحد من الجلوكوز يرغب في البقاء خارج الخلية .
- خلايا الدم البيضاء تدمر مسببات الأمراض
يُعتبر الأهم من الاندماج الخلوي هو العملية التي يتم من خلالها تناول خلايا الدم البيضاء لمسببات الأمراض، عندما تتعرف خلايا الدم البيضاء على جسم غريب داخل الجسم، مثل البكتيريا، فإنها تلتف غشاء الخلية حولها لتأخذها إلى السيتوبلازما .
أهمية النقل النشط
عندما نتحدث عن الأهمية الحيوية، نجد أن النقل النشط ضروري في العمليات الحيوية المختلفة، ويتم استخدامه في العديد من المسارات الكيميائية الحيوية، مثل توليد التدرج البروتوني في البلاستيدات الخضراءوالتركيب الكيميائي في الميتوكوندريا .
في النباتات، يقوم ناقل ABC phABCG1 بنقل المركبات العضوية المتطايرة بشكل نشط عبر غشاء البلازما .
يعتبر هذا أمرًا هامًا وحيويًا للنباتات؛ حيث تجذب المركبات المتطايرة الملقحات والكائنات الحية التي تشتت البذور. كما تستخدم النباتات النقل النشط عندما تمتص العناصر الغذائية مثل الكلور والنترات من التربة إلى الفجوة .
النقل النشط مقابل النقل السلبي
- النقل السلبي هو نوع آخر من أنواع النقل الخلوي، ويتم استخدامه من قبل الخلية لنقل المواد عبر الغشاء البيولوجي باستخدام إحدى الآليات .
- يختلف النقل النشط عن النقل السلبي في أن المواد تتحرك على طول تدرج التركيز .
- تتحرك المواد في النقل السلبي في اتجاه معاكس لحركة النقل النشط .