طرق لانتقال المواد عبر الغشاء الخلوي

انتقال الجزيئات عبر الغشاء الخلوي

غشاء الخلية هو واحد من أهم المهام المتعددة في علم الأحياء، حيث يوفر هيكلا للخلية ويحمي محتويات العصارة الخلوية من البيئة، ويسمح للخلايا بالعمل كوحدات متخصصة. والغشاء الخلوي هو واجهة الخلية مع بقية العالم، فهو يحدد الجزيئات التي يمكن أن تتحرك داخل الخلية أو خارجها، وبالتالي فهو مسؤول إلى حد كبير عن الحفاظ على التوازن الدقيق لكل خلية .

طرق انتقال المواد عبر الغشاء الخلوي

تتنوع طرق انتقال جزيئات الماء والمواد الغذائية عبر الغشاء البلازمي، حيث يتم ذلك عن طريق خاصية الانتشار البسيط والانتشار الميسر والنفاذية والاسموزية والبلعمة والنقل النشط، وسنوضح ذلك بشيء من التفصيل في الجمل التالية .

الانتشار البسيط

هو تحرك الجزيئات أسفل تدرجاتها عبر الغشاء ، ويجب أن تكون الجزيئات التي تمارس الانتشار البسيط صغيرة وغير قطبية ، حتى تمر عبر الغشاء ، يمكن تعطيل الانتشار البسيط إذا زادت مسافة الانتشار ، إذا امتلأت الحويصلات الهوائية في رئتينا بالسوائل (الوذمة الرئوية) ، تزداد المسافة التي يجب أن تقطعها الغازات ويقل نقلها .

الانتشار الميسر

هو انتشار يتم مساعدته عبر قناة نقل الغشاء، وهذه القنوات هي بروتينات سكرية تسمح للجزيئات بالمرور عبر الغشاء. تكون هذه القنوات دائما محددة إما لجزيء معين أو نوع معين من الجزيء مثل قنوات الأيونات. وبالتالي، فهي مرتبطة بوظائف فسيولوجية معينة. على سبيل المثال، إحدى قنوات النقل المهمة جدا في مرض السكري هي GLUT4، وهو ناقل الجلوكوز الموجود في الدهون والعضلات الهيكلية. يحفز الأنسولين GLUT4 لإدخال الجلوكوز إلى أغشية هذه الخلايا لامتصاصه من الدم. ونظرا لكون هذه الآلية سلبية، فإن كمية السكر التي تدخل خلايانا تتناسب مع كمية السكر التي نستهلكها، حتى النقطة التي يتم فيها استخدام جميع قنواتنا (التشبع). في داء السكري من النوع الثاني، لا تستجيب الخلايا أيضا لوجود الأنسولين، وبالتالي لا يدخل GLUT4 أغشيتها. وقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع مستويات السكر في الدم، مما يمكن أن يؤدي إلى أمراض القلب والسكتة الدماغية والفشل الكلوي .

العوامل المؤثرة على الإنتشار

• 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 الأثقل ببطء، وبالتالي تنتشر بشكل أبطأ، والعكس صحيح بالنسبة للجزيئات الأخفيفة.
• درجة الحرارة : تؤدي درجات الحرارة العالية إلى زيادة طاقة الجزيئات وتحريكها بسرعة، مما يزيد من معدل الانتشار، بينما تقلل درجات الحرارة المنخفضة من طاقة الجزيئات وتقلل من معدل الانتشار .
• كثافة المذيب: مع زيادة كثافة المذيب، يقل معدل الانتشار، وتتباطأ الجزيئات بسبب صعوبة مرورها عبر الوسط الكثيف. إذا كان الوسط أقل كثافة، يزداد الانتشار، لأن الخلايا تستخدم الانتشار لتحريك المواد في السيتوبلازم. إذا زادت كثافة السيتوبلازم، فإنها ستعوق حركة المواد. مثال على ذلك هو الشخص الجاف، حيث ينخفض معدل الانتشار في السيتوبلازم وتتدهور وظائف الخلايا. الخلايا العصبية تكون حساسة جدا لهذا التأثير، والجفاف غالبا ما يؤدي إلى فقدان الوعي وربما الغيبوبة بسبب انخفاض معدل الانتشار داخل الخلايا .
• الذوبان : تنتقل المواد غير القطبية أو الذائبة في الدهون عبر غشاء البلازما بسهولة أكبر من المواد القطبية، مما يسمح بانتشار أسرع .
• مساحة سطح وسماكة غشاء البلازما : زيادة مساحة السطح تزيد من معدل الانتشار، بينما يقلل الغشاء السميك من ذلك .
• المسافة المقطوعة : كلما زادت المسافة التي يجب أن تقطعها المادة ، كان معدل الانتشار أبطأ، هذا يضع قيودًا عليا على حجم الخلية ، ستموت الخلية الكروية الكبيرة لأن العناصر الغذائية أو النفايات لا يمكنها الوصول إلى مركز الخلية أو مغادرته ، لذلك ، يجب أن تكون الخلايا إما صغيرة الحجم، كما هو الحال في العديد من بدائيات النوى ، أو مفلطحة كما هو الحال مع العديد من حقيقيات النوى أحادية الخلية .

النقل النشط

تشمل أشكال النقل الغشائي التي تمت مناقشتها حتى الآن مواد تتحرك بتدرج تركيز ينخفض، ومن الممكن أيضا نقل المواد عبر الأغشية بتدرج تركيز يرتفع، ولأن هذا النوع من الحركة يحتاج إلى طاقة، فإن مصدر الطاقة هو انهيار ATP، وعند ضخ الجزيئات ضد تدرج التركيز يسمى النقل النشط الأولي.

قد يتم استخدام ATP غير مباشرًا في بعض الحالات، على سبيل المثال، إذا استخدمت الخلية ATP لضخ Na + ثم استخدمت تدرج تركيز Na + لجلب الجلوكوز، وسيكون نقل الجلوكوز مثالًا على النقل النشط الثانوي .

الالتقام الخلوي

(إدخال “الخلية”) هو عملية ابتلاع مادة للخلية عن طريق تغليفها بجزء من غشاء الخلية ، ثم ضغط ذلك الجزء من الغشاء بمجرد الضغط عليه ، يصبح جزء الغشاء ومحتوياته حويصلة مستقلة داخل الخلايا ، والحويصلة هو كيس واحد يشبه عضية كروية وجوفاء الغشاء يحدها غشاء الدهون طبقة ثنائية، غالبًا ما يجلب الالتقام الخلوي المواد إلى الخلية التي يجب تفكيكها أو هضمها .

البلعمة

(“أكل الخلية”) هو عملية تنفذها الخلايا المناعية لامتصاص الجزيئات الكبيرة، حيث يشارك العديد من الخلايا المناعية في العملية البلعمية للتصدي لعوامل الأمراض الغازية. تتمثل وظيفتهم في مراقبة أنسجة الجسم بحثا عن المواد غير المرغوب فيها، مثل الخلايا البكتيرية المهاجمة، ويتم ابتلاعها وهضمها. على عكس البلعمة، تؤدي زيادة عدد الخلايا (الشرب الخلوي) إلى جلب سائل يحتوي على مواد مذابة للخلية من خلال حويصلات الغشاء. تأخذ البلعمة والكريات الحبيبية أجزاءا كبيرة من المواد خارج الخلية. وعادة ما تكون غير انتقائية للغاية في المواد التي تجلبها. تنظم الخلايا عملية البلعمة الخلوية للمواد المعينة عن طريق الاندماج الخلوي باستخدام مستقبلات .

الاسموزية

الاسموزية هو نوع من انتشار جزيئات الماء عبر نصف نفاذية غشاء ، من محلول ذي إمكانات مائية عالية إلى منطقة ذات إمكانات مائية منخفضة ، الخلية ذات الجهد المائي السلبي الأقل سوف تسحب الماء ، ولكن هذا يعتمد على ذلك عوامل أخرى مثل جهد المذاب (الضغط في الخلية مثل المذاب) ، وجهد الضغط (الضغط الخارجي مثلاً جدار الخلية) .