معلومة

5.7: النقل النشط والتوازن - علم الأحياء

5.7: النقل النشط والتوازن - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مثل دفع همفي صعودا

يمكنك أن تقول من خلال وجوههم أن هؤلاء الطيارين يبذلون الكثير من الطاقة في محاولة لدفع هذه الهمفي إلى أعلى منحدر. الرجال يشاركون في مسابقة تختبر قوتهم الغاشمة مقابل الفرق الأخرى. تزن عربة الهمفي حوالي 13000 رطل ، لذا فهي تستهلك كل أوقية من الطاقة التي يمكنهم حشدها لتحريكها صعودًا ضد قوة الجاذبية. يشبه نقل بعض المواد عبر غشاء البلازما إلى حد ما دفع عربة همفي صعودًا - لا يمكن القيام بذلك بدون إضافة طاقة.

ما هو النقل النشط؟

يمكن لبعض المواد أن تنتقل إلى الخلية أو تخرج منها عبر غشاء البلازما دون الحاجة إلى أي طاقة لأنها تنتقل من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة تركيز أقل. يسمى هذا النوع من النقل بالنقل السلبي كما تعلمت في القسم الأخير. تتطلب المواد الأخرى طاقة لعبور غشاء البلازما غالبًا لأنها تنتقل من منطقة ذات تركيز أقل إلى منطقة تركيز أعلى. هذا النوع من النقل يسمى النقل النشط. تأتي طاقة النقل النشط من الجزيء الحامل للطاقة المسمى ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). قد يتطلب النقل النشط أيضًا بروتينات نقل ، مثل البروتينات الحاملة ، المضمنة في غشاء البلازما. نوعان من النقل النشط هما النقل بالمضخة والحويصلة.

مضخة

توجد آليتان للمضخة (عمليات النقل النشطة الأولية والثانوية) لنقل المواد ذات الوزن الجزيئي الصغير والجزيئات الكبيرة. ال النقل النشط الأساسي يحرك الأيونات عبر الغشاء ويحدث فرقًا في الشحنة عبر هذا الغشاء. يستخدم نظام النقل النشط الأساسي ATP لنقل مادة ، مثل أيون ، إلى الخلية ، وغالبًا في نفس الوقت ، يتم نقل مادة ثانية خارج الخلية. ال مضخة الصوديوم والبوتاسيوم هي آلية النقل النشط التي تنقل أيونات الصوديوم خارج الخلية وأيونات البوتاسيوم إلى الخلايا - في كل تريليونات الخلايا في الجسم! يتم نقل كلا الأيونات من مناطق ذات تركيز منخفض إلى أعلى ، لذلك هناك حاجة للطاقة لهذه العملية "الشاقة". يتم توفير الطاقة بواسطة ATP. تتطلب مضخة الصوديوم والبوتاسيوم أيضًا بروتينات حاملة. ترتبط البروتينات الحاملة بأيونات أو جزيئات معينة ، وبذلك تغير شكلها. عندما تغير البروتينات الحاملة شكلها ، فإنها تحمل الأيونات أو الجزيئات عبر الغشاء. يوضح الشكل ( PageIndex {2} ) بمزيد من التفصيل كيفية عمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم والأدوار المحددة التي تلعبها البروتينات الحاملة في هذه العملية.

لتقدير أهمية مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، تحتاج إلى معرفة المزيد عن دور الصوديوم والبوتاسيوم في الجسم. كلاهما معادن غذائية أساسية ، مما يعني أنه يجب عليك الحصول عليها من الأطعمة التي تتناولها. كل من الصوديوم والبوتاسيوم عبارة عن إلكتروليتات أيضًا ، مما يعني أنهما ينفصلان إلى أيونات (جزيئات مشحونة) في محلول ، مما يسمح لهما بتوصيل الكهرباء. تتطلب وظائف الجسم الطبيعية نطاقًا ضيقًا جدًا من تركيزات أيونات الصوديوم والبوتاسيوم في سوائل الجسم ، داخل وخارج الخلايا.

  • الصوديوم هو الأيون الرئيسي في السائل خارج الخلايا. تكون تركيزات الصوديوم الطبيعية أعلى بحوالي 10 مرات من داخل الخلايا.
  • البوتاسيوم هو الأيون الرئيسي في السائل داخل الخلايا. تكون تركيزات البوتاسيوم الطبيعية أعلى بحوالي 30 مرة داخل الخلايا من خارجها.

هذه الاختلافات في التركيز تخلق تدرجًا كهربائيًا عبر غشاء الخلية ، يسمى جهد الغشاء. ال النقل النشط الثانوي يصف حركة المواد باستخدام طاقة التدرج الكهروكيميائي الذي تم إنشاؤه بواسطة النقل النشط الأولي. باستخدام طاقة التدرج الكهروكيميائي الناتج عن نظام النقل النشط الأساسي ، يمكن إدخال مواد أخرى مثل الأحماض الأمينية والجلوكوز إلى الخلية من خلال قنوات الغشاء. يتكون ATP نفسه من خلال النقل النشط الثانوي باستخدام تدرج أيون الهيدروجين في الميتوكوندريا. يعد التحكم بإحكام في إمكانات الغشاء أمرًا بالغ الأهمية لوظائف الجسم الحيوية ، بما في ذلك نقل النبضات العصبية وتقلص العضلات. تذهب نسبة كبيرة من طاقة الجسم للحفاظ على هذه القدرة عبر أغشية تريليونات الخلايا مع مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

نقل الحويصلة

بعض الجزيئات ، مثل البروتينات ، تكون أكبر من أن تمر عبر غشاء البلازما ، بغض النظر عن تركيزها داخل الخلية وخارجها. تعبر الجزيئات الكبيرة جدًا غشاء البلازما بنوع مختلف من المساعدة يسمى نقل الحويصلات. يتطلب نقل الحويصلات طاقة ، لذلك فهو أيضًا شكل من أشكال النقل النشط. هناك نوعان من نقل الحويصلات: الالتقام الخلوي والإفراز الخلوي.

الالتقام

الالتقام هو نوع من النقل الحويصلي الذي ينقل مادة إلى الخلية. يبتلع غشاء البلازما المادة تمامًا ، وتندفع الحويصلة من الغشاء ، وتحمل الحويصلة المادة إلى داخل الخلية. يتم استخدامه من قبل جميع خلايا الجسم لأن معظم المواد المهمة بالنسبة لها هي قطبية وتتكون من جزيئات كبيرة ، وبالتالي لا يمكن أن تمر عبر غشاء البلازما الكارهة للماء. عندما تبتلع خلية كاملة أو جسيم صلب آخر ، تسمى العملية البلعمة. عندما يبتلع السائل ، تسمى العملية كثرة الكريات. عندما يتم أخذ المحتوى على وجه التحديد بمساعدة المستقبلات الموجودة على غشاء البلازما ، يتم تسميته بوساطة مستقبلات الإلتقام.

يستخدم الاختلاف المستهدف من الالتقام الخلوي بروتينات ملزمة في غشاء البلازما خاصة بمواد معينة. ترتبط الجزيئات بالبروتينات ويغزو غشاء البلازما ، وبذلك تدخل المادة والبروتينات في الخلية. إذا كان المرور عبر غشاء الهدف بوساطة مستقبلات الإلتقام غير فعال ، لن يتم إزالته من سوائل الأنسجة أو الدم. وبدلاً من ذلك ، ستبقى في تلك السوائل وتزيد من تركيزها. تحدث بعض الأمراض التي تصيب الإنسان بسبب فشل الالتقام الخلوي بوساطة المستقبلات. على سبيل المثال ، يُزال شكل الكوليسترول الذي يُطلق عليه اسم البروتين الدهني منخفض الكثافة أو LDL (يُشار إليه أيضًا باسم الكوليسترول "الضار") من الدم عن طريق الالتقام الخلوي بوساطة المستقبلات. في مرض فرط كوليسترول الدم العائلي من الأمراض الوراثية البشرية ، تكون مستقبلات LDL معيبة أو مفقودة تمامًا. الأشخاص الذين يعانون من هذه الحالة لديهم مستويات مهددة للحياة من الكوليسترول في دمائهم لأن خلاياهم لا تستطيع إزالة المادة الكيميائية من دمائهم.

طرد خلوي

طرد خلوي هو نوع من النقل الحويصلي الذي ينقل مادة خارج الخلية. تنتقل الحويصلة التي تحتوي على المادة عبر السيتوبلازم إلى غشاء الخلية. ثم يندمج غشاء الحويصلة مع غشاء الخلية ويتم إطلاق المادة خارج الخلية.

الاستتباب ووظيفة الخلية

لكي تعمل الخلية بشكل طبيعي ، يجب الحفاظ على حالة مستقرة داخل الخلية. على سبيل المثال ، يجب أن يظل تركيز الأملاح والعناصر الغذائية والمواد الأخرى ضمن نطاق معين. عملية الحفاظ على الظروف المستقرة داخل الخلية (أو كائن حي بأكمله) هي عملية استتباب. يتطلب التوازن الداخلي تعديلات مستمرة لأن الظروف تتغير دائمًا داخل الخلية وخارجها. تلعب العمليات الموضحة في هذا الدروس السابقة أدوارًا مهمة في التوازن. عن طريق نقل المواد داخل وخارج الخلايا ، فإنها تحافظ على الظروف ضمن النطاق الطبيعي داخل الخلايا والكائن ككل.

الميزة: الميزة: جسدي البشري

يعد الحفاظ على التوازن الصحيح للصوديوم والبوتاسيوم في سوائل الجسم عن طريق النقل النشط أمرًا ضروريًا للحياة نفسها ، لذلك ليس من المستغرب أن الحصول على التوازن الصحيح للصوديوم والبوتاسيوم في النظام الغذائي مهم للصحة الجيدة. قد تؤدي الاختلالات في التوازن إلى زيادة خطر الإصابة بارتفاع ضغط الدم وأمراض القلب والسكري واضطرابات أخرى.

إذا كنت مثل غالبية الأمريكيين ، فإن الصوديوم والبوتاسيوم غير متوازنين في نظامك الغذائي. من المحتمل أن تستهلك الكثير من الصوديوم وقليل من البوتاسيوم. اتبع هذه الإرشادات للمساعدة في ضمان توازن هذه المعادن في الأطعمة التي تتناولها:

  • يجب أن يكون إجمالي تناول الصوديوم أقل من 2300 مجم / يوم. يوجد معظم الملح في النظام الغذائي في الأطعمة المصنعة أو يضاف مع شاكر الملح. توقف عن إضافة الملح وابدأ في فحص الملصقات الغذائية لمحتوى الصوديوم. الأطعمة التي تعتبر منخفضة الصوديوم تحتوي على أقل من 140 مجم / حصة (أو 5٪ قيمة يومية).
  • يجب أن يكون إجمالي كمية البوتاسيوم 4700 مجم / يوم. من السهل إضافة البوتاسيوم إلى النظام الغذائي باختيار الأطعمة المناسبة ، وهناك الكثير من الخيارات. تحتوي معظم الفواكه والخضروات على نسبة عالية من البوتاسيوم ، وخاصة البطاطس والموز والبرتقال والمشمش والخوخ والخضر الورقية والطماطم والفاصوليا والأفوكادو. الأطعمة الأخرى التي تحتوي على كميات كبيرة من البوتاسيوم هي الأسماك واللحوم والدواجن والحبوب الكاملة.

إعادة النظر

  1. حدد النقل النشط.
  2. ما هي مضخة الصوديوم والبوتاسيوم؟ لماذا هو مهم جدا؟
  3. اذكر نوعين من نقل الحويصلات. أي نوع ينقل المواد خارج الخلية؟
  4. ما هي أوجه التشابه والاختلاف بين البلعمة والكريات؟
  5. مضخة الصوديوم والبوتاسيوم هي:
    1. الفوسفوليبيد
    2. بروتين
    3. كربوهيدرات
    4. أيون
  6. ما هي الأهمية الوظيفية لتغير شكل البروتين الحامل في مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بعد ارتباط أيونات الصوديوم؟
  7. سم قاتل مشتق من نباتات تسمى ouabain يمنع مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ويمنعها من العمل. ما رأيك في تأثير هذا على توازن الصوديوم والبوتاسيوم في الخلايا؟ اشرح اجابتك.
  8. صحيحة أو خاطئة. تستخدم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بروتينًا واحدًا لضخ كل من الصوديوم والبوتاسيوم.
  9. صحيحة أو خاطئة. تتكون الحويصلات من الغشاء النووي.
  10. ما يسمى التدرج الكهربائي عبر غشاء الخلية cn؟
  11. يتم إطلاق جزيئات الإشارات الكيميائية المسماة بالناقلات العصبية من الخلايا العصبية (الخلايا العصبية) من خلال الحويصلات. هذا مثال على:
    1. كثرة الخلايا
    2. البلعمة
    3. الالتقام
    4. طرد خلوي
  12. تأتي الطاقة من أجل النقل النشط من
    1. ATP
    2. RNA
    3. بروتينات الناقل
    4. أيونات الصوديوم
  13. في أي بنية توجد بروتينات النقل التي تنقل المواد داخل الخلية وخارجها؟

5.7 مراجعة الأسئلة

أي من الأسئلة التالية يمكن طرحها عن الكائنات الحية التي تعيش في المياه العذبة؟

  1. هل ستمتص أجسامهم الكثير من الماء؟
  2. هل يمكنهم التحكم في توترهم؟
  3. هل يمكنهم البقاء على قيد الحياة في المياه المالحة؟
  4. هل ستفقد أجسادهم الكثير من الماء لبيئتهم؟

أي مما يلي يفسر لماذا يجب أن تعمل الحركة النشطة للجزيئات عبر الأغشية بشكل مستمر؟

  1. لا يمكن أن يحدث الانتشار في خلايا معينة.
  2. الانتشار يتحرك باستمرار في المواد المذابة في اتجاهات متعاكسة.
  3. يعمل الانتشار الميسر في نفس اتجاه النقل النشط.
  4. ليست كل الأغشية برمائية.
  1. بطرد الأنيونات
  2. عن طريق سحب الأنيونات
  3. عن طريق طرد الكاتيونات أكثر مما تستوعبه
  4. عن طريق أخذ وطرد عدد متساوٍ من الكاتيونات.
  1. يعتمد النقل النشط الأساسي بشكل غير مباشر على ATP ، بينما يعتمد النقل النشط الثانوي بشكل مباشر على ATP.
  2. يعتمد النقل النشط الأساسي بشكل مباشر على ATP ، بينما يعتمد النقل النشط الثانوي بشكل غير مباشر على ATP.
  3. لا يتطلب النقل النشط الأساسي ATP ، بينما يعتمد النقل النشط الثانوي بشكل غير مباشر على ATP.
  4. يعتمد النقل النشط الأساسي بشكل غير مباشر على ATP ، بينما لا يتطلب النقل النشط الثانوي ATP
  1. يترك الخلية.
  2. يتم تفكيكها بواسطة الخلية.
  3. يندمج مع غشاء البلازما ويصبح جزءًا منه.
  4. يتم استخدامه مرة أخرى في حدث إفراز خلوي آخر.
  1. ينقل فقط كميات صغيرة من السوائل.
  2. لا ينطوي على الضغط على الغشاء.
  3. يجلب فقط مادة مستهدفة على وجه التحديد.
  4. يجلب المواد إلى الخلية ، بينما يزيل البلعمة المواد.
  • أنت هنا: & # 160
  • الصفحة الرئيسية
  • مظلة
  • كتب مدرسية
  • بيو 581
  • الفصل 5 هيكل ووظيفة غشاء البلازما
  • 5.7 مراجعة الأسئلة

يستند هذا النص إلى Openstax Biology لدورات AP ، المؤلفين المساهمين الكبار Julianne Zedalis ، مدرسة Bishop في La Jolla ، كاليفورنيا ، John Eggebrecht ، المؤلفون المساهمون بجامعة كورنيل Yael Avissar ، كلية رود آيلاند ، Jung Choi ، معهد جورجيا للتكنولوجيا ، Jean DeSaix ، University of North Carolina at Chapel Hill، Vladimir Jurukovski، Suffolk County Community College، Connie Rye، East Mississippi Community College، Robert Wise، University of Wisconsin، Oshkosh

هذا العمل مُرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License بدون قيود إضافية


استقلاب الكالسيوم والفوسفور الخلوي وداخل الخلايا

يدرك الأطباء الحالة السريرية للكالسيوم والتمثيل الغذائي للهيكل العظمي في المريض كما يتضح من تركيزات هذه المعادن في السوائل البيولوجية ، وخاصة الدم والبول ، وكذلك من خلال السلامة الهيكلية للهيكل العظمي (1). إن إجراءات هرمونات الكالسيوم لتنظيم تركيزات المعادن في السوائل البيولوجية مفهومة جيدًا على مستوى العضو المستهدف. ومع ذلك ، فإن الآليات الخلوية وداخل الخلايا التي تكمن وراء الظواهر المهمة سريريًا ليست مفهومة جيدًا.

يتم نقل كل من الكالسيوم والفوسفور ، وكذلك المغنيسيوم ، إلى الدم من العظام والكلى وخلايا الجهاز الهضمي ، والعكس بالعكس (4-6). يمكن أن تكون آليات النقل هذه من خلال الخلايا (عبر الخلايا) وحول الخلايا (paracellular). يتم التوسط في النقل الخلوي بواسطة هياكل الغشاء الموضحة في الشكل 2 وبروتينات النقل الملزمة (7،8). يكون النقل المجاور للخلايا سلبيا بشكل عام ويتوسطه تدرجات معدنية. تتضمن هذه الآليات أيضًا النقل المشترك المقابل ونقل التبادل مع أيونات أخرى ، ولا سيما الصوديوم والبوتاسيوم والكلوريد والهيدروجين والبيكربونات ، والتي يتم تشغيل بعضها بواسطة التحلل المائي ATP. تسمح آليات مماثلة بالتوزيع داخل الخلايا للكالسيوم ، حيث يقسم بشكل أساسي بين الميتوكوندريا والعصارة الخلوية.

إن تفاصيل تنظيم عمليات نقل المعادن الخلوية وداخل الخلايا ليست مفهومة جيدًا كما هو الحال مع آليات الأعضاء بأكملها التي تقوم بتفعيلها. ومع ذلك ، فإن بعض الأدلة جنبًا إلى جنب مع الاستنتاجات تؤدي إلى الاستنتاج السريري المؤقت بأن التغيرات في التركيزات المحيطة للمعادن في السوائل خارج الخلية تنعكس بالتغيرات المقابلة داخل الخلايا وإعادة التوزيع (الشكل 2).

الشكل 2. تمثيل تخطيطي للنقل الخلوي لمعادن العظام. يمكن تطبيق النموذج لنقل الكالسيوم والمغنيسيوم والفوسفور لخلايا الأنابيب الكلوية وخلايا معوية الجهاز الهضمي وخلايا العظام. يمكن أن يكون النقل المعدني مع (هبوطًا) أو مقابل (صعودًا) منحدر. يشير Lumen إلى الجهاز الهضمي والمسالك الكلوية للعظام ، ويمكن أن يشير إلى نخاع العظام و / أو الدم و / أو مساحة المصفوفة. موقع هياكل النقل الغشائي المشار إليه تخطيطي. تحدد الميكروسومات العضيات الأخرى داخل الخلايا مثل الحويصلات الإفرازية والشبكة الإندوبلازمية. انظر النص للحصول على التفاصيل.

يقدم الشكل 2 نسخة مبسطة من التنظيم الخلوي لاستقلاب معادن العظام ونقلها. يتطلب التوازن المعدني نقل الكالسيوم والمغنيسيوم والفوسفات عبر الخلايا المستهدفة في العظام والأمعاء والكلى. يمكن أن يكون هذا النقل عبر الخلايا (عبر الخلايا) وحول الخلايا (حول الخلايا). عادة ما يكون النقل المحيط بالخلايا منتشرًا ، أسفل التدرج اللوني (& # x0201cdownhill & # x0201d) ، ولا يتم تنظيمه هرمونيًا. يمكن أن يحدث الانتشار أيضًا من خلال القنوات الخلوية ، والتي يمكن أن تكون مسورة. يعتبر النقل عبر الخلايا أكثر تعقيدًا وعادة ما يكون مقابل التدرج اللوني (& # x0201cuphill & # x0201d). يتم تنشيط هذا النقل النشط إما عن طريق التحلل المائي ATP أو التدرجات الكهروكيميائية ويتضمن هياكل غشائية تسمى عمومًا الحمالين أو المبادلات أو المضخات. تم وصف ثلاثة أنواع من الحمالين ، الأحاديون لمادة واحدة متناغمة لأكثر من مادة واحدة في نفس الاتجاه ومضادات الحمالين لأكثر من مادة في اتجاهين متعاكسين (7،8).

بمجرد عبور غشاء الخلية اللمعية ، يمكن للمعادن العظمية عبور الخلية إلى حجرة السائل خارج الخلية ، والدم للخلايا المعوية والبول لخلايا الظهارة الكلوية (5،6). بالنسبة لخلايا العظام ، فإن المقصورات المقابلة هي النخاع والدم (1،2). بالنسبة للكالسيوم ، يتم نقل النقل العابر للخلايا عن طريق التفاعل بين عائلة من البروتينات التي تشمل كالمودولين ، وكالبيندين ، وبروتين غشائي متكامل ، وفوسفاتيز قلوي ، وتعتمد الثلاثة الأخيرة على فيتامين د في تعبيرها (6). من المحتمل أن تكون تفاعلات الهيكل الخلوي مهمة أيضًا للنقل عبر الخلايا. يتم تنظيم الخروج من الخلية بواسطة هياكل غشائية مماثلة لتلك التي تتوسط الدخول. لا يبدو أن هناك أي بروتينات ملزمة مقابلة للفوسفور ، لذلك يبدو أن التدرجات المنتشرة والتفاعلات الهيكلية الخلوية تنظم نقله الخلوي.

لم يتم توضيح التفاصيل الجزيئية للتنظيم الهرموني لنقل معادن العظام الخلوية بشكل كامل. من المنطقي أن نفترض أن PTH ، وفيتامين D ، و FGF23 ، و CT ، تنظم هذه الآليات الجزيئية من خلال آثارها البيولوجية على هياكل الأغشية المشاركة وبروتينات النقل. بالنسبة للخلايا المعوية ، يعزز فيتامين (د) حركة الكالسيوم في الخلية من خلال تحفيز تخليق الكالبيندين (6). بالنسبة للأنابيب الكلوية ، فإن الهرمون PTH و FGF23 هما المنظمان الرئيسيان لنقل الكالسيوم والفوسفات (1،5،9). بالنسبة للعظام ، يعتبر PTH و CT هما المنظمان الرئيسيان لنقل الكالسيوم والفوسفات الخلوي ، بينما يوفر فيتامين D تركيزات مناسبة من هذه المعادن من خلال GI وربما الإجراءات الكلوية (1-3).

من المهم ملاحظة أن هذه الانتقالات المعدنية لا تتوسط فقط في عملية التمثيل الغذائي للمعادن الممثلة في الشكل 2 ، ولكن أيضًا التأثيرات الخلوية الملخصة في الجدول 3.


امتصاص ونقل البوتاسيوم والفوسفور

البوتاسيوم

يتضمن امتصاص K + في جذور النباتات ونقل K + داخل النباتات قنوات K + وناقلات متنوعة ، والتي تنقل K + عبر أغشية الخلايا. قنوات K + النباتية هي أعضاء في عائلات Shaker و tandem-pore (TPK) وقناة ثنائية المسام (TPC) (Hedrich، 2012 Very et al.، 2014 Ragel et al.، 2019). ناقلات مصنع K + هي أعضاء في عائلة K + للامتصاص (KT / HAK / KUP) ، وناقل K + عالي التقارب (HKT) ، وعائلات مضادات القوارض الكاتيونية والبروتونية (CPA) (Nieves-Cordones et al. ، 2014 Very et آل ، 2014 Li et al. ، 2018). مضاد القذف الكاتيوني والبروتون هو أكبر عائلة من ناقلات K + ويحتوي على مبادل K + (Na +) / H + (NHX) ، ومبادل الكاتيون / H + (CHX) ، وبروتينات مضاد التبادل K + (KEA) (Sze و Chanroj ، 2018). تعرض قنوات K + والناقلات أنماط تعبير مميزة ، وتوطين خلوي ، وتقارب النقل ، والآليات التنظيمية ، وبالتالي لها وظائف متميزة ومتنوعة في نمو النبات وتطوره.

K + امتصاص في الجذور

تمتص النباتات الأرضية أيونات K + المجانية من التربة. بالمقارنة مع التركيزات العالية من K + في سيتوبلازم الخلية النباتية (

100 مليمول / لتر) ، تركيزات البوتاسيوم المتاحة في التربة منخفضة نوعًا ما ، وتتراوح من 0.1 إلى 1 مليمول / لتر (شرودر وآخرون ، 1994 ماثويس ، 2009). يحدث امتصاص K + عن طريق جذور النباتات عبر آليات تقارب مزدوج (منخفضة وعالية) تتغير اعتمادًا على مستويات K + الخارجية (Epstein et al. ، 1963). تحت تركيزات K + الخارجية العالية (& gt0.3 ملي مول / لتر) ، تتوسط قنوات K بشكل أساسي امتصاص K + منخفض التقارب. تحت تركيزات K + الخارجية المنخفضة (& lt0.2 مليمول / لتر) ، تتوسط ناقلات K + بشكل أساسي امتصاص K + عالي التقارب (Epstein et al. ، 1963 Maathuis and Sanders ، 1994 Schroeder et al. ، 1994).

في نبات الأرابيدوبسيس thaliana، AtAKT1 (أرابيدوبسيس K + transporter 1) من عائلة Shaker كانت أول قناة K + مميزة وظيفيًا في النباتات وهي واحدة من أهم المكونات المشاركة في امتصاص الجذر K + في نطاق واسع من تركيزات K + الخارجية (

0.01-10 مليمول / لتر) (لاغارد وآخرون ، 1996 هيرش وآخرون ، 1998). تتفاعل وحدة فرعية أخرى لقناة Shaker K + ، AtKC1 (قناة K + 1) ، مع AtAKT1 لتشكيل قناة K غير متجانسة لتنظيم نشاط AtAKT1 ومنع تسرب K + من الخلايا الجذرية في ظل ظروف K منخفضة (الشكل 1) (Reintanz et al. ، 2002 Duby et al.، 2008 Geiger et al.، 2009 Honsbein et al.، 2009 Wang et al.، 2010، 2016).

نقل البوتاسيوم وإشارات في أرابيدوبسيس

في الخلايا الجذرية ، بعد إدراك الإجهاد الخارجي المنخفض K + ، تولد النباتات بعض جزيئات الإشارة (على سبيل المثال ، Ca 2+ ، أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)) التي تنظم قنوات K + وناقلات المصب في مستويات النسخ وما بعد الترجمة. تمثل النقاط الحمراء أيونات الكالسيوم 2+. يشارك كل من AKT1 و HAK5 و KUP7 في K + uptake. ينظم مجمع CBL1 / 9-CIPK23 بشكل إيجابي AKT1 و HAK5. هذا المركب يعدل أيضًا تقارب ثنائي NO3 - الناقل NRT1.1 / CHL1 ، ويثبط NH44 + ناقلات AMTs. وبالتالي ، يحتل مجمع CBL1 / 9-CIPK23 موقعًا رئيسيًا في تنسيق امتصاص N / K. يشارك المقوم الخارجي Stelar K + (SKOR) و KUP7 في تحميل K + في نسيج الخشب. يتوسط NRT1.5 كلاً من K + و NO3 - التحميل في نسيج الخشب ، مما يسهل تنسيق نقل N / K من الجذر إلى التصوير. في النواة ، تنظم عوامل النسخ RAP2.11 و ARF2 نسخ HAK5. يعدل MYB59 NRT1.5 مستوى النص في أرابيدوبسيس الاستجابات لظروف N و K. يتوسط KUP9 تدفق K + و auxin من تجويف الشبكة الإندوبلازمية (ER) إلى السيتوبلازم. في الخلايا الورقية ، يتوسط KAT1 / 2 و GORK تدفق K + وتدفق عبر غشاء البلازما ، على التوالي. تتوسط قناة AKT2 التي تم تصحيحها داخليًا بشكل ضعيف تحميل K + في اللحاء ، الذي يتم تنظيم نشاطه بواسطة مجمع CBL4 – CIPK6 و PP2CA. تنقل NHX1 / 2 K + في الفجوة ، بينما تتوسط قنوات المسام الترادفية (TPK) وقنوات TPC1 تدفق K + من الفجوة إلى السيتوبلازم. يتم تنظيم أنشطة قناة TPK من قبل CBL2 / 3 – CIPKs (بروتينات شبيهة بالكالسينورين B (CBL) - كينازات البروتين المتفاعلة) و Ca 2+ - كينازات البروتين المعتمدة (CPKs). يتم توطين KEA1 و KEA2 في غشاء الغلاف الداخلي للبلاستيدات الخضراء ، ويتم توطين KEA3 في غشاء الثايلاكويد. يتوسطون نقل K + في البلاستيدات الخضراء. نقل KEA4 / 5/6 K + من السيتوبلازم إلى تجويف Golgi ، وشبكة عبر Golgi ، والمقصورة ما قبل العصوية / الأجسام متعددة الحواف. انظر المعلومات التفصيلية في النص. تم إنشاء هذا الرقم مع BioRender.com.

تعدل العديد من البروتينات المختلفة نشاط قناة AtAKT1 / AtKC1 عبر الفسفرة وتفاعلات البروتين والبروتين. تعمل البروتينات الشبيهة بالكالسينورين B (CBL) AtCBL1 و AtCBL9 على تنشيط كيناز AtCIPK23 (بروتين كيناز 23 المتفاعل مع CBL) وتجنيده في غشاء البلازما (PM) للخلايا الجذرية ، حيث يقوم AtCIPK23 بفوسفات وبالتالي ينشط AtAKT1 (الشكل 1) ( Xu وآخرون ، 2006). تم اكتشاف مسارات تنظيمية مماثلة لـ CBL-CIPK لقنوات K + في العديد من أنواع النباتات (فيري وآخرون ، 2014). في الأرز (أرز أسيوي) ، يتوسط OsAKT1 امتصاص الجذر K + ويؤثر على محصول الحبوب ومناعة النبات ، كما يتم تنظيم نشاط OsAKT1 بشكل إيجابي من خلال مجمع OsCBL1 – OsCIPK23 (Li et al.، 2014 Shi et al.، 2018). ومع ذلك ، لا يمتلك الأرز وحدة فرعية تشبه قناة KC1 لتنظيم OsAKT1 (Li et al. ، 2014). بالإضافة إلى ذلك ، يتفاعل فوسفاتيز البروتين من النوع PP2C AtAIP1 (PP2C 1 المتفاعل مع AKT1) مع AtAKT1 ويعطل امتصاص K + في Xenopus laevis البويضات (الشكل 1) (Lee et al. ، 2007) ، مما يشير إلى أن الفسفرة وإزالة الفسفرة قد تؤدي إلى تشغيل وإيقاف نشاط AtAKT1 ، على التوالي. يتفاعل AtCBL10 بشكل مباشر مع AtAKT1 بدون CIPK ، ويعدل نشاطه سلبًا من خلال التنافس مع AtCIPK23 لربط AtAKT1 (Ren et al. ، 2013). يعمل أكسيد النيتريك ، وهو جزيء إشارات نشط في النباتات ، على تعزيز تخليق فيتامين B6 (بيريدوكسال 5′-فوسفات (PLP)) ، الذي يثبط نشاط AtAKT1 ويقلل امتصاص K + (Xia et al. ، 2014). تعمل الآليات المختلفة التي تؤثر على نشاط AtAKT1 معًا لتعديل امتصاص K +.

يعمل أعضاء عائلة KT / HAK / KUP كمتصفحين K + / H + ويعمل العديد من هؤلاء المتعاطين في امتصاص K + عالي التقارب في جذور النباتات (Very et al.، 2014 Ragel et al.، 2019). علاوة على ذلك ، يشارك بعض هؤلاء المتعاطين في عمليات فسيولوجية أخرى ، مثل تمدد الخلايا ، واستطالة شعر الجذر ، والاستجابات التناضحية / الجفاف ، ونقل الأوكسين (Li et al.، 2018 Santa-Maria et al.، 2018 Zhang et al.، 2020b ). AtHAK5 و OsHAK5 هما عاملان مهمان لامتصاص K + عالي التقارب ويعملان في ظروف K + منخفضة للغاية (

0.01-0.1 مليمول / لتر) (Gierth et al. ، 2005 Pyo et al. ، 2010 Yang et al. ، 2014). يتوسط AtKUP7 امتصاص K + بتركيزات منخفضة إلى معتدلة (

0.1 مليمول / لتر) ، ويؤثر على انتقال K + من الجذر إلى التصوير (الشكل 1) (Han et al. ، 2016). في الأرز ، تشارك العديد من HAKs ، بما في ذلك OsHAK1 و OsHAK5 و OsHAK21 ، في وقت واحد في امتصاص الجذر K + في ظروف K + الخارجية المختلفة ، وكلهم يساهمون في تحمل ملح الأرز من خلال الحفاظ على توازن K + / Na + (Yang et al . ، 2014 Shen et al.، 2015 Chen et al.، 2015a). DmHAK5 من فينوس صائدة الذباب (ديونايا موسيبولا) بالتعبير المشترك عن AtCBL9 – AtCIPK23 في Xenopus البويضات (Scherzer et al. ، 2015). أكدت دراسة أخرى أن مركب الفوسفوريلات المركب AtCBL1 – AtCIPK23 AtHAK5 في الجسم الحي، مما يعزز امتصاصه عالي التقارب K + (الشكل 1) (Ragel et al. ، 2015). بالإضافة إلى ذلك ، يتفاعل بروتين كيناز كيناز (MAPKK) الذي يشبه الرافعة (MAPKK) (كيناز مرتبط بإنتجرين 1 (AtILK1)) مباشرةً مع AtHAK5 ويعزز تراكمه في PM جنبًا إلى جنب مع بروتين AtCML9 الشبيه بالكالودولين (CaM) ، والذي يحافظ على التوازن K + في المناعة الفطرية واستجابات الإجهاد اللاأحيائية (الشكل 1) (Brauer et al. ، 2016).

في ظل ظروف K + المنخفضة ، تكون مستويات النص للكثيرين هاك يتم تنظيم جينات الناقل (Santa-Maria et al. ، 1997 Armengaud et al. ، 2004 Shin and Schachtman ، 2004 Gierth et al. ، 2005 Jung et al. ، 2009 Li et al. ، 2018). العديد من عوامل النسخ (TFs) التي تنظم AtHAK5 تم التعرف عليه. TF RAP2.11 ينظم بشكل إيجابي AtHAK5 التعبير تحت K + الجوع ، و AtHAK5 يتم تحفيز التعبير بواسطة أنواع الإيثيلين والأكسجين التفاعلي (ROS) (الشكل 1) (Kim et al. ، 2010). حددت دراسات إضافية العديد من الصناديق الأخرى التي ترتبط بـ AtHAK5 منطقة المروج وتفعيل تعبيرها في الأنظمة غير المتجانسة (Hong et al. ، 2013). عامل استجابة Auxin 2 (ARF2) هو TF الوحيد الذي تم تحديده حتى الآن والذي ينظم بشكل سلبي AtHAK5. في ظل ظروف K + الكافية ، يرتبط ARF2 بـ AtHAK5 المروج وقمع نسخه. تتم فسفرة عامل استجابة أوكسين 2 في ظروف K + المنخفضة ، مما يلغي نشاط ارتباط الحمض النووي الخاص به ويخفف من تثبيط AtHAK5 النسخ (الشكل 1) (Zhao et al. ، 2016). بعد ذلك ، ترتبط الصناديق الأخرى بـ AtHAK5 المروج والحث على النسخ (سانتا ماريا وآخرون ، 2018). مع مراعاة AtHAK5 هو جين علامة لاستجابة K + المنخفضة ، فإن تنظيم النسخ الخاص به سيوفر معلومات مهمة لآليات نقل الإشارة لاستشعار K + المنخفض.

النقل لمسافات طويلة K +

بعد امتصاصه في الخلايا الجذرية ، يتم نقل K + إلى أنسجة جذرية ثم يتم نقلها من الجذور نحو البراعم عبر أوعية نسيج الخشب. يتم التعبير عن Shaker الخارجي K + قناة SKOR (المعدل الخارجي النجمي K +) في أنسجة stele ويتوسط إطلاق K + من خلايا حمة الجذر في نسيج الخشب من أجل نقل K + من الجذر إلى إطلاق النار في أرابيدوبسيس (الشكل 1) (جايمارد وآخرون ، 1998). AtNRT1.5 / AtLKS2 / AtNPF7.3 ، عضو في عائلة ناقل النترات 1 / ناقل الببتيد (NPF) ، يتوسط إطلاق K + من خلايا حمة الجذر في نسيج الخشب ، خاصة في ظل ظروف K + المنخفضة (الشكل 1) (Lin et al.، 2008a Li et al.، 2017a). يعمل AtNRT1.5 كمضاد H + / K + مقترن بالبروتون. AtNRT1.8 وأطباء تقويم AtNRT1.5 من الأرز والذرة (زيا ميس) تعمل أيضًا كناقلات تدفق K + (Li et al. ، 2017a) ، مما يشير إلى أن هذه العناصر NPF قد تكون نوعًا جديدًا من ناقلات K + في النباتات. بالإضافة إلى ذلك ، تشارك شركات النقل الأخرى KT / HAK / KUP ، بما في ذلك AtKUP7 و OsHAK5 ، في نقل K + من الجذر إلى إطلاق النار (Yang et al.، 2014 Han et al.، 2016).

K + هو الكاتيون الرئيسي في اللحاء ويحفز تحميل السكر في عصارة اللحاء (Peel and Rogers ، 1982). أثناء نقل K + من المصدر إلى الأنسجة المغمورة ، تتوسط قناة Shaker K + AtAKT2 النقل K في اللحاء وتنظم تحميل السكروز (Marten et al. ، 1999 Deeken et al. ، 2002 Gajdanowicz et al. ، 2011). يعد تعديل AtAKT2 عن طريق الفسفرة أمرًا بالغ الأهمية لتنظيم نشاطه (Michard et al. ، 2005). يتفاعل بروتين فوسفاتيز PP2CA مع AtAKT2 لتثبيط تيار القناة وتعزيز تصحيحها الداخلي للتحكم في نقل K + واستقطاب الغشاء (الشكل 1) (Cherel et al. ، 2002). يتفاعل مجمع AtCBL4 - AtCIPK6 مع AtAKT2 ويعزز تيارات AKT2 ، على الرغم من عدم إمكانية اكتشاف فسفرة AKT2 (Held et al. ، 2011). بدلاً من فسفرة AtAKT2 ، يتوسط AtCBL4 – AtCIPK6 انتقال AtAKT2 المعتمد على Ca 2+ من غشاء الشبكة الإندوبلازمية (ER) إلى PM (الشكل 1) (Held et al. ، 2011).

نقل K + في الخلايا النباتية

الفجوة هي أكبر عضية في الخلايا النباتية الناضجة وتخزن مجموعة من K +. في ظل ظروف عوز K + ، يتم تعبئة أيونات K + في الفجوات إلى السيتوبلازم للحفاظ على تركيزات K + السيتوبلازمية (Walker et al. ، 1996). يعد نقل K + بين السيتوبلازم والفجوات آلية مهمة لاستتباب K + في الخلايا النباتية.

تعمل قناة ATTPK1 المترجمة على الطونوبلاست في نقل البوتاسيوم عبر البلاستيدات ، وهذا النقل مهم للعديد من العمليات الفسيولوجية ، مثل حركة الفم وإنبات البذور (Czempinski et al. ، 2002 Gobert et al. ، 2007). نشاط قناة AtTPK1 مستقل عن جهد الغشاء ، ويتم تنظيمه بواسطة كينازات البروتين المعتمدة على الكالسيوم (CDPKs) وبروتينات 14-3-3 (الشكل 1) (Latz et al. ، 2013). تستهدف AtTPK2 ، و AtTPK3 ، و AtTPK5 أيضًا صفيحة تونوبلاست (Voelker et al. ، 2006). أظهرت دراسة حديثة أن قنوات TPK يتم تنشيطها مباشرة بواسطة مجمعات AtCBL2 / 3 – AtCIPK3 / 9/23/26 الموجودة في تونوبلاست بطريقة تعتمد على Ca 2+ ، وهو أمر مهم لتنشيط فجوة K + في تكيف النبات. إلى نقص K + (الشكل 1) (Tang et al. ، 2020). بالإضافة إلى ذلك ، تعمل ناقلات NHX التي تقع في موقع Tonoplast AtNHX1 و AtNHX2 كمضادات Na + (K +) / H + تتوسط K + امتصاص في الفجوة (الشكل 1). تعد مضادات الحموضة NHX ضرورية لإنشاء تجمع الفراغ K + وتنظيم تحمل النبات للإجهاد الملحي ، وتطور الأزهار ، وحركة الفم (Venema et al. ، 2002 Apse et al. ، 2003 Bassil et al. ، 2011 Barragan et al. ، 2012 Andres et al. ، 2014).

تستهدف بعض ناقلات TPK و CHX PM وتلعب دورًا مهمًا في نمو أنبوب حبوب اللقاح. على سبيل المثال ، يتم التعبير عن AtTPK4 في الغالب في حبوب اللقاح ، حيث يتحكم في التوازن K + والجهد الغشائي أثناء نمو أنبوب حبوب اللقاح (Becker et al. ، 2004). يؤثر كل من AtCHX21 و AtCHX23 على خطوات استقبال الإشارة و / أو التحويل التي تعتبر بالغة الأهمية لتحويل محور القطبية وتوجيه نمو أنبوب حبوب اللقاح نحو البويضة (Lu et al. ، 2011).

K + في البلاستيدات الخضراء لخلايا النبات الوسطي مهم لعملية التمثيل الضوئي. ثلاثة من مضادات الحشو K + -efflux ، AtKEA1 / 2/3 ، ضرورية لتنظيم التمثيل الضوئي والتطور المبكر للبلاستيدات الخضراء في أرابيدوبسيس. يتم توطين AtKEA1 و AtKEA2 في غشاء الغلاف الداخلي للبلاستيدات الخضراء ، بينما يتم توطين AtKEA3 في غشاء الثايلاكويد (الشكل 1) (Kunz et al. ، 2014). يُظهر AtKEA1 و AtKEA2 التوزيع القطبي في البلاستيدات الصغيرة والمقسمة ، ويعملان في تنظيم تطور البلاستيدات الخضراء (Aranda-Sicilia et al. ، 2016). يتوسط AtKEA3 تدفق H + من تجويف الثايلاكويد إلى السدى من خلال تبادل H + / K + ، وبالتالي التحكم في القوة الدافعة للبروتون عبر غشاء الثايلاكويد ، وبالتالي تنظيم التمثيل الضوئي والتأقلم الضوئي في بيئات الضوء المتقلب (Armbruster et al. ، 2014 Wang وآخرون ، 2017). تمتلك AtKEA4 / 5/6 أنماطًا متشابهة للتعبير عن الأنسجة ، وتوضع في شبكة Golgi ، وشبكة Trans-Golgi ، والمقصورة السابقة للحيوية / الأجسام متعددة الحواف (الشكل 1). إنها تعمل كناقلات داخلية K + وتحافظ على توازن الأس الهيدروجيني والأيونات في شبكة الغشاء الداخلي (Zhu et al. ، 2018).

يقوم AtKUP9 بشكل أساسي بالترجمة إلى ER. يتم التعبير عنه بشكل كبير في الجذور ويتم التعبير عنه على وجه التحديد في خلايا المركز الهادئ (QC) في أطراف الجذر ، حيث يتوسط تدفق K + و auxin من تجويف ER إلى السيتوبلازم في خلايا QC تحت ظروف K + منخفضة (الشكل 1). لذلك ، يحافظ AtKUP9 على نشاط النسيج الأساسي ونمو الجذر من خلال تنظيم توازن K + و auxin استجابة لإجهاد K + المنخفض (Zhang et al. ، 2020b).

هنا يمكننا أن نرى أن العديد من قنوات K + والناقلات تظهر أنماط تعبير وتوطينات مختلفة في الخلايا النباتية. تعمل في عمليات فسيولوجية متنوعة. ومع ذلك ، لا يزال هناك العديد من قنوات K + غير المعروفة وتحتاج شركات النقل إلى مزيد من التوصيف.


نقل الخلايا والتوازن

ربما تكون أهم ميزة لأغشية الفسفوليبيد للخلية هي أنها قابلة للاختراق بشكل انتقائي. هذا هو الغشاء نفاذية انتقائية يتحكم في الجزيئات أو الأيونات التي يمكن أن تدخل الخلية أو تغادرها ، كما هو موضح في الشكل 1. تعتمد نفاذية الغشاء على تنظيم وخصائص الغشاء الدهني والبروتينات. بهذه الطريقة ، تساعد أغشية الخلايا في الحفاظ على حالة من التوازن داخل الخلايا (والأنسجة والأعضاء وأنظمة الأعضاء) حتى يتمكن الكائن الحي من البقاء على قيد الحياة وبصحة جيدة.

الشكل 1: يسمح الغشاء المنفَّذ بشكل انتقائي بمرور جزيئات معينة ، ولكن ليس غيرها.

النقل عبر الأغشية

يحد التركيب الجزيئي للطبقة الثنائية الفوسفورية من أنواع الجزيئات التي يمكن أن تمر عبرها. على سبيل المثال ، يمكن للجزيئات الكارهة للماء ، مثل ثاني أكسيد الكربون ( (CO_2 )) والأكسجين ( (O_2 )) ، أن تمر بسهولة عبر طبقة ثنائية الدهون ، لكن الأيونات مثل الكالسيوم ( (Ca ^ <2 +> )) والجزيئات القطبية مثل الماء ( (H_2 O )) لا يمكنها ذلك. لا يسمح الجزء الداخلي الكارهة للماء للفوسفوليبيد بمرور الأيونات أو الجزيئات القطبية لأنها محبة للماء أو محبة للماء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجزيئات الكبيرة مثل السكريات والبروتينات أكبر من أن تمر عبر الطبقة الثنائية. تسمح بروتينات النقل داخل الغشاء لهذه الجزيئات بعبور الغشاء إلى داخل الخلية أو خارجها. بهذه الطريقة ، تتجنب الجزيئات القطبية ملامستها للجزء الداخلي غير القطبي للغشاء ، ويتم نقل الجزيئات الكبيرة عبر المسام الكبيرة.

يتم احتواء كل خلية داخل غشاء يتخللها بروتينات نقل تعمل كقنوات أو مضخات للسماح بدخول أو إخراج جزيئات معينة. الغرض من بروتينات النقل هو حماية البيئة الداخلية للخلية والحفاظ على توازن الأملاح والعناصر الغذائية والبروتينات ضمن النطاق الذي يحافظ على الخلية والكائن الحي على قيد الحياة.

هناك ثلاث طرق رئيسية يمكن أن تمر بها الجزيئات عبر غشاء فسفوليبيد. الطريقة الأولى لا تتطلب إدخال طاقة من الخلية وتسمى بالنقل السلبي. الطريقة الثانية تتطلب أن تستخدم الخلية الطاقة لسحب أو ضخ جزيئات وأيونات معينة وتسمى بالنقل النشط. الطريقة الثالثة هي من خلال نقل الحويصلة ، حيث يتم نقل الجزيئات الكبيرة عبر الغشاء في أكياس تشبه الفقاعات مصنوعة من قطع الغشاء.

النقل السلبي

النقل السلبي هي طريقة تتحرك بها الجزيئات أو الأيونات الصغيرة عبر غشاء الخلية دون إدخال طاقة من الخلية. الأنواع الثلاثة الرئيسية للنقل السلبي هي الانتشار والتناضح والانتشار الميسر.

تعريف هي حركة الجزيئات من منطقة عالية التركيز للجزيئات إلى منطقة ذات تركيز أقل. يسمى الاختلاف في تراكيز الجزيئات في المنطقتين بـ تدرج التركيز. سيستمر الانتشار حتى يتم التخلص من هذا التدرج. نظرًا لأن الانتشار ينقل المواد من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة أقل ، يتم وصفها بأنها مواد مذابة متحركة "أسفل تدرج التركيز". النتيجة النهائية للانتشار هي تركيز متساوٍ ، أو حالة توازن، من الجزيئات على جانبي الغشاء.

إذا تمكن الجزيء من المرور بحرية عبر غشاء الخلية ، فسوف يعبر الغشاء عن طريق الانتشار (الشكل 2).

الشكل 2: تنتقل الجزيئات من منطقة ذات تركيز عالٍ إلى منطقة تركيز أقل حتى يتحقق التوازن. تستمر الجزيئات في عبور الغشاء عند التوازن ، ولكن بمعدلات متساوية في كلا الاتجاهين.

تخيل أن لديك كوبًا يحتوي على 100 مل من الماء ، وقمت بإضافة 15 جرامًا من سكر المائدة إلى الماء. يذوب السكر ويتكون الخليط الموجود الآن في الكوب من مادة مذابة (السكر) مذابة في المذيب (الماء). يسمى خليط المذاب في المذيب بالمحلول.

تخيل الآن أن لديك كوبًا ثانيًا به 100 مل من الماء ، وقمت بإضافة 45 جرامًا من سكر المائدة إلى الماء. تمامًا مثل الكوب الأول ، السكر هو المذاب والماء هو المذيب. ولكن الآن لديك خليطين من تركيزات مختلفة من المواد المذابة. عند مقارنة حلين بتركيز مذاب غير متكافئ ، يكون المحلول الذي يحتوي على تركيز مذاب أعلى هو مفرط التوتر، والحل مع تركيز أقل هو نقص الضغط. حلول تركيز المذاب المتساوي هي مساوي التوتر. محلول السكر الأول ناقص التوتر بالنسبة للمحلول الثاني. محلول السكر الثاني مفرط التوتر بالنسبة للأول.

يمكنك الآن إضافة الحلين إلى دورق تم تقسيمه بواسطة غشاء قابل للاختراق بشكل انتقائي. المسام الموجودة في الغشاء صغيرة جدًا بحيث لا يمكن لجزيئات السكر أن تمر من خلالها ، ولكنها كبيرة بما يكفي لتمرير جزيئات الماء من خلالها. يوجد محلول مفرط التوتر على جانب واحد من الغشاء والمحلول ناقص التوتر على الجانب الآخر.يحتوي المحلول مفرط التوتر على تركيز ماء أقل من المحلول منخفض التوتر ، لذلك يوجد الآن تدرج تركيز للماء عبر الغشاء. ستنتقل جزيئات الماء من جانب تركيز الماء الأعلى إلى جانب التركيز المنخفض حتى يصبح كلا المحلين متساوي التوتر.

التنافذ هو انتشار جزيئات الماء عبر غشاء قابل للنفاذ انتقائيًا من منطقة تركيز أعلى إلى منطقة تركيز أقل. ينتقل الماء داخل وخارج الخلايا عن طريق التناضح. إذا كانت الخلية في محلول مفرط التوتر ، فإن المحلول يحتوي على تركيز ماء أقل من العصارة الخلوية الخلوية ، ويتحرك الماء خارج الخلية حتى يصبح كلا المحلين متساوي التوتر. ستأخذ الخلايا الموضوعة في محلول ناقص التوتر الماء عبر غشاءها حتى يصبح كل من المحلول الخارجي والعصارة الخلوية متساوي التوتر.

الخلية التي لا تحتوي على جدار خلوي صلب (مثل خلية الدم الحمراء) ، سوف تنتفخ وتنفجر (تنفجر) عند وضعها في محلول ناقص التوتر. سوف تنتفخ الخلايا ذات جدار الخلية عند وضعها في محلول ناقص التوتر ، ولكن بمجرد أن تصبح الخلية منتفخة (صلبة) ، يمنع جدار الخلية الصلب دخول المزيد من الماء إلى الخلية. عند وضعها في محلول مفرط التوتر ، ستفقد الخلية التي لا تحتوي على جدار خلوي الماء في البيئة وتذبل وربما تموت. في محلول مفرط التوتر ، ستفقد الخلية ذات جدار الخلية الماء أيضًا. ينسحب غشاء البلازما بعيدًا عن جدار الخلية أثناء ذبوله. تصبح الخلية متحللة. تميل الخلايا الحيوانية إلى الأداء الأفضل في بيئة متساوية التوتر ، وتميل الخلايا النباتية إلى الأداء الأفضل في بيئة منخفضة التوتر. هذا موضح في الشكل 3.

عندما ينتقل الماء إلى خلية عن طريق التناضح ، قد يتراكم الضغط الاسموزي داخل الخلية. إذا كان للخلية جدار خلوي ، فإن الجدار يساعد في الحفاظ على توازن الماء في الخلية. الضغط الاسموزي هو السبب الرئيسي للدعم في العديد من النباتات. عندما تكون الخلية النباتية في بيئة منخفضة التوتر ، فإن الدخول التناضحي للماء يرفع ضغط التورغ الذي يمارس ضد جدار الخلية حتى يمنع الضغط دخول المزيد من الماء إلى الخلية. في هذه المرحلة تكون الخلية النباتية منتفخة.

الشكل 3: ما لم يكن للخلية الحيوانية (مثل خلية الدم الحمراء في اللوحة العلوية) تكيف يسمح لها بتغيير الامتصاص التناضحي للماء ، فإنها ستفقد الكثير من الماء وتتلاشى في بيئة مفرطة التوتر. إذا وضعت في محلول ناقص التوتر ، فإن جزيئات الماء سوف تدخل الخلية مسببة انتفاخها وانفجارها. تصبح الخلايا النباتية (اللوحة السفلية) متحللة في محلول مفرط التوتر ، ولكنها تميل إلى الأداء الأفضل في بيئة منخفضة التوتر. يتم تخزين الماء في الفجوة المركزية للخلية النباتية.

تظهر تأثيرات الضغوط التناضحية على الخلايا النباتية في الشكل 4.

الشكل 4: الفجوات المركزية للخلايا النباتية في الصورة اليسرى مليئة بالماء ، لذلك تكون الخلايا منتفخة. تعرضت الخلايا النباتية في الصورة اليمنى لمحلول مفرط التوتر ، ترك الماء الفجوة المركزية وأصبحت الخلايا متحللة.

يمكن رؤية التناضح بشكل فعال للغاية عند إضافة شرائح البطاطس إلى تركيز عالٍ من محلول الملح (مفرط التوتر). ينتقل الماء من داخل البطاطس خارج خلايا البطاطس إلى محلول الملح ، مما يتسبب في فقدان خلايا البطاطس لضغط التمزق. كلما زاد تركيز محلول الملح ، زاد الفرق في حجم ووزن شريحة البطاطس بعد تحلل البلازما.

يمكن أن يكون عمل التناضح ضارًا جدًا بالكائنات الحية ، خاصة تلك التي لا تحتوي على جدران خلوية. على سبيل المثال ، إذا تم وضع أسماك المياه المالحة (التي تكون خلاياها متساوية التوتر مع مياه البحر) في المياه العذبة ، فإن خلاياها ستتناول الماء الزائد ، وتموت الأسماك. مثال آخر على التأثير الأسموزي الضار هو استخدام ملح الطعام لقتل الرخويات والقواقع.

التحكم في التناضح

الكائنات الحية التي تعيش في بيئة منخفضة التوتر مثل المياه العذبة ، تحتاج إلى طريقة لمنع خلاياها من امتصاص الكثير من الماء عن طريق التناضح. أ فجوة مقلص هو نوع من الفجوات التي تزيل الماء الزائد من الخلية. تحتوي الكائنات الأولية في المياه العذبة ، مثل الباراميسيا الموضحة في الشكل 5 ، على فجوة مقلصة. الفجوة محاطة بعدة قنوات تمتص الماء بالتناضح من السيتوبلازم. بعد أن تمتلئ القنوات بالماء ، يتم ضخ الماء في الفجوة. عندما تمتلئ الفجوة ، فإنها تدفع الماء خارج الخلية من خلال المسام. يوجد في الطلائعيات الأخرى ، مثل أعضاء جنس الأميبا ، فجوات مقلصة تنتقل إلى سطح الخلية عندما تمتلئ وتطلق الماء في البيئة.

الشكل 5: الفجوة الانقباضية هي بنية تشبه النجمة داخل باراميسيا (في الوسط - اليمين)

نشر الميسر

نشر الميسر هو انتشار المواد المذابة من خلال بروتينات النقل في غشاء البلازما. الانتشار الميسر هو نوع من النقل السلبي. على الرغم من أن الانتشار الميسر يتضمن بروتينات النقل ، إلا أنه لا يزال نقلًا سلبيًا لأن المذاب يتحرك أسفل تدرج التركيز.

كما ذكرنا سابقًا ، يمكن للجزيئات الصغيرة غير القطبية أن تنتشر بسهولة عبر غشاء الخلية. ومع ذلك ، بسبب الطبيعة الكارهة للماء للدهون التي تشكل أغشية الخلايا ، لا تستطيع الجزيئات القطبية (مثل الماء) والأيونات القيام بذلك. بدلاً من ذلك ، تنتشر عبر الغشاء من خلال بروتينات النقل. أ نقل البروتين يمتد الغشاء بالكامل ، ويسمح لجزيئات أو أيونات معينة بالانتشار عبر الغشاء. تعد بروتينات القناة وبروتينات القناة المسورة والبروتينات الحاملة ثلاثة أنواع من بروتينات النقل التي تشارك في الانتشار الميسر.

أ قناة البروتين، وهو نوع من بروتين النقل ، يعمل كمسام في الغشاء يسمح بمرور جزيئات الماء أو الأيونات الصغيرة بسرعة. تسمح بروتينات قناة الماء للماء بالانتشار عبر الغشاء بمعدل سريع جدًا. تسمح بروتينات القناة الأيونية للأيونات بالانتشار عبر الغشاء.

أ بروتين قناة مسورة هو بروتين نقل يفتح "بوابة" تسمح للجزيء بالمرور عبر الغشاء. تحتوي القنوات ذات البوابات على موقع ربط خاص بجزيء أو أيون معين. يتسبب المنبه في فتح "البوابة" أو إغلاقها. قد يكون التحفيز عبارة عن إشارات كيميائية أو كهربائية أو درجة حرارة أو قوة ميكانيكية ، اعتمادًا على نوع القناة المسورة. على سبيل المثال ، يتم تحفيز قنوات الصوديوم في الخلية العصبية بواسطة إشارة كيميائية تؤدي إلى فتحها والسماح بدخول أيونات الصوديوم إلى الخلية. جزيئات الجلوكوز أكبر من أن تنتشر عبر غشاء البلازما بسهولة ، لذلك يتم نقلها عبر الغشاء عبر قنوات مسورة. بهذه الطريقة ينتشر الجلوكوز بسرعة كبيرة عبر غشاء الخلية ، وهو أمر مهم لأن العديد من الخلايا تعتمد على الجلوكوز للحصول على الطاقة.

أ البروتين الناقل هو بروتين نقل خاص بأيون أو جزيء أو مجموعة من المواد. البروتينات الحاملة "تحمل" الأيون أو الجزيء عبر الغشاء عن طريق تغيير الشكل بعد ارتباط الأيون أو الجزيء. تشارك البروتينات الحاملة في النقل السلبي والنشط. يظهر نموذج لقناة البروتين والبروتينات الحاملة في الشكل 6.

الشكل 6: الانتشار الميسر في غشاء الخلية. يتم عرض بروتينات القناة والبروتينات الحاملة (ولكن ليس بروتين قناة مسورة). تتحرك جزيئات الماء والأيونات عبر بروتينات القناة. يتم أيضًا نقل الأيونات أو الجزيئات الأخرى عبر غشاء الخلية بواسطة البروتينات الحاملة. يرتبط الأيون أو الجزيء بالموقع النشط للبروتين الحامل. يغير البروتين الحامل شكله ويطلق الأيون أو الجزيء على الجانب الآخر من الغشاء. ثم يعود البروتين الحامل إلى شكله الأصلي.

قنوات ايون

أيونات مثل الصوديوم ( (Na ^ + )) ، البوتاسيوم ( (K ^ - )) ، الكالسيوم ( (Ca ^ <2 +> )) ، والكلوريد ( (Cl ^ - )) ، مهمة للعديد من وظائف الخلايا. لأنها قطبية ، لا تنتشر هذه الأيونات عبر الغشاء. وبدلاً من ذلك ، فإنها تتحرك عبر بروتينات القناة الأيونية حيث تكون محمية من الجزء الداخلي الكارهة للماء من الغشاء. القنوات الأيونية تسمح بتكوين تدرج تركيز بين السائل خارج الخلية والعصارة الخلوية. القنوات الأيونية محددة للغاية لأنها تسمح فقط بأيونات معينة عبر غشاء الخلية. بعض القنوات الأيونية مفتوحة دائمًا ، والبعض الآخر "مغلق" ويمكن فتحه أو إغلاقه. يمكن أن تفتح أو تغلق القنوات الأيونية المسورة استجابة لأنواع مختلفة من المحفزات مثل الإشارات الكهربائية أو الكيميائية.

النقل النشط

على عكس الانتشار الميسر الذي لا يتطلب طاقة ويحمل الجزيئات أو الأيونات إلى أسفل تدرج التركيز ، يضخ النقل النشط الجزيئات والأيونات ضد تدرج التركيز. يحتاج الكائن في بعض الأحيان إلى نقل شيء ما مقابل تدرج التركيز. الطريقة الوحيدة للقيام بذلك هي من خلال النقل النشط الذي يستخدم الطاقة التي يتم إنتاجها عن طريق التنفس (ATP). في النقل النشط ، تتحرك الجسيمات عبر غشاء الخلية من تركيز أقل إلى تركيز أعلى. النقل النشط هو عملية تتطلب الطاقة لضخ الجزيئات والأيونات عبر الأغشية "صعودًا" مقابل التدرج اللوني.

• يتم النقل النشط للجزيئات أو الأيونات الصغيرة عبر غشاء الخلية بشكل عام عن طريق بروتينات النقل الموجودة في الغشاء.

• الجزيئات الأكبر مثل النشا يمكن أيضًا أن تنتقل بنشاط عبر غشاء الخلية عن طريق عمليات تسمى الالتقام الخلوي والإفراز الخلوي.

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

يمكن أن تعمل البروتينات الحاملة مع تدرج تركيز (النقل السلبي) ، ولكن يمكن لبعض البروتينات الحاملة أن تتحرك عكس التدرج اللوني للتركيز (من التركيز العالي إلى المنخفض) ، مع مدخلات الطاقة من ATP. كما هو الحال في الأنواع الأخرى من الأنشطة الخلوية ، يوفر ATP الطاقة اللازمة للنقل الأكثر نشاطًا. تتمثل إحدى طرق تشغيل ATP في النقل النشط عن طريق نقل مجموعة الفوسفات مباشرة إلى بروتين حامل. قد يتسبب هذا في تغيير البروتين الحامل لشكله ، مما يؤدي إلى تحريك الجزيء أو الأيون إلى الجانب الآخر من الغشاء. مثال على هذا النوع من نظام النقل النشط ، كما هو موضح في الشكل 7 ، هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، التي تستبدل أيونات الصوديوم بأيونات البوتاسيوم عبر الغشاء البلازمي للخلايا الحيوانية.

الشكل 7: يقوم نظام مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بتحريك أيونات الصوديوم والبوتاسيوم ضد تدرجات التركيز الكبيرة. إنه ينقل اثنين من أيونات البوتاسيوم إلى الخلية حيث تكون مستويات البوتاسيوم عالية ، ويضخ ثلاثة أيونات الصوديوم خارج الخلية إلى السائل خارج الخلية.

كما هو مبين في الشكل 7 ، ترتبط ثلاثة أيونات الصوديوم بمضخة البروتين داخل الخلية. ثم يحصل البروتين الحامل على الطاقة من ATP ويغير شكله. وبذلك ، تضخ أيونات الصوديوم الثلاثة خارج الخلية. عند هذه النقطة ، يتحرك أيونان من أيونات البوتاسيوم من خارج الخلية ويرتبطان بمضخة البروتين. توجد مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في غشاء البلازما لكل خلية بشرية تقريبًا وهي شائعة في الحياة الخلوية كلها. يساعد في الحفاظ على إمكانات الخلية وينظم الحجم الخلوي. التليف الكيسي هو اضطراب وراثي ينتج عنه تشوه مضخة أيون كلوريد. لا يتم التحكم في مستويات الكلوريد داخل الخلايا بشكل صحيح ، وتنتج الخلايا مخاطًا سميكًا. تعتبر مضخة أيون الكلوريد مهمة لتكوين العرق والعصارة الهضمية والمخاط.

التدرج الكهروكيميائي

يؤدي النقل النشط للأيونات عبر الغشاء إلى تراكم تدرج كهربائي عبر غشاء البلازما. عدد الأيونات موجبة الشحنة خارج الخلية أكبر من عدد الأيونات موجبة الشحنة في العصارة الخلوية. ينتج عن هذا شحنة سالبة نسبيًا على الجزء الداخلي من الغشاء وشحنة موجبة من الخارج. هذا الاختلاف في الشحنات يسبب جهدًا عبر الغشاء. الجهد الكهربائي هو طاقة وضع كهربائية ناتجة عن فصل الشحنات المعاكسة ، في هذه الحالة عبر الغشاء. يُطلق على الجهد عبر الغشاء اسم جهد الغشاء. جهد الغشاء مهم جدا لتوصيل النبضات الكهربائية على طول الخلايا العصبية.

نظرًا لأن الجزء الداخلي للخلية سلبي مقارنةً بخارج الخلية ، فإن إمكانات الغشاء تفضل حركة الأيونات الموجبة الشحنة (الكاتيونات) داخل الخلية ، وحركة الأيونات السالبة (الأنيونات) خارج الخلية. لذلك ، هناك قوتان تدفعان انتشار الأيونات عبر غشاء البلازما - قوة كيميائية (تدرج تركيز الأيونات) ، وقوة كهربائية (تأثير جهد الغشاء على حركة الأيونات). هاتان القوتان اللتان تعملان معًا تسمى التدرج الكهروكيميائي.

الحويصلات والنقل النشط

بعض الجزيئات أو الجزيئات أكبر من أن تمر عبر غشاء البلازما أو أن تتحرك عبر بروتين ناقل. لذلك تستخدم الخلايا طريقتين أخريين لنقل هذه الجزيئات الكبيرة (الجزيئات الكبيرة) داخل الخلية أو خارجها. تنقل الحويصلات أو الأجسام الأخرى في السيتوبلازم الجزيئات الكبيرة أو الجزيئات الكبيرة عبر غشاء البلازما. هناك نوعان من نقل الحويصلات ، الالتقام الخلوي والإفراز الخلوي.

الإلتقام والإفراز الخلوي

الالتقام هي عملية التقاط مادة أو جسيم من خارج الخلية عن طريق غمرها بغشاء الخلية. يطوى الغشاء فوق المادة ويصبح محاطًا تمامًا بالغشاء. في هذه المرحلة ، ينقبض كيس أو حويصلة مرتبط بالغشاء وينقل المادة إلى العصارة الخلوية. هناك نوعان رئيسيان من الالتقام الخلوي:

البلعمة أو "الأكل الخلوي" ، يحدث عندما تدخل المواد المذابة إلى الخلية. يبتلع غشاء البلازما المادة الصلبة ، مكونًا حويصلة بلعمية.

كثرة الخلايا أو "الشرب الخلوي" ، يحدث عندما ينثني غشاء البلازما إلى الداخل لتشكيل قناة تسمح للمواد الذائبة بدخول الخلية ، كما هو موضح في الشكل 8. عندما تكون القناة مغلقة ، يتم تطويق السائل داخل حويصلة صنوبرية.

الشكل 8: صورة مجهر إلكتروني للإرسال لأنسجة المخ تظهر حويصلات بين الخلايا. كثرة الخلايا هي نوع من الالتقام الخلوي.

طرد خلوي يصف عملية اندماج الحويصلات بغشاء البلازما وإطلاق محتوياتها إلى خارج الخلية ، كما هو موضح في الشكل 9. يحدث خروج الخلايا عندما تنتج الخلية مواد للتصدير ، مثل البروتين ، أو عندما تتخلص الخلية من منتج نفايات أو سم. يتم نقل بروتينات الغشاء المصنوعة حديثًا ودهون الغشاء فوق غشاء البلازما عن طريق إفراز الخلايا.

الشكل 9: طريقة خروج الخلايا عند تقاطع متشابك ، حيث تلتقي خليتان عصبيتان. يتم إطلاق جزيئات الإشارات الكيميائية من الخلية العصبية A عن طريق الإفراز الخلوي ، وتتجه نحو المستقبلات في الخلية العصبية B. يعتبر خروج الخلايا جزءًا مهمًا في إرسال الإشارات الخلوية.

الاستتباب ووظيفة الخلية

التوازن يشير إلى التوازن أو التوازن داخل الخلية أو الجسم. إنها قدرة الكائن الحي على الحفاظ على بيئة داخلية ثابتة. يتطلب الحفاظ على بيئة داخلية مستقرة تعديلات مستمرة مع تغير الظروف داخل الخلية وخارجها. يسمى ضبط الأنظمة داخل الخلية التنظيم المتماثل. نظرًا لأن البيئات الداخلية والخارجية للخلية تتغير باستمرار ، يجب إجراء التعديلات باستمرار للبقاء عند نقطة التحديد أو بالقرب منها (المستوى أو النطاق العادي). الاستتباب هو توازن ديناميكي وليس حالة ثابتة. تلعب جميع العمليات الخلوية التي تمت مناقشتها دورًا مهمًا في التنظيم المتماثل.

الاتصالات الخلوية

للبقاء والنمو ، تحتاج الخلايا إلى أن تكون قادرة على "التحدث" مع جيرانها من الخلايا وأن تكون قادرة على اكتشاف التغيير في بيئتها. يعتبر التحدث مع الجيران أكثر أهمية للخلية إذا كانت جزءًا من كائن حي متعدد الخلايا. تحتاج مليارات الخلايا التي يتكون منها جسمك إلى أن تكون قادرة على التواصل مع بعضها البعض للسماح لجسمك بالنمو ، ولإبقائك على قيد الحياة وبصحة جيدة. وينطبق الشيء نفسه على أي كائن حي. تعد الإشارات الخلوية مجالًا رئيسيًا للبحث في علم الأحياء اليوم. اكتشف العلماء مؤخرًا أن العديد من أنواع الخلايا المختلفة ، من البكتيريا إلى النباتات ، تستخدم أنواعًا متشابهة من مسارات الاتصال ، أو آليات إشارات الخلايا. يشير هذا إلى أن آليات إرسال الإشارات الخلوية قد تطورت قبل وقت طويل من ظهور الكائن الأول متعدد الخلايا.

لغة الخلايا

لكي تتمكن الخلايا من إرسال إشارات لبعضها البعض ، هناك حاجة إلى بعض الأشياء:

• مستقبل الخلية ، والذي يوجد عادة على غشاء البلازما ، ولكن يمكن العثور عليه داخل الخلية

قد تكون الخلايا التي تتواصل بجوار بعضها البعض أو متباعدة. يختلف نوع الإشارة الكيميائية التي سترسلها الخلية اعتمادًا على المسافة التي يجب أن تقطعها الرسالة. على سبيل المثال ، تعتبر الهرمونات والأيونات والناقلات العصبية جميع أنواع الإشارات التي يتم إرسالها اعتمادًا على المسافة التي يجب أن تقطعها الرسالة.

تحتاج الخلية المستهدفة بعد ذلك إلى أن تكون قادرة على التعرف على الإشارة. تستقبل الخلية المستهدفة إشارات كيميائية على بروتينات المستقبل. كما نوقش سابقًا ، توجد معظم بروتينات المستقبل في غشاء البلازما. تم العثور على معظم بروتينات المستقبلات في غشاء البلازما ، ولكن يوجد بعضها أيضًا داخل الخلية. تعتبر بروتينات المستقبلات محددة جدًا لجزيء إشارة واحد فقط ، تمامًا مثل القفل الذي يتعرف على مفتاح واحد فقط. لذلك ، تحتوي الخلية على الكثير من بروتينات المستقبلات للتعرف على العدد الكبير من جزيئات إشارة الخلية. هناك ثلاث مراحل لإرسال واستقبال "رسالة" خلية: الاستقبال والتوصيل والاستجابة.

مستقبلات الإشارة

مستقبلات سطح الخلية عبارة عن بروتينات متكاملة - تصل مباشرة من خلال الطبقة الدهنية الثنائية ، وتمتد من الخارج إلى الداخل للخلية. هذه البروتينات المستقبلة مخصصة لنوع واحد فقط من جزيئات الإشارة. يعمل جزيء الإشارة كجند عندما يرتبط ببروتين مستقبِل. أ يجند هو جزيء صغير يرتبط بجزيء أكبر. يؤدي ارتباط جزيء الإشارة إلى تغيير بروتين المستقبل لشكله. في هذه المرحلة ، يمكن أن يتفاعل بروتين المستقبل مع جزيء آخر. لا يمر ligand (جزيء الإشارة) نفسه عبر غشاء البلازما.

في الخلايا حقيقية النواة ، فإن معظم البروتينات داخل الخلايا التي يتم تنشيطها عن طريق ارتباط يجند ببروتين المستقبل هي إنزيمات. تتم تسمية بروتينات المستقبلات على اسم نوع الإنزيم الذي تتفاعل معه داخل الخلية. تشمل هذه الإنزيمات بروتينات G وكينازات البروتين ، وبالمثل هناك مستقبلات مرتبطة بالبروتين G ومستقبلات التيروزين كيناز. كيناز هو بروتين يشارك في الفسفرة. أ مستقبلات G- بروتين هو مستقبل يعمل بمساعدة بروتين يسمى G-protein. يحصل بروتين G على اسمه من الجزيء المرتبط به ، غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) ، أو ثنائي فوسفات الغوانوزين (الناتج المحلي الإجمالي). جزيء GTP مشابه لـ ATP.

بمجرد تنشيط بروتينات G أو إنزيمات بروتين كينيز بواسطة بروتين مستقبل ، فإنها تخلق جزيئات تسمى الرسل الثاني. أ الرسول الثاني هو جزيء صغير يبدأ في التغيير داخل الخلية استجابةً لربط إشارة معينة ببروتين المستقبل. تشتمل بعض جزيئات المرسل الثاني على جزيئات صغيرة تسمى النيوكليوتيدات الحلقية ، مثل الأدينوزين أحادي الفوسفات (cAMP) وأحادي الفوسفات الدوري (cGMP). تعمل أيونات الكالسيوم ( (Ca ^ <2 +> )) أيضًا كمراسلين ثانويين. المراسلات الثانوية هي جزء من مسارات تحويل الإشارة.

نقل الإشارة

أ مسار تحويل الإشارة هي آلية الإشارة التي تقوم بها الخلية بتغيير الإشارة الموجودة على سطحها إلى استجابة محددة داخل الخلية. غالبًا ما يتضمن تسلسلًا منظمًا من التفاعلات الكيميائية داخل الخلية والتي يتم تنفيذها بواسطة الإنزيمات والجزيئات الأخرى.في العديد من عمليات نقل الإشارة ، يزداد عدد البروتينات والجزيئات الأخرى المشاركة في هذه الأحداث مع تقدم العملية من ارتباط الإشارة. يبدأ "تسلسل إشارة". فكر في سلسلة الإشارات على أنها تأثير دومينو كيميائي داخل الخلية ، حيث يقوم أحد الدومينو بضرب اثنين من أحجار الدومينو ، والتي بدورها تطرق أربعة أحجار دومينو ، وما إلى ذلك. ميزة هذا النوع من الإشارات إلى الخلية هي أن الرسالة من جزيء إشارة صغير يمكن تضخيمها بشكل كبير ولها تأثير كبير.

توجد المستقبلات المرتبطة بالبروتين G فقط في حقيقيات النوى الأعلى ، بما في ذلك الخميرة والنباتات والحيوانات. تعتمد حواسك بالبصر والشم على المستقبلات المرتبطة بالبروتين G. تتضمن الروابط التي ترتبط بهذه المستقبلات مركبات حساسة للضوء ، وروائح ، وهرمونات ، وناقلات عصبية. تأتي الروابط الخاصة بالمستقبلات المرتبطة ببروتين G بأحجام مختلفة ، من الجزيئات الصغيرة إلى البروتينات الكبيرة. تشارك المستقبلات المقترنة بالبروتين G في العديد من الأمراض ، ولكنها أيضًا هدف لنحو نصف جميع الأدوية الطبية الحديثة.

يوضح الشكل 10 عملية كيفية عمل المستقبل المرتبط بالبروتين G.

الشكل 10: كيف يعمل المستقبل المرتبط بالبروتين G بمساعدة بروتين G. في اللوحة C ، يمكن رؤية cAMP المرسل الثاني وهو يبتعد عن الإنزيم.

أ.يرتبط الترابط مثل الهرمون (جزيء أرجواني صغير) بالمستقبل المرتبط بـ G (الجزيء الأحمر). قبل ربط الترابط ، يرتبط بروتين G غير النشط (الجزيء الأصفر) بإجمالي الناتج المحلي.
ب.يغير المستقبل شكله وينشط بروتين G وجزيء GTP يحل محل الناتج المحلي الإجمالي.
ج.يتحرك بروتين G عبر الغشاء ثم يرتبط بالأنزيم (الجزيء الأخضر) وينشطه. يؤدي هذا بعد ذلك إلى بدء الخطوة التالية في المسار إلى استجابة الخلية. بعد تنشيط الإنزيم ، يعود البروتين G إلى موقعه الأصلي. المرسل الثاني لنقل الإشارة هذا هو cAMP ، كما هو موضح في C.

يعتمد استشعار البيئات الخارجية والداخلية على المستوى الخلوي على نقل الإشارة. يمكن أن تسهم العيوب في مسارات تحويل الإشارات في العديد من الأمراض أو تؤدي إليها ، بما في ذلك السرطان وأمراض القلب. هذا يسلط الضوء على أهمية تحويل الإشارات إلى علم الأحياء والطب.

استجابات الإشارة

استجابة للإشارة ، قد تغير الخلية الأنشطة في السيتوبلازم أو في النواة التي تتضمن تشغيل أو إيقاف تشغيل الجينات. التغييرات في التمثيل الغذائي ، النمو المستمر ، الحركة ، أو الموت هي بعض الاستجابات الخلوية للإشارات التي تتطلب نقل الإشارة.

يؤدي التنشيط الجيني إلى تأثيرات أخرى ، حيث تشتمل منتجات البروتين للعديد من الجينات المستجيبة على إنزيمات وعوامل تزيد من التعبير الجيني. يمكن لعوامل التعبير الجيني الناتجة عن سلسلة التتالي تشغيل المزيد من الجينات. لذلك يمكن أن يؤدي أحد المحفزات إلى التعبير عن العديد من الجينات ، وهذا بدوره يمكن أن يؤدي إلى تنشيط العديد من الأحداث المعقدة. في الكائن الحي متعدد الخلايا ، تشمل هذه الأحداث زيادة امتصاص الجلوكوز من مجرى الدم (الذي يحفزه الأنسولين) ، وحركة العدلات إلى مواقع العدوى (التي تحفزها المنتجات البكتيرية). غالبًا ما يطلق على مجموعة الجينات وترتيب تنشيطها استجابةً للمنبهات اسم برنامج جيني.


التوازن & # 8211 التناضح وانتشار أمبير

الانتشار هو الحركة الصافية للجسيمات (الذرات أو الأيونات أو الجزيئات) من منطقة تكون فيها أعلى تركيزًا إلى منطقة تكون فيها ذات تركيز أقل ، أي أسفل تدرج تركيز.

متى ستتوقف هذه العملية؟

لن يتوقف الانتشار إلا عند الوصول إلى حالة من التوازن الديناميكي. بمعنى آخر ، لم يعد هناك تدرج تركيز بين المنطقتين.

هل الجزيئات تتوقف عن الحركة؟

لا ، الجزيئات لا تتوقف عن الحركة. إنهم يتحركون دائمًا ولا يتوقفون عن الحركة حتى عندما يكون هناك نفس العدد منهم في كل مكان في النظام. عندما تنتشر الجسيمات بالتساوي ، لا يوجد تغيير صافٍ في النظام ، لكن الجزيئات لا تزال تتحرك.

ما هي العوامل التي تحدد معدل الانتشار؟

& # 8211 حجم الجسيمات [كلما كان حجم الجسيم أصغر ، كان معدل الانتشار أسرع.]

- نفاذية الغشاء [كلما كان الغشاء أرق ، كان معدل الانتشار أسرع.]

- مساحة سطح الغشاء [كلما كبرت مساحة سطح الغشاء ، زاد معدل الانتشار.]

-درجة الحرارة [كلما ارتفعت درجة الحرارة ، كان معدل الانتشار أسرع ، لأن درجة الحرارة تزيد من معدل حركة الجزيئات.]

& # 8211 انحدار تدرج التركيز [كلما كان تدرج التركيز حادًا ، كان معدل الانتشار أسرع.]

هل يمكنك تسمية بعض الأمثلة على الانتشار في كائن حي؟

& # 8211 تبادل الهواء في الرئتين عندما نتنفس

& # 8211 امتصاص الماء من خلال خلية الجذر في النباتات

كم عدد أنواع النقل السلبي الموجودة؟

هناك 3 أنواع من النقل السلبي.

هم الانتشار والتناضح والانتشار الميسر.

لماذا يطلق عليه المبني للمجهول؟

ليست هناك حاجة إلى طاقة للجزيئات للتحرك عبر الغشاء ، لذلك يطلق عليه النقل السلبي.


34 أسئلة وأجوبة أساسية حول غشاء الخلية

الغشاء هو أي ورقة رقيقة تفصل منطقة عن أخرى ، مما يمنع أو يسمح (بشكل انتقائي أو كلي) بمرور المواد. الجلد ، على سبيل المثال ، يمكن اعتباره غشاء يفصل بين الداخل والخارج من السيلوفان في الجسم ، ويستخدم في المختبرات الكيميائية لفصل المحاليل ، ويعمل أيضًا كغشاء.

المزيد من الأسئلة والأجوبة ذات الحجم الصغير كما هو موضح أدناه

2. كيف تصنف الأغشية حسب نفاذيةها؟

يمكن تصنيف الأغشية على أنها غير منفذة أو منفذة أو شبه منفذة أو منفذة بشكل انتقائي.

الغشاء غير المنفذ هو الغشاء الذي لا يمكن لأي مادة أن تمر من خلاله. الأغشية شبه النفاذة هي تلك التي تسمح فقط للمذيبات ، مثل الماء ، بالمرور من خلالها. الأغشية القابلة للنفاذ هي تلك التي تسمح للمذيبات والمذابات ، مثل الأيونات والجزيئات ، بالمرور عبرها. هناك أيضًا أغشية قابلة للنفاذ بشكل انتقائي ، وهي أغشية ، بالإضافة إلى السماح بمرور المذيبات ، تسمح بمرور مواد مذابة معينة أثناء منع الآخرين.

الانتشار والتناضح

3. ما هو الانتشار؟

الانتشار هو انتشار جزيئات مادة ما من منطقة تكون فيها المادة أكثر تركيزًا إلى منطقة أخرى حيث تكون أقل تركيزًا. على سبيل المثال ، عندما يتم غليان الماء ، تميل جزيئات الماء الغازية إلى الانتشار بشكل موحد في الهواء عبر الانتشار.

4. ماذا يعني التدرج التركيزي؟ هل يصح الإشارة إلى "تدرج تركيز الماء"؟

تدرج التركيز هو الفرق في تركيز المادة بين منطقتين.

التركيز هو مصطلح يستخدم لتعيين كمية المذاب مقسومة على الكمية الإجمالية للمحلول. نظرًا لأن الماء ، بشكل عام ، هو المذيب في هذه الحالة ، فليس من الصحيح الإشارة إلى "تركيز الماء" في محلول معين.

5. ما هو الفرق بين التناضح والانتشار؟

التناضح هو ظاهرة حركة جزيئات المذيب (الماء بشكل عام) من منطقة ذات تركيز منخفض الذائبة إلى منطقة ذات تركيز مذاب أعلى. من ناحية أخرى ، فإن الانتشار هو حركة المواد المذابة من منطقة ذات تركيز مذاب أعلى إلى منطقة ذات تركيز منخفض للمذاب.

يمكن اعتبار التناضح حركة الماء (المذيب) بينما يمكن اعتبار الانتشار حركة المواد المذابة الناتجة عن تدرج التركيز.

6. ما هو الضغط الاسموزي؟

في محلول مائي ، الضغط الاسموزي هو الضغط الذي تضعه منطقة ذات تركيز منخفض من الذائبة على منطقة ذات تركيز مذاب أعلى ، مما يؤدي إلى مرور الماء من منطقة تركيز منخفض الذائبة إلى المنطقة الأكثر تركيزًا. شدة الضغط الاسموزي (في وحدات الضغط) مساوية للضغط الضروري لتطبيقه على المحلول لمنع تخفيفه بالتناضح.

من الممكن ممارسة الضغط لمقاومة الضغط الاسموزي على المحلول ، مثل & # xa0 الضغط الهيدروستاتيكي للسائل أو الضغط الجوي. في الخلايا النباتية ، على سبيل المثال ، يخلق جدار الخلية الصلب ضغطًا يعمل ضد & # xa0 ميل الماء للدخول عندما تكون الخلية في بيئة منخفضة التوتر. مجهريًا ، الضغط الذي يقاوم الضغط التناضحي لا يمنع الماء من المرور عبر غشاء نصف نافذ ، لكنه يخلق تدفقًا للماء في الاتجاه المعاكس كتعويض.

7. هل يمكن أن يكون للمحاليل التي لها نفس تركيز المواد المذابة المختلفة ضغوط تناضحية مختلفة؟

لا يعتمد الضغط الاسموزي للمحلول على طبيعة المذاب ، بل يعتمد فقط على كمية الجزيئات (الجسيمات) بالنسبة إلى الحجم الكلي للمحلول. المحاليل التي لها نفس تركيز الجسيمات ، على الرغم من احتوائها على مواد مذابة مختلفة ، تمارس نفس الضغط الاسموزي.

حتى عندما يحتوي المحلول على خليط من مواد مذابة مختلفة ، فإن ضغطه الأسموزي يعتمد فقط على تركيز الجسيمات الكلي ، بغض النظر عن طبيعة المواد المذابة.

8. كيف تصنف المحاليل حسب توترها المقارن؟

عند مقارنته بمحلول آخر ، يمكن أن يكون المحلول ناقص التوتر (أو ناقص التوتر) أو متساوي التوتر (أو متساوي التوتر) أو مفرط التوتر (أو مفرط التماثل).

عندما يكون المحلول أقل تركيزًا من المحلول الآخر ، فإنه يعتبر ناقص التوتر مقارنةً بهذا المحلول الآخر. عندما يكون أكثر تركيزًا ، فإنه يعتبر مفرط التوتر. عندما يكون للحلين نفس التركيز ، فإن & # xa0 كلاهما يكون متساوي التوتر. لذلك ، يكون هذا التصنيف منطقيًا فقط عند مقارنة الحلول.

9. أي نوع من الغشاء هو غشاء الخلية من حيث النفاذية؟

غشاء الخلية عبارة عن غشاء قابل للنفاذ بشكل انتقائي ، مما يعني أنه يسمح بمرور الماء وبعض المواد المذابة المنتقاة.

حدد أي سؤال لمشاركته على Facebook أو Twitter

ما عليك سوى تحديد (أو النقر المزدوج) سؤالاً لمشاركته. تحدى أصدقائك على Facebook و Twitter.

طبقة ثنائية الفوسفوليبيد

10. ما هي المكونات الأساسية لغشاء الخلية؟

يتكون غشاء الخلية من الدهون والبروتينات والكربوهيدرات.

الدهون الموجودة في الغشاء هي الفوسفوليبيدات ، نوع خاص من الدهون ، والذي يرتبط بمجموعة الفوسفات في أحد طرفيه ، مما يعطي شحنة كهربائية لهذه المنطقة من الجزيء. نظرًا لأن الفسفوليبيدات لها طرف واحد مشحون كهربائيًا وسلسلة عضوية طويلة محايدة ، فيمكنها تنظيم نفسها في طبقتين من الجزيئات المرتبطة: الجزء المحب للماء (القطبي) من كل طبقة يواجه الخارج ويتلامس مع الماء (أيضًا جزيء قطبي) الموجود في الفضاء خارج الخلوي وداخل الخلايا بينما تواجه السلاسل الكارهة للماء (غير القطبية) الداخل ومعزولة عن الماء. لأن هذا النوع من الأغشية يتكون من طبقتين من الفوسفوليبيد ، فإنه يسمى أيضًا الغشاء ثنائي الشحوم.

يتم تضمين بروتينات الغشاء وتشتت في هيكل ثنائي الشحوم المضغوط. تظهر الكربوهيدرات في السطح الخارجي للغشاء ، مرتبطة ببعض تلك البروتينات في شكل بروتينات سكرية أو مرتبطة بالفوسفوليبيدات ، مكونة جليكوليبيدات. تشكل الكربوهيدرات الموجودة في الغشاء الكُلَى السُكري في الغشاء.

يُعرف هذا الوصف لتركيب أغشية الخلايا بنموذج الفسيفساء المائع.

11. ما هي وظائف كل من الفسفوليبيدات والبروتينات والكربوهيدرات في غشاء الخلية؟

الفسفوليبيدات لها وظيفة هيكلية في أغشية الخلايا. يشكلون الغشاء ثنائي الشحوم الذي يتكون منه غشاء الخلية.

للبروتينات عدة وظائف متخصصة في أغشية الخلايا. بعضها عبارة عن قنوات لمواد تمر عبر الغشاء ، والبعض الآخر عبارة عن مستقبلات وإشارات للمعلومات ، والبعض الآخر عبارة عن إنزيمات ، والبعض الآخر عبارة عن معرفات خلوية (علامات خلوية) ، كما أنها تشارك في معقدات الالتصاق بين الخلايا أو بين السطح الداخلي للغشاء و الهيكل الخلوي.

توجد كربوهيدرات الغشاء ، المرتبطة بالبروتينات أو الدهون ، في السطح الخارجي لغشاء الخلية. بشكل عام ، يتم استخدامها لتمييز الخلايا بحيث يتم التعرف على هذه الخلايا ووظائفها بواسطة خلايا ومواد أخرى (على سبيل المثال ، تفرق بين خلايا الدم الحمراء في نظام فصيلة الدم ABO). كما يقومون بوظائف تعديل المناعة ، ووظائف التحسس لمسببات الأمراض ، وما إلى ذلك.

Microvilli وتقاطعات الخلية

12. ما هو تمايز غشاء الخلية؟

في بعض أنواع الخلايا ، يحتوي غشاء الخلية على هياكل مختلفة ضرورية للوظائف المحددة للخلايا. أهمها الميكروفيلي والهياكل لتعزيز الالتصاق بين الخلايا (تقاطعات الخلايا).

Microvilli هي نتوءات خارجية متعددة للغشاء تشبه أصابع القفاز. توجد في خلايا الأنسجة حيث يكون من المفيد زيادة حجم مساحة السطح الملامسة للخارج ، على سبيل المثال ، في الظهارة المعوية (المعوية) لامتصاص العناصر الغذائية.

تحدث الهياكل التي تعزز تقوية الالتصاق بين الخلايا بشكل رئيسي في الأنسجة الظهارية حيث تتطلب الحاجة إلى التغطية وعدم النفاذية أن يتم "لصق" الخلايا بالخلايا المجاورة. يمكن أن تكون هذه الهياكل عبارة عن تداخلات ، و desmosomes ، وتقاطعات ضيقة (zonula occludens) ، و zonula adherens (تقاطعات ملتصقة) ، وتقاطعات فجوة.

النقل النشط والسلبي ، الانتشار البسيط والميسر

13. ما هي العلاقة بين تدرج التركيز والنقل النشط والسلبي؟

النقل السلبي هو حركة المواد عبر الأغشية لصالح تدرج تركيزها ، بدلاً من ذلك ، من منطقة أكثر تركيزًا إلى منطقة أقل تركيزًا. من ناحية أخرى ، فإن النقل النشط هو نقل المواد عبر الأغشية مقابل تدرج تركيزها ، من منطقة أقل تركيزًا إلى منطقة أكثر تركيزًا. لا يتم استخدام أي طاقة في النقل السلبي لأنها تلقائية. & # xa0 النقل النشط ، من ناحية أخرى ، يتطلب طاقة (عمل) ليحدث.

يعمل النقل النشط على الحفاظ على تدرج تركيز مادة ما أو زيادته بين منطقتين بينما يعمل النقل السلبي على تقليل تدرج التركيز.

14. ما هي الأنواع الرئيسية الثلاثة للنقل السلبي؟

الأنواع الثلاثة الرئيسية للنقل السلبي هي الانتشار البسيط والتناضح والانتشار الميسر.

مراجعة غشاء الخلية - تنوع الصورة: النقل السلبي

15. ما هو مصدر الطاقة المستخدم في النقل النشط عبر الأغشية البيولوجية؟

تأتي الطاقة اللازمة للنقل النشط (مقابل تدرج تركيز المادة المنقولة) من جزيئات ATP. يستخدم النقل النشط الطاقة الكيميائية من ATP.

16. ما هو الفرق بين الانتشار البسيط والميسر؟ & # xa0 إلى ماذا يشير المصطلح "تسهيل"؟ & # xa0

الانتشار البسيط هو المرور المباشر للمواد عبر الغشاء لصالح تدرج تركيزها. في الانتشار الميسر ، تكون حركة المواد أيضًا لصالح تدرج تركيزها ولكن المواد تتحرك مرتبطة بجزيئات معينة تعمل بمثابة "نفاذية" ، أي أنها تسهل مرورها عبر الغشاء.

17. كيف تختلف شدة الانتشار البسيط اعتمادًا على العلاقة بتدرج تركيز المادة المنقولة؟

كلما زاد تدرج تركيز مادة ما ، زاد انتشارها البسيط. إذا انخفض تدرج التركيز ، فإن شدة الانتشار البسيط تتضاءل أيضًا.

18. كيف تختلف شدة الانتشار الميسر حسب تركيز المادة المنقولة؟ ما هو العامل المحدد؟

مثل الانتشار البسيط ، يكون الانتشار الميسر أكثر كثافة عندما يكون تدرج تركيز المادة أعلى وأقل شدة عندما يكون التدرج أقل. ومع ذلك ، في الانتشار الميسر ، هناك عامل مقيد: كمية التصاريح التي تسهل النقل عبر الغشاء. حتى في الحالة التي يكون فيها تدرج تركيز المادة المنتشرة مرتفعًا ، إذا لم تكن هناك تصاريح كافية لإجراء النقل ، فلن تكون هناك زيادة في شدة الانتشار. تسمى هذه الحالة تشبع بروتينات النقل وهي تمثل النقطة التي يتم عندها الوصول إلى أقصى سعة نقل للمادة عبر الغشاء.

19. في حالة عدم تشبع بروتينات النقل ، كيف يمكن مقارنة سرعة الانتشار البسيط بسرعة الانتشار الميسر؟

إن عمل البروتينات الميسرة في الانتشار الميسر يجعل هذا النوع من الانتشار أسرع من الانتشار البسيط (لنفس تدرج التركيز للمادة المنقولة).

20. ما الذي يشترك فيه الانتشار الميسر مع التفاعلات الكيميائية الإنزيمية؟

أحد الأمثلة الرئيسية على النقل الميسر هو دخول الجلوكوز من الدم إلى الخلايا. يرتبط الجلوكوز من الدم بتراخيص معينة (تصاريح نقل الهكسوز) الموجودة في غشاء الخلية ، ومن خلال الانتشار الذي تسهله هذه البروتينات ، يدخل إلى الخلية للقيام بوظائفها الأيضية.

يشبه الانتشار الميسر الحفز الكيميائي لأن المواد المنقولة ترتبط بالتراخيص مثل الركائز التي ترتبط بالإنزيمات ، وبعد الانتهاء من مهمة النقل ، لا يتم استهلاك النفاذية ويمكنها نقل الجزيئات الأخرى.

21. ما هي بعض الأمثلة على الأنشطة البيولوجية التي يلعب فيها التناضح دورًا مهمًا؟

إن انحلال الدم (تدمير خلايا الدم الحمراء) عن طريق دخول الماء ، والتنظيم المائي في النباتات ودخول الماء إلى نسيج الخشب من النباتات الوعائية كلها أمثلة على الظواهر البيولوجية التي يسببها التناضح.

يؤدي التخفيف المفرط لبلازما الدم ، عن طريق التناضح ، إلى دخول الكثير من الماء إلى خلايا الدم الحمراء والتدمير اللاحق لهذه الخلايا (انحلال الدم). يعتبر التناضح أيضًا العملية الرئيسية في الحفاظ على الحالات الرخوة أو التورم أو الحالة للبلازما في الخلايا النباتية. التناضح هو أحد القوى المسؤولة عن دخول الماء إلى جذور النباتات ، حيث أن الخلايا الجذرية مفرطة التوتر مقارنة بالتربة.

22. ما هو الشيء المشترك بين الانتشار الميسر والنقل النشط؟ ما هو الفرق بينهم؟

يمكن الخلط بين الانتشار الميسر والنقل النشط لأن بروتينات الغشاء تشارك في كلتا العمليتين.

ومع ذلك ، في النقل النشط ، تتحرك المادة المنقولة عكس تدرج تركيزها ، وتستهلك الطاقة. الانتشار الميسر هو النقل السلبي لصالح تدرج التركيز ولا يتطلب طاقة.

23. ما هي الجزيئات التي تجعل النقل النشط عبر الأغشية ممكنًا؟

أصبح النقل النشط ممكنًا بواسطة بروتينات غشائية محددة. تسمى هذه البروتينات "مضخات" لأنها "تضخ" المادة المتحركة عبر الغشاء باستخدام الطاقة من جزيئات ATP.

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

24. كيف تشارك مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في وظائف أغشية الخلايا؟ ما هي أهمية هذا البروتين للخلايا؟

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم هي بروتين النقل الذي يحافظ على تدرج تركيز هذه الأيونات بين الفراغات داخل وخارج الخلية. تتم فسفرة هذا البروتين في كل دورة ضخ ثم يضخ ثلاثة أيونات الصوديوم خارج الخلية واثنين من أيونات البوتاسيوم إلى الداخل.ينتج الفسفرة عن ارتباط الفوسفات الذي تبرع به جزيء ATP واحد ثم & # xa0 يتم تحويله إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين).

تعتبر وظيفة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، والمعروفة أيضًا باسم ATPase الصوديوم والبوتاسيوم ، أساسية في الحفاظ على الشحنة الكهربائية السالبة المميزة على الجانب داخل الخلايا من غشاء الخلية المريحة وفي خلق ظروف مناسبة لتركيزات الصوديوم والبوتاسيوم بالداخل وخارج الخلية للحفاظ على التمثيل الغذائي الخلوي.

الالتقام

25. ما هو النقل الجماعي عبر غشاء الخلية؟

النقل الجماعي هو دخول أو خروج المواد من خلال عملية غمر أجزاء من الغشاء. يُطلق على اندماج الحويصلات الغشائية الداخلية المحتوية على مادة مع غشاء الخلية اسم خروج الخلايا. يُطلق على دخول المواد إلى الخلية بعد غمرها بواسطة نتوءات الغشاء اسم الالتقام الخلوي.

26. ما هما النوعان الرئيسيان من الالتقام؟

الالتقام الخلوي هو دخول المادة إلى الخلية من خلال غمرها بأجزاء من غشاء الخلية.

يمكن تصنيف الإلتقام على أنه كثرة الخلايا أو البلعمة. في كثرة الخلايا ، تحفز الجزيئات الصغيرة الموجودة على السطح الخارجي للغشاء انغماس الغشاء إلى الداخل والحويصلات المليئة بهذه الجسيمات ثم تنفصل عن الغشاء وتدخل في السيتوبلازم. في حالة البلعمة ، تحفز الجزيئات الأكبر الموجودة على السطح الخارجي للغشاء إسقاط الأرجل الكاذبة للخارج لإحاطة الجسيمات. ثم تنفصل الحويصلة عن الغشاء وتدخل في السيتوبلازم ، وتتلقى اسم البلعمة.

جدار الخلية النباتية

27. كيف تتفاعل جدران الخلايا النباتية عند وضعها في وسط ناقص التوتر؟

تتكون جدران الخلايا النباتية (غطاء الخلية الخارجي لغشاء الخلية) من السليلوز ، وهو بوليمر من الجلوكوز.

عندما توضع خلية نباتية في وسط ناقص التوتر ، فإنها تمتص الكثير من الماء من خلال التناضح. في هذه الحالة ، يعمل ضغط جدار الخلية على مواجهة الضغط الاسموزي ، وبالتالي منع الزيادات المفرطة في الحجم الخلوي وتحلل الخلية.

28. ما المقصود بقوة شفط الخلية النباتية؟ هل تسهل قوة الشفط دخول الماء إلى الزنزانة أو تعوقه؟

قوة الشفط (SF) هي الضغط التناضحي لفجوة الخلية النباتية ، أو بالأحرى ، عصارة الخلية الموجودة داخل الفجوة.

نظرًا لأن عصارة الخلية مفرطة التوتر مقارنة بالعصارة الخلوية ، فإنها تجذب الماء ، وبالتالي تزيد من تركيز العصارة الخلوية. من خلال العمل التناضحي للفجوة ، يصبح العصارة الخلوية مفرطة التوتر فيما يتعلق بالخارج ويدخل المزيد من الماء إلى الخلية.

29. ما هو ضغط انتفاخ الخلايا النباتية؟ هل يجعل دخول الماء إلى الخلايا النباتية أسهل أم أصعب؟

ضغط التورجر (TP) هو الضغط الناجم عن تمدد جدار الخلية النباتية مقابل زيادة حجم الخلية. يعمل ضغط التورجر ضد دخول الماء إلى الخلية ، حيث يفرض خروج الماء ويواجه دخول المذيب عن طريق التناضح. & # xa0

30. ماذا تعني الصيغة DPD = SF - TP؟

DPD هو اختصار لعجز ضغط الانتشار SF (قوة الشفط) هو ضغط تناضحي فجوي و TP هو ضغط التورم.

يحدد الفرق بين SF و TP ما إذا كان الماء يميل إلى دخول الخلية أم لا. إذا كان SF & gt TP و DPD & gt 0 ، يميل الماء إلى دخول الخلية عن طريق التناضح. إذا كان TP & gt SF ، DPD & lt 0 ، لا يمكن للماء دخول الخلية عن طريق التناضح.

31. ما هي قيم DPD للخلايا النباتية في وسط مفرط التوتر ومتساوي التوتر وخافض التوتر؟

عندما توضع الخلايا النباتية في وسط مفرط التوتر ، فإنها تفقد الماء إلى الخارج ، SF & gt 0 (الضغط الفراغي مرتفع لأنه مركّز) و TP = 0 (لا يوجد انتفاخ لجدار الخلية لأن الحجم الخلوي هو مخفض) ، لذا فإن DPD = SF. تسمى هذه الخلايا بالخلايا المتحللة بالبلازما وتتميز بانكماش غشاء الخلية الذي ينفصل عن جدار الخلية.

عندما توضع الخلايا النباتية في وسط متساوي التوتر ، لا توجد زيادة في حجم الماء الداخلي ، SF & gt 0 و TP = 0 (لأن جدار الخلية ليس منتفخًا). يلمس غشاء الخلية جدار الخلية قليلاً ، & # xa0 وتسمى الخلية بالخلية الرخوة.

عندما يتم وضع الخلايا النباتية في وسط ناقص التوتر ، يميل الماء إلى دخولها ، SF = TP (حيث يتم تعويض الضغط الاسموزي بالكامل عن طريق تمدد جدار الخلية) و DPD = 0. تسمى الخلية التي توسعت إلى هذه النقطة خلية منتفخة.

32. ما هي صيغة DPD للخلايا النباتية الذابلة (المنكمشة)؟ كيف يكون هذا الوضع ممكنا؟

خلايا النبات الذابلة هي تلك التي تقلصت بسبب فقدان الماء عن طريق التبخر دون استبدال كافٍ. في هذه الحالة ، يتراجع غشاء الخلية وينفصل عن جدار الخلية. & # xa0 علاوة على ذلك ، يتمدد جدار الخلية في الطول لتحفيز دخول الماء ، مما يجعل TP & lt 0. نظرًا لأن DPD = SF - TP و TP سلبي (& lt 0) ، تصبح صيغته DPD = SF + | TP |.

33. ما هو انحلال الخلايا النباتية؟

عند وضعها في وسط مفرط التوتر ، تفقد الخلايا النباتية كمية كبيرة من الماء وتنفصل أغشية الخلايا عن جدرانها الخلوية. في هذه الحالة ، تسمى الخلية بالخلية المتحللة بالبلازما. عندما توضع الخلية المصابة بالبلازما في وسط مفرط التوتر ، فإنها تمتص الماء وتصبح خلية منتفخة. هذه الظاهرة تسمى تحلل.

تجفيف

34. لماذا يستخدم الملح والسكر في انتاج اللحوم المجففة والفواكه المجففة؟

تُستخدم المواد التي تحافظ على بيئة مفرطة التوتر ، مثل السكر والملح ، في إنتاج اللحوم أو الفواكه أو الأسماك المجففة (على سبيل المثال ، سمك القد) لأن المادة التي يجب حفظها مجففة ويمنع الجفاف الناتج نمو تجمعات الكائنات المحللة (لأن هذه الكائنات تفقد الماء أيضًا وتموت).

الآن بعد أن انتهيت من دراسة Cell Membrane ، هذه هي خياراتك:


1. رسم تخطيطي للفوسفوليبيد الفردي وطبقة ثنائية من الفوسفوليبيد. قم بتسمية الرأس المحبة للماء وذيول كارهة للماء في كليهما. 2. اشرح فسيفساء السوائل.

الفسفوليبيدات هي النسيج الرئيسي للغشاء. يوضع الكوليسترول بين ذيول الفوسفوليبيدات الطاردة للماء. البروتينات هي الجرد.

يعتبر ER السلس أمرًا حيويًا في تخليق الدهون ويشارك ER الخام في تخليق البروتين (Postlethwait و Hopson و amp Veres ، 1991). بعد أن تم إنشاؤها في ر.

ويرافق هذا التفريغ اندماج الغشاء الحويصلي وغشاء البلازما. يتم تنفيذ هذه العملية بثلاث طرق يتم تحريرها بشكل منفصل.

إذا كان تركيز المذاب أكبر في المحلول الموجود داخل الخلية ، مقارنةً بتركيز المحلول المذاب خارج السقف.

وظيفة الشبكة الإندوبلازمية هي تخليق منتجات الخلايا وتساعد على نقل المواد عبر الخلية. هناك نوعان من ER ، الخام و.

وصف هيكل ووظيفة الليزوزوم. الليزوزومات هي عضية خلوية ، تترجم كهيكل مستقل داخل الخلية ، ولها نوع محدد.

قم بتسمية أربع طرق على الأقل تستخدم بها الخلية ATP. أربع طرق تستخدم بها الخلية ATP هي نقل المواد عبر أغشية الخلايا ، وتحريك الكروموسومات خلالها.

الغرض: انقباضات رباعية الغشاء مع حلول مختلفة: ما مدى سرعة عقد فجوة رباعية الغشاء في الحلول المختلفة؟ مقدمة: .

بروتينات SNARE اندماج الغشاء هو وظيفة لانقسام الخلايا ونموها. تعد الآلات المستخدمة في اندماج الغشاء أيضًا أحد مكونات الذاكرة والتعلم.


تحكم الاستتباب

للحفاظ على التوازن ، فإن التواصل داخل الجسم ضروري. الصورة أدناه هي مثال على كيفية عمل نظام التحكم المتماثل. وفيما يلي شرح موجز:

  1. التحفيز& # 8211 ينتج تغييرًا في متغير (العامل الذي يتم تنظيمه).
  2. مستقبلات& # 8211 يكتشف التغيير. يراقب المستقبل البيئة ويستجيب للتغيير (المحفزات).
  3. مدخل& # 8211 تنتقل المعلومات على طول المسار (الوارد) إلى مركز التحكم. يحدد مركز التحكم الاستجابة المناسبة ومسار العمل.
  4. انتاج |& # 8211 تنتقل المعلومات المرسلة من مركز التحكم إلى أسفل المسار (الصادر) إلى المستجيب.
  5. إجابة& # 8211 استجابة من المستجيب يوازن الحافز الأصلي للحفاظ على التوازن.

تحافظ التفاعلات بين عناصر نظام التحكم المتماثل على ظروف داخلية مستقرة باستخدام آليات التغذية الراجعة الإيجابية والسلبية.

فكر في الأمر على أنه عمل موازنة معقد للغاية. هنا & # 8217s بعض التعريفات الأخرى التي قد ترغب في معرفتها.

مسارات واردة& # 8211 تحمل النبضات العصبية في الجهاز العصبي المركزي. على سبيل المثال ، إذا شعرت بحرارة شديدة على يدك ، فستنتقل الرسالة عبر مسارات واردة إلى جهازك العصبي المركزي.

مسارات فعالة& # 8211 تحمل النبضات العصبية بعيدًا عن الجهاز العصبي المركزي إلى المؤثرات (العضلات والغدد).

ينتقل الشعور بالحرارة عبر مسار وارد إلى الجهاز العصبي المركزي. ثم يتفاعل مع المستجيب وينتقل عبر المسار الصادر ، مما يجعل الشخص في النهاية يرفع يده عن الحرارة الحارقة.

آليات التغذية الراجعة السلبية

تعد جميع آليات التحكم المتماثل تقريبًا آليات ردود فعل سلبية. هذه الآليات تغير المتغير مرة أخرى إلى حالته الأصلية أو & # 8220 القيمة المثالية & # 8221.

خير مثال على آلية التغذية الراجعة السلبية هو منظم الحرارة المنزلي (نظام التدفئة). يحتوي منظم الحرارة على المستقبل (مقياس الحرارة) ومركز التحكم. إذا تم ضبط نظام التسخين على 70 درجة فهرنهايت ، يتم تشغيل الحرارة (المستجيب) إذا انخفضت درجة الحرارة عن 70 درجة فهرنهايت. بعد أن يسخن المدفأة المنزل إلى 70 درجة فهرنهايت ، يتم إيقاف تشغيله بشكل فعال للحفاظ على درجة الحرارة المثالية.

يعد التحكم في سكر الدم (الجلوكوز) عن طريق الأنسولين مثالًا جيدًا آخر على آلية التغذية الراجعة السلبية. عندما يرتفع سكر الدم ، تشعر المستقبلات في الجسم بالتغير. بدوره ، يفرز مركز التحكم (البنكرياس) الأنسولين في الدم ويخفض مستويات السكر في الدم بشكل فعال. بمجرد وصول مستويات السكر في الدم إلى التوازن ، يتوقف البنكرياس عن إفراز الأنسولين. ومع ذلك ، لا يمتلك كل شخص مثل هذا النظام الفعال ، لذلك يتعين على بعض الأشخاص الحصول على القليل من المساعدة من المصادر العشبية مثل الحشيش عندما يتعلق الأمر بالحفاظ على الأنسولين منظمًا. إذا كنت تعتقد أن شيئًا ما قد يكون خطأ في مستويات السكر في الدم لديك ، فألق نظرة على https://www.budbuddies.ca/5-strongest-marijuana-strains-of-2019/.

هذان مثالان فقط على آليات ردود الفعل السلبية داخل أجسامنا ، هناك 100 & # 8217 ثانية ، هل يمكنك التفكير في المزيد؟

مثال جيد آخر على آلية التغذية الراجعة الإيجابية هو تخثر الدم. بمجرد تلف الوعاء ، تبدأ الصفائح الدموية في الالتصاق بالموقع المصاب وتطلق مواد كيميائية تجذب المزيد من الصفائح الدموية. تستمر الصفائح الدموية في التراكم وإطلاق المواد الكيميائية حتى يتم تكوين جلطة.

فقط تذكر أن آليات التغذية الراجعة الإيجابية تعزز الحافز الأصلي وأن آليات التغذية الراجعة السلبية تمنعه.


النقل السلبي والنقل النشط

ما هو الفرق بين النقل السلبي والنشط؟ كيف يتم تنفيذ هاتين الآليتين؟ أي عملية تتطلب طاقة وأيها لا؟ تابع القراءة لمعرفة الإجابة على كل هذه الأسئلة والمزيد أدناه.

ما هو الفرق بين النقل السلبي والنشط؟ كيف يتم تنفيذ هاتين الآليتين؟ أي عملية تتطلب طاقة وأيها لا & # 8217t؟ تابع القراءة لمعرفة الإجابة على كل هذه الأسئلة والمزيد أدناه.

كل خلية في جسم الإنسان ، وبالنسبة لهذه المسألة في أي كائن حي ، تعتمد على تبادل المواد لتعمل بشكل صحيح. هذا هو السبب الذي يجعل كل خلية ديناميكية بطبيعتها. يتم نقل الأشياء باستمرار داخل وخارج الخلية. تحتاج الخلية إلى الطاقة والأكسجين من أجل عملها ، والتي عادة ما يتم جلبها إلى السيتوبلازم. يتم بعد ذلك إزالة ثاني أكسيد الكربون ونواتج النفايات الأيضية التي يتم إنتاجها في نهاية التفاعلات المختلفة في الخلية وإرسالها إلى خارج الخلية للتخلص منها. ومع ذلك ، هل تساءلت يومًا كيف تمكنت الخلية من إحداث كل هذا التبادل في المواد؟ حسنًا ، يتم ذلك بمساعدة آليتين أساسيتين تعرفان بالنقل السلبي والنقل النشط. هاتان الوسيلتان الأساسيتان اللتان تحاول بهما كل خلية في الجسم الحفاظ على نفسها. ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات بين هذين الإجراءين.

الفرق بين النقل السلبي والنشط

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

الفرق الرئيسي هو حقيقة أن النقل السلبي لا يتطلب أي طاقة ، في حين أن النقل النشط يتطلب طاقة للحركة. النقل السلبي هو أساسًا على طول تدرج التركيز ، ويعتمد في الغالب على نفاذية بنية غشاء الخلية. يتطلب النقل النشط طاقة لتنفيذه لأن حركة المواد عادة ما تكون ضد تدرج التركيز ، وبسبب ذلك ، يتعين عليها بذل جهد إضافي للمرور. عادة ما يكون هذا النوع من النقل مطلوبًا في الحالات التي تتطلب فيها الخلية كمية أو تركيزًا أعلى من مادة داخل الخلية من أجل عملها بشكل صحيح ، مثل الأيونات والجلوكوز وأنواع معينة من الأحماض الأمينية.

أمثلة

يتكون النقل السلبي من أربعة أنواع رئيسية ، وهي النقل الميسر والانتشار والترشيح والتناضح. في الترشيح ، يتم تقييد المواد الصلبة بينما يُسمح للسوائل بالمرور بحرية. في الانتشار ، هناك انتشار للجزيئات بطريقة عشوائية من تدرج تركيزها الأعلى إلى تدرج تركيزها المنخفض. يحدث الانتشار الميسر أو النقل الميسر عبر غشاء الخلية دون الحاجة إلى الطاقة ولكن بمساعدة بروتين حامل معين. النوع الأخير من الحركة هو التناضح ، حيث توجد حركة عبر غشاء شبه منفذ على طول منحدر محتمل.

النقل النشط هو العملية التي يتم من خلالها امتصاص الجلوكوز من قبل الخلايا الموجودة في أمعاء البشر. تقوم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم أيضًا بتنفيذ عملها بمساعدة هذا النقل. يظهر هذا أيضًا في النباتات ، حيث تمتص الأيونات بنشاط من التربة إلى شعر الجذور. يتم الحصول على الطاقة لهذا النوع من النقل من جزيئات ATP ، أي يتم تنفيذ هذه العملية بمساعدة الطاقة الكيميائية.

هناك بعض أوجه التشابه أيضًا ، مثل هاتين الآليتين لتحرك المواد داخل وخارج الخلية. أيضًا ، تستخدم كلتا طريقتي النقل هذه القنوات الأيونية لدفع الأيونات داخل وخارج الخلية ، على طول غشاء الخلية. وبالتالي ، فهي جزء حيوي من بيولوجيا الخلية. وفي النهاية ، نظرًا لأن معظم الآليات التي يتم تنفيذها في الخلية ، فإن كل من النقل السلبي والنشط يسعى أساسًا إلى ضمان وجود توازن واستقرار في الخلية ونتيجة لذلك ، في الجسم بأكمله.

المنشورات ذات الصلة

ما هي عملية النقل النشطة؟ كيف يحدث ذلك في زنزانة؟ تابع القراءة لمعرفة الإجابة على هذه الأسئلة.

لطالما أثارت الخلايا النباتية فضول طلاب علم الأحياء ، إلى جانب الآخرين. ومن ثم ، هنا في هذه المقالة ، قدمت بعض المعلومات التفصيلية.

في بيولوجيا الخلية ، نواة الخلية ، أو النواة ببساطة ، هي مركز الأنشطة في الخلية. بمساعدة هذه المقالة ، دعونا نناقش ما هو & hellip


شاهد الفيديو: النقل السلبي (أغسطس 2022).