النقل الجماعي النشط

من النقل الجماعي النشط هو شكل من أشكال نقل الركائز من خلال غشاء حيوي. يحدث النقل النشط مقابل تركيز أو تدرج شحن ويتم مع استهلاك الطاقة. في مرض الميتوكوندريا ، هذه العملية مضطربة.

ما هو النقل الجماعي النشط؟

يفصل الفسفوليبيد والأغشية الحيوية ثنائية الطبقات أجزاء الخلية الفردية عن بعضها البعض في جسم الإنسان. تقوم الأغشية الحيوية المختلفة ، بسبب مكوناتها الغشائية ، بأدوار فعالة في النقل الانتقائي للمواد. كطبقة فاصلة بين عدة مناطق ، فإن الغشاء الحيوي غير منفذة بطبيعته لغالبية الجزيئات. تنتشر الجزيئات المحبة للدهون والأصغر والطارئة للماء فقط من خلال طبقة ثنائية الدهون. يُعرف هذا النوع من نفاذية الغشاء المنسقة أيضًا باسم النفاذية الانتقائية.

تشمل الجزيئات القابلة للانتشار ، على سبيل المثال ، جزيئات الغاز والكحول واليوريا.الأيونات وغيرها من المواد النشطة بيولوجيًا هي في الغالب محبة للماء ويتم تثبيتها بواسطة حاجز الغشاء الحيوي. يحتوي الغشاء الحيوي على بروتينات نقل بحيث يمكن للأيونات والماء والجسيمات الأكبر مثل السكر أن تنتشر. أنت تشارك بنشاط في نقل المواد. يُطلق على النقل عبر الغشاء الحيوي أيضًا نقل الغشاء أو تدفق الغشاء ، إذا كان الغشاء نفسه يتغير.

تحافظ الأغشية الحيوية ونفاذيةها الانتقائية على بيئة خلية محددة داخل الخلية ، مما يعزز العمليات الوظيفية الداخلية. تتواصل الخلية وأجزاءها مع بيئتها وتقوم بتبادل انتقائي للمواد والجسيمات. تسمح آليات مثل نقل المادة الفعالة بالمرور الانتقائي عبر الأغشية على هذا الأساس. يجب تمييز نقل المادة الفعالة عن النقل السلبي للمواد وعن نقل المواد محل الغشاء.

الوظيفة والمهمة

يتم نقل المواد عبر الغشاء الحيوي بشكل نشط أو سلبي. مع النقل السلبي ، تمر الجزيئات عبر الغشاء في اتجاه تركيز معين أو تدرج محتمل دون استهلاك أي طاقة. لذلك فإن النقل السلبي هو شكل خاص من أشكال الانتشار. بهذه الطريقة ، تصل الجزيئات الأكبر حجمًا إلى الجانب الآخر من الغشاء بمساعدة بروتينات نقل الغشاء.

من ناحية أخرى ، فإن النقل النشط هو عملية نقل تستخدم الطاقة ضد التدرج في النظام الحيوي. يمكن نقل الجزيئات المختلفة بشكل انتقائي عبر الغشاء مقابل تدرج التركيز الكيميائي أو تدرج الجهد الكهربائي. هذا مهم بشكل خاص للجسيمات المشحونة. بالإضافة إلى جوانب الشحن ، فإن جوانب التركيز ذات صلة أيضًا بتوازن الطاقة. يؤدي تقليل الانتروبيا في نظام مغلق إلى زيادة تدرج التركيز. هذه العلاقة لا تقل أهمية عن توازن الطاقة مثل نقل الشحنة ضد المجال الكهربائي أو إمكانات غشاء الراحة.

على الرغم من أنها مسألة شحنة أو توازن طاقة في النظام ، يجب النظر في تركيز الجسيمات وتغييرها بشكل منفصل بسبب الغشاء الحيوي القابل للنفاذ بشكل انتقائي. يتم توفير الطاقة للنقل النشط من ناحية كطاقة ربط كيميائي ، على سبيل المثال في شكل التحلل المائي لـ ATP. من ناحية أخرى ، يمكن أن يعمل تقليل تدرج الشحن كقوة دافعة وبالتالي توليد طاقة كهربائية. تنجم الاحتمالية الثالثة لإمداد الطاقة عن زيادة الانتروبيا الموجودة في نظام الاتصال المعني وبالتالي من تقليل تدرج تركيز آخر. يسمى النقل ضد التدرج الكهربائي. اعتمادًا على مصدر الطاقة ونوع العمل ، يتم التمييز بين النقل النشط الأولي والثانوي والثالثي. النقل الجماعي هو شكل خاص من أشكال النقل النشط.

يحدث النقل النشط في المقام الأول عند استهلاك ATP ، بمساعدة الأيونات والبروتونات غير العضوية التي يتم نقلها من الخلية عن طريق نقل ATPases عبر غشاء حيوي. يتم ضخ أيون ، على سبيل المثال ، من الجانب الأقل تركيزًا إلى الجانب الأعلى تركيزًا بمساعدة مضخة أيون.

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم هي التطبيق الأساسي لهذه العملية في جسم الإنسان. أثناء استهلاك ATP ، يضخ أيونات الصوديوم موجبة الشحنة وأيونات البوتاسيوم المشحونة إيجابياً في نفس الوقت في الخلية. وبالتالي تظل إمكانات الراحة للخلايا العصبية ثابتة ويمكن إنشاء إمكانات العمل ونقلها.

مع النقل النشط الثانوي ، يتم نقل الجسيمات على طول التدرج الكهروكيميائي. تُستخدم الطاقة الكامنة للتدرج كمحرك لنقل ركيزة ثانية في نفس الاتجاه مقابل التدرج الكهربائي أو تدرج التركيز. يلعب هذا النقل النشط دورًا خاصًا في أعراض الجلوكوز الصوديوم في الأمعاء الدقيقة. إذا تم نقل الركيزة الثانية في الاتجاه المعاكس ، فيمكن أن يكون هناك أيضًا نقل جماعي ثانوي نشط ، على سبيل المثال في حالة مضاد منفذ الصوديوم والكالسيوم عن طريق مبادل الصوديوم والكالسيوم.

يستخدم النقل النشط الثالثي تدرج تركيز تم إنشاؤه بواسطة النقل النشط الثانوي القائم على النقل النشط بشكل أساسي. يلعب هذا النوع من النقل دورًا أساسيًا في النقل الثنائي وثلاثي الببتيد في الأمعاء الدقيقة ، والذي يتم بواسطة ناقل الببتيد 1. ينقل الانتقال الجماعي السكريات الأحادية أو الكحوليات السكرية كشكل خاص من أشكال نقل المادة الفعالة ويغير مواد النقل كيميائيًا من خلال الفسفرة. يعد نظام فسفوتانسفيراز حمض الفوسفوينول بيروفيك أهم مثال على طريقة النقل هذه.

الامراض والاعتلالات

يلعب استقلاب الطاقة وكذلك إنزيمات النقل الخاصة والبروتينات الناقلة دورًا في النقل الفعال للمواد. إذا كانت البروتينات أو الإنزيمات الناقلة غير موجودة في شكلها المخطط له فيزيولوجيًا في الأصل بسبب طفرات أو أخطاء في نسخ المادة الجينية ، فإن النقل النشط للمواد يكون أكثر صعوبة أو ، في الحالات القصوى ، لم يعد ممكنًا على الإطلاق.

على سبيل المثال ، ترتبط بعض أمراض الأمعاء الدقيقة بهذه الظاهرة. يمكن أن يكون للأمراض ذات الإمداد الضعيف بالـ ATP آثار مدمرة على النقل النشط للمواد وتسبب اضطرابات وظيفية في مختلف الأعضاء. فقط في حالات قليلة من هذه الأمراض يتأثر عضو واحد فقط. تعد اضطرابات استقلاب الطاقة في الغالب أمراضًا متعددة الأعضاء غالبًا ما يكون لها أساس وراثي.

في جميع أمراض الميتوكوندريا ، على سبيل المثال ، يتأثر نظام الإنزيم ، والذي يشارك في إنتاج الطاقة من خلال الفسفرة المؤكسدة. تشمل هذه الاضطرابات ، على وجه الخصوص ، تعطيل سينسيز ATP. يعد هذا الإنزيم أحد أهم بروتينات الغشاء ويظهر ، على سبيل المثال ، في مضخة البروتون كإنزيم نقل. تتمثل المهمة الرئيسية للإنزيم في تحفيز سينسيز لـ ATP. من أجل توفير الطاقة ، يربط سينسيز ATP النقل المفضل للطاقة للبروتونات بتكوين ATP على طول تدرج البروتون. هذا يجعل سينسيز ATP أحد أهم محولات الطاقة في جسم الإنسان ويمكنه تحويل شكل واحد من الطاقة إلى أشكال أخرى من الطاقة. أمراض الميتوكوندريا هي خلل في عمليات التمثيل الغذائي للميتوكوندريا وتؤدي إلى انخفاض أداء الجسم بسبب انخفاض تخليق ATP.