النقل داخل وخارج الخلية

ما هو النقل في الخلية؟

تعمل أغشية الخلايا كحواجز أمام معظم الجزيئات وليس كلها، حيث كان تطوير غشاء الخلية الذي يمكن أن يسمح لبعض المواد بالمرور مع تقييد حركة الجزيئات الأخرى خطوة رئيسية في تطور الخلية، إن أغشية الخلايا عبارة عن حواجز تفاضلية (أو شبه) منفذة تفصل البيئة الخلوية الداخلية عن البيئة الخلوية الخارجية.

حركة الماء والمذاب:

إمكانات الماء هي ميل الماء للانتقال من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل، حيث توجد الطاقة في شكلين: الجهد والحركية، وتتحرك جزيئات الماء وفقًا للاختلافات في الطاقة الكامنة بين مكان وجودها وأين تتجه، إذ أن الجاذبية والضغط قوتان ممكّنتان لهذه الحركة.

تعمل هذه القوى أيضًا في الدورة الهيدرولوجية (الماء) بحيث في الدورة الهيدرولوجية أن الماء يجري إلى أسفل (وبالمثل يسقط من السماء، إذ انه للوصول إلى السماء يجب أن تتأثر به الشمس وتبخره، وبالتالي يحتاج إلى مدخلات الطاقة لتشغيل الدورة).

الانتشار هو الحركة الصافية لمادة (سائل أو غاز) من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل، ومثال على الانتشار في العمل يزيد تركيز مادة معينة بالقرب من المصدر، من المحتمل عندما يصل شخص ما مغمورًا بالعطور أو الكولونيا.

نظرًا لأن جزيئات أي مادة (صلبة أو سائلة أو غازية) تتحرك عندما تكون هذه المادة فوق الصفر المطلق (0 درجة كلفن أو -273 درجة مئوية)، فإن الطاقة متاحة لحركة الجزيئات من حالة محتملة أعلى إلى الحالة المنخفضة المحتملة تمامًا كما في حالة المياه التي تمت مناقشتها أعلاه، حيث تنتقل غالبية الجزيئات من تركيز أعلى إلى تركيز منخفض على الرغم من أنه سيكون هناك بعض الجزيئات التي تنتقل من تركيز منخفض إلى مرتفع، وبالتالي فإن الحركة الكلية (أو الصافية) هي من التركيز العالي إلى المنخفض، وفي النهاية إذا لم يتم إدخال طاقة في النظام فستصل الجزيئات إلى حالة توازن، حيث سيتم توزيعها بالتساوي في جميع أنحاء النظام.

غشاء الخلية:

يعمل غشاء الخلية كحاجز شبه منفذ مما يسمح لعدد قليل جدًا من الجزيئات بالمرور عبره، بينما يقوم بتسييج غالبية المواد الكيميائية المنتجة عضوياً داخل الخلية، حيث أدت الفحوصات المجهرية الإلكترونية لأغشية الخلايا إلى تطوير نموذج طبقة ثنائية الدهون (يشار إليها أيضًا باسم نموذج فسيفساء السوائل).

الجزيء الأكثر شيوعًا في النموذج هو فوسفوليبيد الذي له رأس قطبي (محب للماء) وذيلان غير قطبيين (كارهين للماء)، ويتم محاذاة هذه الفسفوليبيد مع الذيل بحيث تشكل المناطق غير القطبية منطقة كارهة للماء بين الرؤوس المحبة للماء على الأسطح الداخلية والخارجية للغشاء، كما يُطلق على هذه الطبقة اسم طبقة ثنائية؛ نظرًا لأن التقنية المجهرية الإلكترونية المعروفة باسم التكسير بالتجميد قادرة على تقسيم الطبقة الثنائية.

تعتبر الفسفوليبيدات والجليكوليبيدات مكونات هيكلية مهمة لأغشية الخلايا، إذ يتم تعديل الفسفوليبيدات بحيث تحل مجموعة الفوسفات (PO4-) محل أحد الأحماض الدهنية الثلاثة الموجودة عادة في الدهون، وتؤدي إضافة هذه المجموعة إلى تكوين “رأس” قطبي و “ذيول” غير قطبية.

الخلايا والانتشار:

الماء وثاني أكسيد الكربون والأكسجين من بين الجزيئات البسيطة القليلة التي يمكنها عبور غشاء الخلية عن طريق الانتشار (أو نوع من الانتشار يعرف باسم التناضح)، والانتشار هو أحد الأساليب الأساسية لحركة المواد داخل الخلايا، وكذلك طريقة الجزيئات الصغيرة الأساسية لعبور غشاء الخلية.

يعمل تبادل الغازات في الخياشيم والرئتين بهذه العملية، إذ تنتج جميع الخلايا ثاني أكسيد الكربون نتيجة لعمليات التمثيل الغذائي الخلوي؛ ونظرًا لوجود المصدر داخل الخلية يتم تجديد أو إعادة رفع تدرج التركيز باستمرار، وبالتالي يخرج صافي تدفق ثاني أكسيد الكربون من الخلية، وعادة ما تتطلب عمليات التمثيل الغذائي في الحيوانات والنباتات الأكسجين الذي يكون بتركيز أقل داخل الخلية، وبالتالي فإن صافي تدفق الأكسجين إلى الخلية.

التناضح هو انتشار الماء عبر غشاء شبه نفاذ (أو نفاذية تفاضلية أو نفاذية انتقائية)، غشاء الخلية إلى جانب أشياء مثل أنابيب غسيل الكلى وغلاف نقانق أسيتات السليلوز هو مثل هذا الغشاء، ويقلل وجود المذاب من إمكانات الماء لمادة ما، وبالتالي يوجد ماء لكل وحدة حجم في كوب من الماء العذب أكثر، مما يوجد في الحجم المكافئ لمياه البحر في الخلية، التي تحتوي على العديد من العضيات والجزيئات الكبيرة الأخرى يتدفق الماء بشكل عام إلى الخلية.