5.11:
النقل النشط الأساسي
5.11:
النقل النشط الأساسي
على عكس النقل السلبي ، فإن النقل النشط ينطوي على مادة يتم نقلها عبر الأغشية في اتجاه عكس تركيزها أو تدرجها الكهروكيميائي. هناك نوعان من النقل النشط: النقل النشط الأساسي والنقل النشط الثانوي. يستخدم النقل النشط الأساسي الطاقة الكيميائية من الأدينوسين ثلاثي الفوسفورلتشغيل مضخات البروتين المدمجة في غشاء الخلية. باستخدام الطاقة من الخلية ، تنقل المضخات الأيونات ضد التدرجات الكهروكيميائية الخاصة بها _ وهو اتجاه لا تنتقل به عادةً عن طريق الانتشار.
العلاقة بين التدرجات التركيزية و الكهربائية و الكهروكيميائية
لفهم ديناميكيات النقل النشط ، من المهم أولاً فهم التدرجات الكهربائية وتدرجات التركيز. تدرج التركيز هو اختلاف في تركيز مادة عبر غشاء أو فراغ يقود الحركة من المناطق عالية التركيز إلى المناطق ذات تركيز منخفض. وبالمثل ، فإن التدرج الكهربائي هو القوة الناتجة عن الاختلاف بين الجهود الكهروكيميائية على كل جانب من الغشاء والتي تؤدي إلى حركة الأيونات عبر الغشاء حتى تتشابه الشحنات على جانبي الغشاء. يتم إنشاء التدرج الكهروكيميائي عندما يتم الجمع بين قوى تدرج التركيز الكيميائي وتدرج الشحنة الكهربائية.
مضخة الصوديوم_ البوتاسيوم
أحد الناقلات المهمة المسؤولة عن الحفاظ على التدرج الكهروكيميائي في الخلايا هي مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. يحدث نشاط النقل الأساسي النشط للمضخة عندما يتم توجيهها بحيث تمتد على الغشاء مع إغلاق جانبه خارج الخلية ، وتكون منطقته داخل الخلية مفتوح ومرتبطة بجزيء الأدينوسين ثلاثي الفوسفات. في هذا التشكيل ، يكون للناقل انجذاب كبير لأيونات الصوديوم الموجودة عادة في الخلية بتركيزات منخفضة ، وتدخل ثلاثة من هذه الأيونات إلى المضخة وترتبط بها. يسمح هذا الارتباط لـلأدينوسين ثلاثي الفوسفات بنقل إحدى مجموعات الفوسفات الخاصة به إلى الناقل ، مما يوفر الطاقة اللازمة لإغلاق جانب المضخة داخل الخلايا وفتح المنطقة خارج الخلية.
يقلل التغيير في التشكيل من جذب المضخة لأيونات الصوديوم _ التي يتم إطلاقها في الفضاء خارج الخلية _ ولكنها تزيد من تقاربها مع البوتاسيوم ، مما يسمح لها بربط أيوني بوتاسيوم موجودان بتركيز منخفض في البيئة خارج الخلية. ثم يغلق الجانب خارج الخلوي للمضخة ، وتنفصل مجموعة الفوسفات المشتقة من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات على الناقل. يمكّن هذا جزيء الأدينوسين ثلاثي الفوسفات جديداً من الارتباط بالجانب الخلوي للمضخة ، والذي يفتح ويسمح لأيونات البوتاسيوم بالخروج إلى الخلية _ وإعادة الناقل إلى شكله الأولي لبدء الدورة مرة أخرى.
بسبب نشاط النقل النشط الأولي للمضخة ، ينتهي الأمر بخلل في توزيع الأيونات عبر الغشاء. يوجد المزيد من أيونات البوتاسيوم داخل الخلية والمزيد من أيونات الصوديوم خارج الخلية. لذلك ، يصبح الجزء الداخلي من الخلايا أكثر سلبية من الخارج. يتم إنشاء التدرج الكهروكيميائي نتيجة عدم توازن الأيونات. تدفع قوة التدرج الكهروكيميائي بعد ذلك تفاعلات النقل النشط الثانوي. يحدث النقل النشط الثانوي ، المعروف أيضاً باسم النقل المشترك ، عندما يتم نقل مادة عبر غشاء نتيجة للتدرج الكهروكيميائي الذي تم إنشاؤه بواسطة النقل النشط الأولي دون الحاجة إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات إضافي.
Suggested Reading
Sahoo, Swagatika, Maike K. Aurich, Jon J. Jonsson, and Ines Thiele. “Membrane Transporters in a Human Genome-Scale Metabolic Knowledgebase and Their Implications for Disease.” Frontiers in Physiology 5 (March 11, 2014). [Source]
Yang, Nicole J., and Marlon J. Hinner. “Getting Across the Cell Membrane: An Overview for Small Molecules, Peptides, and Proteins.” Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.) 1266 (2015): 29–53. [Source]