أهمية عملية النقل النشط للنبات:
لأنها تمكن الجذور من امتصاص أيونات الأملاح المغذية للنبات من التربة على الرغم من أن تركيز هذه الأيونات بخلايا الجذر أعلى من تركيزها في التربة.
لأنها تمكن الجذور من امتصاص أيونات الأملاح المغذية للنبات من التربة على الرغم من أن تركيز هذه الأيونات بخلايا الجذر أعلى من تركيزها في التربة.
على عكس النقل السلبي، 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، والذي يستخدم الطاقة في شكل ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) الذي يتم إنتاجه عن طريق التنفس الخلوي.
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 تدرج تركيز.
يتم النقل النشط للجزيئات أو الأيونات الصغيرة عبر غشاء الخلية بشكل عام عن طريق بروتينات النقل الموجودة في الغشاء ، والمعروفة أيضًا باسم مضخة البروتين.
يمكن أيضًا نقل الجزيئات الأكبر حجمًا مثل النشا بنشاط عبر غشاء الخلية عن طريق عمليات نقل الحويصلات تسمى الالتقام الخلوي (تدخل المواد إلى الخلية) وإخراج الخلايا (تخرج المواد من الخلية).
النقل النشط هو العملية التي تنفق بها الخلايا الطاقة لتحريك الذرات أو الجزيئات عبر الأغشية، مما يتطلب وجود ناقل بروتين، يتم تنشيطه بواسطة ATP.
Cotransport هو النقل النشط الذي يستخدم ناقل يجب أن ينقل في نفس الوقت مادتين في نفس الاتجاه.
النقل المقابل هو نقل نشط يستخدم ناقل يجب أن ينقل مادتين في اتجاهين متعاكسين في نفس الوقت.
اكتشف علماء الأحياء في كل مجال من مجالات الدراسة تقريبًا أن إحدى الطرق الرئيسية التي تنظم بها الكائنات الحية عمليات الأيض الخاصة بها هي التحكم في حركة الجزيئات إلى الخلايا أو في العضيات مثل النواة.
هذا التنظيم ممكن بسبب الطبيعة شبه النفاذة للأغشية الخلوية.
أغشية جميع الخلايا الحية عبارة عن هياكل فسيفساء سائلة تتكون أساسًا من الدهون والبروتينات.
جزيئات الدهون أليفاتية ، مما يعني أن هيكلها الجزيئي يعرض كلاً من جزء محب للماء (يجذب الماء) وجزء كاره للماء (طارد للماء).
تشكل هذه الجزيئات الأليفاتية طبقة مزدوجة: يتم ترتيب الرؤوس المحبة للماء مقابل بعضها البعض على الأسطح الداخلية والخارجية، ويتم محاذاة ذيول كارهة للماء عبر بعضها البعض داخل الداخل، محصورة بين الرؤوس المحبة للماء.
يتناثر البروتين الموجود في الغشاء بشكل دوري في جميع أنحاء طبقة الدهون الثنائية.
يخترق بعض البروتين، الذي يشار إليه بالبروتين المحيطي، طبقة واحدة فقط من الطبقات الدهنية.
يمتد البروتين المتكامل، كما يسمى البروتين المتبقي، عبر طبقتين من الدهون ليتفاعل مع البيئة على كل من الأسطح الداخلية والخارجية للغشاء.
يمكن أن تعمل هذه البروتينات المتكاملة كقنوات نقل وناقلات.
الطاقة الخلوية:
يتم النقل عبر الغشاء من خلال ثلاث آليات مختلفة: الانتشار البسيط، والانتشار الميسر، والنقل النشط.
يُشار إلى الآليتين الأوليين على أنهما عمليات سلبية لأنها لا تتطلب إدخالًا مباشرًا للطاقة الخلوية، وتنطوي على النقل لأسفل بتدرج تركيز، أي من الجانب الذي يحتوي على تركيز أعلى إلى الجانب مع تركيز أقل من مادة يجري نقلها.
ومع ذلك، في كثير من الحالات ، يتم نقل المواد عبر غشاء من الجانب بتركيز منخفض إلى الجانب الذي يحتوي على تركيز أكبر.
تسمى هذه الحركة "صعودًا" عبر الأغشية بالنقل النشط ، وتتطلب إنفاق الطاقة الخلوية.
يتم تخزين الطاقة الخلوية، الناتجة عن الأكسدة البيولوجية للوقود مثل الكربوهيدرات، على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).
عندما يتم تحلل هذا الفوسفات عالي الطاقة، يتم تحرير الطاقة المخزنة لدفع التفاعلات الخلوية مثل النقل النشط.
ينتمي بروتين ATPase الموجود في الأغشية إلى إحدى مجموعات الإنزيمات التي تحلل ATP.
لم يتم فك شفرة الآلية تمامًا، ولكن يبدو أن جزيء حامل بروتين يرتبط بالمادة ليتم نقلها على السطح على جانب واحد من الغشاء.
يحدث هذا الارتباط في منطقة نشطة محددة على البروتين الحامل تسمى الموقع النشط.
بعد الاندماج مع المادة الحاملة، يتم تحريك المادة عبر الغشاء ويتم إطلاقها على السطح على الجانب الآخر من الغشاء.
يتم بعد ذلك تحلل ATP بواسطة ATPase، وتجهز الطاقة المنبعثة في هذا التفاعل حامل البروتين للارتباط بجزيء آخر ليتم نقله عن طريق إعادة تنشيط الموقع النشط.
هناك بعض التساؤلات حول ما إذا كان ATPase هو أحد مكونات الجزيء الحامل أو يعمل بشكل منفصل عنه.
بغض النظر عن الترتيب المكاني، يرتبط الجزيئان ارتباطًا وثيقًا بعملية النقل النشطة.
ناقلات النقل الجزيئي Cotransport والنقل المتعاكس Countertransport:
هناك نوعان من التعديلين المهمين لعملية النقل النشط: النقل المشترك والنقل المضاد.
يتضمن Cotransport، أو symport، جزيء بروتين متخصص يشار إليه على أنه ناقل symport. تمتلك شركة Asymport موقعين مرفقين.
موقع واحد لربط الجزيء المراد نقله، والآخر مخصص لربط الجزيء الثاني، والذي يمكن الإشارة إليه باسم المؤازر.
يجب ربط كل من الجزيء المراد نقله والمتعاون بحامل الرمز قبل أن يتم النقل عبر الغشاء.
يتم تحريك المؤازر إلى أسفل منحدر تركيز ، وهذا التدفق المنحدر من التآزر يدفع الناقل لنقل كلا الجزيئين.
من أجل الحفاظ على المؤازر يتحرك أسفل تدرج التركيز عند توصيله بحامل الرمز، يجب ضخ المؤازر مرة أخرى عبر الغشاء.
يتم التوسط في حركة المؤازر في الاتجاه المعاكس بواسطة حامل بروتين يتم تنشيطه بواسطة الطاقة المنبعثة من التحلل المائي لـ ATP بواسطة ATPase.
يستخدم Countertransport، أو antiport، أيضًا ناقلًا متخصصًا مع موقعين مرفقين.
يرتبط الناقل المضاد هذا بالجزيء المراد نقله في أحد مواقع الارتباط ، ويرتبط الجزيء الثاني، الذي يمكن تسميته بالمضاد، في الآخر.
يقوم الناقل بتحريك الجزيء ليتم نقله عبر الغشاء بينما يقوم في نفس الوقت بتحريك المضاد في الاتجاه المعاكس.
مرة أخرى ، يجب ربط كلا الجزيئين بحامل المنفذ المضاد قبل نقل أي منهما، وتدفق المضاد لأسفل على تدرج تركيز يدفع النقل بواسطة الناقل في كلا الاتجاهين.
يتم ضخ المضاد مرة أخرى عبر الغشاء بواسطة ناقل بروتين يتم تنشيطه بواسطة الطاقة المنبعثة من تأثير التحلل المائي لقاعدة ATPase على ATP.
يحافظ هذا الإجراء على تدرج تركيز مناسب للنقل عند توصيل المضاد بحامل منفذ مضاد.
النقل أثناء العمل:
تم توثيق وجود آليات النقل الثلاث النشطة هذه توثيقاً جيداً.
لقد ثبت أن الكالسيوم، على سبيل المثال، يُضخ من الخلية بواسطة بروتين ناقل يتم تنشيطه بواسطة التحلل المائي لـ ATP.
يجب أن يتم نقل السكريات الخاصة بالطاقة وبنية الكربوهيدرات إلى الخلية عن طريق ناقل الرمز الذي يستخدم أيون الصوديوم كعامل تآزر.
تم تحديد مضختين على الأقل من المضخات الأيونية للنقل المضاد.
يضخ المرء أيون البوتاسيوم في الخلية في نفس الوقت الذي يضخ فيه أيون الهيدروجين.
يضخ الثاني أيون البوتاسيوم في الخلية بينما يتحرك المضاد، الصوديوم، في الاتجاه المعاكس.
من المحتمل وجود العديد من أنظمة النقل النشطة الأخرى التي لم يتم تحديدها بشكل إيجابي بعد.
يعتبر ناقل البروتين أحد المكونات الأساسية لأي آلية نقل نشطة.
على الرغم من عدم تحديد جزيء ناقل معين بشكل إيجابي، إلا أن هناك أدلة غير مباشرة وافرة لدعم وجود مثل هذا البروتين.
يأتي الكثير من هذه الأدلة من الدراسات التي تظهر أن النقل النشط يعرض حركيات التشبع.
هذا يعني أن انتقال أيون معين سيزداد مع زيادة التركيز، حتى نقطة معينة.
في هذه المرحلة ، لن يكون للزيادات الإضافية في التركيز أي تأثير على النقل.
تشير هذه النتائج بقوة إلى أن الأيون يرتبط بجزيء آخر في الغشاء، مثل البروتين الحامل، والذي يكون محدود التركيز ويصبح مشبعًا.
أظهرت الدراسات أيضًا أن نقل بعض المواد يتم تثبيطه بشكل تنافسي بسبب وجود مادة أخرى مشابهة جدًا.
يشير هذا إلى أن كلا المادتين تتنافسان على نفس الموقع على جزيء غشاء، مثل حامل البروتين.
دور النقل النشط:
تعد القدرة على تجميع المواد مقابل تدرج التركيز أمرًا ضروريًا لوظيفة الخلايا الطبيعية وبقائها على قيد الحياة.
ومع ذلك ، هناك العديد من الأمثلة على النقل النشط الذي يشارك بشكل وثيق في تنظيم بعض العمليات البيولوجية الهامة.
في المملكة النباتية، يتم إنتاج السكر عن طريق التمثيل الضوئي في الأوراق الخضراء.
يجب أن ينتقل هذا السكر من الأوراق إلى الأنسجة غير التركيبية، مثل الجذور أو الفاكهة، من خلال خلايا النقل المتخصصة في اللحاء.
يعتمد تحميل السكريات في اللحاء على آلية نقل مشترك نشطة.
يهتم كل مجال من مجالات علوم الحياة تقريبًا بتنظيم الجينات.
يتم حث الجينات (تنشيط) أو قمع (تعطيل) باستمرار مع تطور الكائنات الحية وتغيرها من وقت حملها حتى وفاتها.
يحدث القمع عادة بسبب وجود جزيء بروتيني في نواة الخلية ، ولكن الحث قد يكون في كثير من الأحيان نتيجة نقل المستقلبات بنشاط إلى الخلية أو النواة.
ومن ثم ، قد تكون آليات النقل النشطة مكونًا مهمًا للغاية في تنظيم الجينات.
