انتقال مواد از غشای سلول؛ انتشار ساده، تسهیل شده و انتقال فعال

انواع روش های انتقال مواد از غشای سلول با توجه به نوع سلول و نوع ماده ای که قرار است منتقل شود متفاوت خواهد بود. اکسیژن بیشترین نفوذپذیری را از غشای سلول ها دارد و بعد از آن لپیپید ها و بعد از آن آب است که میتوانند به راحتی از غشای سلول ها عبور کنند.

بیشتر بخوانید: ساختار غشای سلول

ویژگی هایی که بر انتقال مواد از غشای سلول تاثیر دارد

غشای سلول ها عمدتا از فسفولیپید ها ساخته شده است و در لابه لای این مولکول های لیپیدی، مولکول های دیگری نیز وجود دارد. میزان کلسترول موجود در غشا، سیالیت غشای سلول را تعیین میکند.

بیشترین ماده در ساختار غشا پروتئین است که در انتقال مواد از غشای سلول و همچنین ارتباط سلول ها با یکدیگر نیز نقش دارد. کمترین ماده در ساختار غشا کربوهیدرات است که اغلب در اتصال به مولکلول های دیگر مانند پروتئین ها قرار دارد.

کربوهیدرات به پروتئین و لیپید متصل میشود و گلیکوکالیکس را می سازد. گلیکوکالیکس در اتصالات سلولی (سلول به هورمون، به سلولی دیگر یا آنتی ژن) نقش دارد. پس میتوان گفت که در ایمنی بدن نقش دارد.

روش های انتقال مواد از غشای سلول

راه های انتقال مواد از غشا سلول بسته به نوع آن ماده و همچنین نوع سلولی که قرار است آن ماده از ان بگذرد متفاوت است. گاهی سلول به اجبار و با زور بعضی مواد را از غشای خود عبور میدهد و از سلول خارج میکند یا به سلول وارد میکند. روش های اصلی انتقال مواد از غشای سلول عبارتند از:

• انتشار ساده
• انتشار تسهیل شده
• انتقال فعال اولیه
• انتقال فعال ثانویه

علاوه بر موارد بالا، راه های دیگری نیز برای انتقال مواد از غشای سلول وجود دارد که به دلیل اهمیت کمتر به آنها در این مطلب نپرداخته ایم. در ادامه به بررسی انواع روش های انتقال مواد از غشای سلول میپردازیم.

انتشار ساده

به عبور یک ماده از غشا بدون صرف انرژی اضافی گفته میشود. انرژی لازم برای انتشار، همان انرژی جنبشی خود آن ماده است که از تفاوت غلظت آن ماده در دو سوی غشا حاصل میشود.

انتشار در جهت شیب غلظت مواد صورت میگیرد اگر ماده مورد نظر محلول در لیپید باشد (مانند اکسیژن) از خلال فسفولیپیدهای دو لایه ای غشا عبور میکندو اگر ماده مورد نظر محلول در لیپید نباشد (مانند آب و یون ها) از خلال منافذ کانال های پروتئینی عبور می کند.

بنابراین انتشار ساده که یکی از پر استفاده ترین روش های انتقال مواد از غشای سلول است، میتواند از خلال لایه های فسفولیپیدی غشا یا از خلال کانال های پروتئینی رخ دهد.

کانال های پروتئینی در انتشار ساده مواد بصورت انتخاب عمل می کنند. آکواپورین، نام کانال های پروتئینی است که مخصوص انتشار سریع آب هستند این کانال ها خصوصا در کلیه ها وجود دارند و در نفرون موجب انتقال آب میشوند.

در انتشار ساده مواد نامحلول در لیپید، ماده مورد نظر به پروتئین متصل نمیشود و فقط از خلال منافذ موجود در کانال های پروتئینی عبور میکند.

کانال های نشتی

یکی از کانال هایی که در انتشار ساده نقش دارد، کانال های نشتی است. این کانال ها از طریق شکل، قطر منفذ، بار های الکتریکی و پیوند شیمیایی مواد را از خود عبور میدهند.

برای مثال در قسمت ورودی منفذ کانال های پتاسیمی، اکسیژن های کربونیل وجود دارند که مانع عبور سدیم از این کانال میشوند. همچنین در کانال های سدیمی نیز اسید آمینه مخصوصی وجود دارد که فقط اجازه عبور به سدیم را میدهد.

کانال های دریچه دار

یکسری کانال های دریچه دار در انتشار ساده نقش دارند. این کانال ها در حالت نرمال باز یا بسته هستد و در شرایطی میتوانند با تنظیم باز شدن یا بسته شدن دریچه های خود در انتشار مواد نقش داشته باشند. اما چه چیزی باعث باز شدن دریچه کانال های پروتئینی میشود؟

• با اتصال یک ماده شیمیایی به کانال، منفذ آن باز میشود. به این ماده شیمیایی که با چسبیدن به کانال پروتئینی باعث باز شدن دریچه کانال میشود، لیگاند می گویند مانند کانال های استیل کولین (کانال های دریچه دار وابسته به لیگاند)
• تغییر ولتاژ غشا مکانیسم دیگر باز شدن دریچه است. کانال های ولتاژی سدیم، پتاسیم و کلسیم از این دسته هستند (کانال های دریچه دار وابسته به ولتاژ)

عوامل موثر بر سرعت انتشار ساده در انتقال مواد از غشای سلول

میدانیم که مهم ترین عامل در شروع انتشار ساده، تفاوت غلظت ماده در دو طرف غشا است. حال یکسری موارد بر سرعت این انتشار تاثیر میگدارند:

• هرچه تفاوت غلظت و دمای ماده در دو سوی غشا بیشتر باشد سرعت انتشار ساده بیشتر است
• هرچه جرم و اندازه ذرات بزرگتر باشد سرعت انتشار ساده کم تر است
• هرچه تعداد کانال های پروتئینی بیشتر باشد، نسبت سطح به حجم سلول بیشتر باشد (سطح موثر در انتشار) و هرچه میزان حلالیت ماده در چربی بیشتر باشد سرعت انتشار ساده بیشتر است.

انتشار تسهیل شده

انتشار تسهیل شده همان انتشار ساده است اما دو تفاوت زیر را دارد:

1. در انتشار تسهیل شده، ماده مورد نظر به یک پروتئین ناقل (حامل) متصل، و بر اثر تغییرات سه بعدی در شکل پروتئین، از غشا عبور میکند.
2. با زیاد شدن غلظت، سرعت انتشار تسهیل شده نیز افزایش می یابد تا جایی که تمام پروتئین های حامل در حال فعالیت بوده و دیگر هرچقدر اختلاف غلظت بیشتر شود سرعت انتقال بیشتر نخواهد شد، زیرا مدتی طول میکشد تا پروتئین حامل به شکل اولیه خود برگردد. بنابراین یک V_max خواهیم داشت. مثال: پروتئین حامل گلوکز – اسیدآمینه در لومن روده (GLUT)

انتقال فعال

عبور مواد از خلال غشا برخلاف شیب اختلاف غلظت (گرادیان) که نیاز به انرژی اضافی دارد و به دو صورت اولیه و ثانویه انجام میشود که در هر دو پروتئین هایی بعنوان ناقل عمل میکنند انتقال فعال نام دارد. درواقع در انتقال فعال که یکی از موثر ترین راه های انتقال مواد از غشا است، سلول سعی میکند مواد غیر ضروری را با زور از سلول دفع، و مواد مورد نیاز را با زور وارد سلول کند.

انتقال فعال اولیه

در انتقال فعال اولیه، انرژی اضافی که برای انتقال مواد از غشای سلول مصرف میشود، مستقیما از مصرف ATP تامین میشود. نام پروتئین های غشایی که انتقال فعال اولیه را انجام میدهند، “پمپ” است. پمپ های پروتئینی میتوانند همزمان دو یا چند یون را انتقال دهند. برای مثال:

• پمپ سدیم پتاسیم ATPase: انتقال سه سدیم به خارج و دو پتاسیم به داخل سلول
• پمپ کلسیم موجود در غشا: انتقال کلسیم از سیتوزول به خارج سلول
• پمپ کلسیم موجود در شبکه سارکوپلاسمی عضلات: انتقال کلسیم از سیتوزول به درون شبکه سارکوپلاسمی

پمپ سدیم – پتاسیم ATPase یکی از مهم ترین کانال ها برای انتقال مواد از غشای سلول است و از دو زیر واحد آلفا (بزرگتر و اصلی) و بتا (کوچکتر) تشکیل شده است. فعالیت این پمپ باعث کاهش اسمولاریته سلول و در نتیجه کاهش ورورد آب به سلول میشود، بنابراین سلول نمی ترکد. از طرفی این پمپ با خروج سه یون مثبت و وارد کردن دو یون مثبت، پتناسیل منفی در سلول ایجاد میکند (یعنی الکتروژنیک است).

انتقال فعال ثانویه

پروتئین ناقل در انتقال فعال ثانویه، بر اساس انتقال فعال اولیه، ماده A را از عرض غشا عبور میدهد. بر اثر این انتقال، یک اختلاف غلظت یا ولتاژ به وجود می آید که انرژی لازم را برای انتقال ماده B فراهم میکند و به این ترتیب فرایند انتقال مواد از غشا انجام میشود. انتقال فعال ثانویه که خود یکی از راه های انتقال مواد از غشای سلول است، به دو صورت انجام میشود:

1. هم انتقالی (CO-transport یا symport): ماده A و B در یک جهت منتقل شوند. مثلا هر دو وارد سلول شوند. برای مثال: هم انتقالی گلوکز – سدیم یا سدیم – اسید امینه در توبول کلیوی
2. انتقال متقابل یا مبادله (Counter – transport یا antiport): ماده A و B خلاف جهت یکدیگر جابجا میشوند. برای مثال: مبادله سدیم – کلسیم یا سدیم – هیدروژن