تبادل المواد مع البيئة الخارجية
- لكي تظل الخلية حية ، لا بد لها أن تُمارس وظائفها الحيوية على أكمل وجه . لذا، فهي تحصل على بعض المواد من الوسط المحيط، وتتخلّص من النفايات الناتجة إلى الوسط المحيط (البيئة الخارجية).
- بطبيعة الحال، لا يُمكن أن تتم هذه التبادلات إلا عبر الغشاء الخلوي، الذي يتولّى تنظيم هذه العمليات إذ يُشكّل الممر الحتمي للمواد من وإلى الخلية، وذلك عبر آليات محددة.
- يتميز غشاء الخلية بكونه غشاء شبه منفذ Semi-Permeable Membrane (أو اختياري النفاذية) ، بحيث يسمح لجزيئات مواد معينة بالمرور عبره ، في حين يمنع مركبات بعض المواد الأخرى.
- فيمكن لجزيئات صغيرة الحجم مثل الماء، عبور الغشاء دخولاً وخروجًا بحرية تامة، على عكس الجزيئات الكبيرة، مثل البروتينات والكربوهيدرات.
- ولا يُمكن للأيونات صغيرة الحجم والمشحونة كهربائياً عبور الغشاء بسهولة، إذ تمنع الشحنة الكهربائية الأيون من عبور الغشاء.
آليات نقل المواد عبر غشاء الخلية
- يمكن اختصار آليات نقل المواد عبر غشاء الخليّة في آليتين رئيستين:
- النقل السلبي Passive Transport وهو حركة المواد عبر غشاء الخلية من دون أن تستهلك الخليّة أيّ طاقة.
- النقل النشط Active Transport وهو نقل المواد عبر غشاء الخلية مع استهلاك الخلية للطاقة.
أولاً/ النقل السلبي
- النقل السلبي هو حركة المواد عبر غشاء الخلية من دون أن تستهلك الخليّة أيّ طاقة.
- يضمّ الآليّات التالية كما يلي:
(أ) الانتشار Diffusion
- هو تحرّك الجزيئات عبر غشاء الخليّة من منطقة ذات تركيز عال إلى منطقة ذات تركيز منخفض حتى يتساوى تركيز الجزيئات على جانبي الغشاء.
- تُعتبر حالة تبادل غاز الأكسجين وغاز ثاني أكسيد الكربون بين الوسطين الداخلي والخارجي للخليّة ، أثناء عملية التنفّس أو البناء الضوئي، إحدى حالات الانتشار.
- يتم الانتشار تبعًا لما يُسمّى منحدر التركيز Concentration Gradient ، أي الفرق بين تركيز المادة على جانبي الغشاء حيث تتحرك الجزيئات من التركيز الأعلى إلى التركيز الأدنى.
(ب) الأسموزية Osmosis
- هي انتشار الماء (من دون المواد الذائبة فيه) عبر غشاء الخلية بحسب منحدر تركيزه ، أي من الجانب الأعلى تركيزا للماء (الأقل تركيزاً للمواد الذائبة) إلى الجانب الأقل تركيزا للماء (الأعلى تركيزًا للمواد الذائبة).
- من المعروف أن سيتوبلازم الخلية هو عبارة عن محلول مركب من الماء والعديد من المواد الذائبة.
- تتسبب الفروقات في التركيز بين السيتوبلازم (داخل الخلية) والوسط المحيط بالخلية (خارج الخلية) بتحرّك الماء من أو إلى الخلية بالأسموزية.
- يُمكنك أن تتعرّف تأثير تركيز المحاليل في البيئة الخارجية على انتقال الماء من وإلى الخلية من خلال الشكل التالي، الذي يُوضح نتائج خلط الدم بمحاليل ملحية مختلفة التركيز.
(جـ) النقل الميسر
- هو انتقال جزيئات المواد عبر غشاء الخلية بواسطة ناقل أو حامل وسيط من بروتينات الغشاء نفسه.
- فتقوم بعض بروتينات الغشاء بتيسير انتقال الجزيئات عبره وفقًا لمنحدر التركيز ومن دون أن تبذل الخلية أي طاقة لنقلها كما هو حال انتقال الجلوكوز من الدم إلى خلايا الجسم كمصدر للطاقة ، أي لإنتاج مركب ATP.
- خلال عملية النقل الميسر ، ينقل الحامل البروتيني جزيئات من خارج الخلية إلى داخلها.
ثانياً/ النقل النشط
- هو عملية انتقال الجزيئات الكبيرة أو الأيونات بعكس منحدر تركيزاتها عبر غشاء الخلية ، أي من الجانب الأقل تركيزاً إلى الجانب الأعلى تركيزاً ، باستخدام الطاقة.
- يتشابه النقل النشط مع النقل الميسر في استخدامهما الحوامل البروتينية غير أن النقل النشط يتم بعكس منحدر تركيز جزيئات المادة المنقولة جراء بذل الخلية للطاقة.
- للنقل النشط أهمية كبرى في المحافظة على تركيز الأيونات داخل الخلايا فتقوم الخلية الحيوانية، على سبيل المثال ، بطرد الصوديوم (+Na) إلى خارجها وبسحب البوتاسيوم (+K) إلى داخلها بعكس منحدر تركيز كلّ منهما .
- يُعتبر هذا التدرج في تركيز كل من الصوديوم والبوتاسيوم ضرورياً لانقباض الخلايا العضلية وانتقال النبضات العصبية .
- كذلك الأمر بالنسبة إلى الخلية النباتية، فعملية النقل النشط تُمكّن الجذور من امتصاص أيونات الأملاح المغذية للنبات من التربة، على الرغم من أن تركيز هذه الأيونات في خلايا الجذر أعلى من تركيزها في التربة.
ثالثاً/ النقل الكتلي (النقل الكبير)
- في هذا النوع من النقل الخلوي ، يتم نقل جزيئات كبيرة نسبيًّا ، مثل جزيئات البروتينات أو فضلات الخلية ، عبر الغشاء الخلوي.
- إذا نُقلت هذه المواد من داخل الخلية إلى خارجها، سُمِّيت العملية الإخراج أو الطرد الخلوي Exocytosis ، وإذا نُقلت هذه المواد من خارج الخلية إلى داخلها سُمِّيت العملية الإدخال الخلوي Endocytosis.
- في عملية الإخراج الخلوي، يُعبّئ جهاز جولجي فضلات الخلية في حويصلات ، تُسمّى حويصلات جولجي ، تتحرّك عبر السيتوبلازم باتجاه غشاء الخلية لتلتحم معه ، ثم تُفرغ محتوياتها إلى الخارج.
- أما في عملية الإدخال الخلوي، فينثني جزء من غشاء الخلية ليُحيط بالمادة ، مكوّنا ما يُشبه الكيس أو الفجوة حولها . ثم، ينتقل هذا الكيس إلى داخل السيتوبلازم.
- في إطار هذه العملية، يُطلق على إدخال المواد الصلبة البلعمة Phagocytosis ، وعلى إدخال المواد السائلة: الشرب الخلوي .Pincosytosis