طرق انتقال المواد من وإلى الخلية من خلال الغشاء

1- التصفية او الرشح Filtration :

تخضع عملية رشح بعض مكونات الدم على النهايات الشريانية إلى الضغط الهيدروستاتي للدم كما هو الحال في تصفية ورشح السائل الليمفاوي، وكذلك رشح الكبة في الجهاز البولي. وهناك عدد من المواد الأ×رى قد يتم نقلها أيضاً بهذه الطريقة من خلال الغشاء الخلوي.

2- الانتشار (التسرب) العادي او التلقائي Simple Diffusion :

يطلق مصطلح الانتشار او التسرب في العادة على المادة الغازية عند انتقالها في الهواء او ذوبانها في الماء. وهي الحالة التي ينتقل بواسطتها غازي التنفس من وإلى الحويصلات الهوائية بالرئة.

3- الانتشار المسهل في وجود عامل مساعد Facilitated Diffusion :

وهو يعبر عن انتقال المادة عكس تركيزها (من الأقل تركيزاً إلى الأعلى) في وجود عامل مساعد (الحامل البروتيني الموجود داخل الغشاء) ودون الحاجة إلى الطاقة. ومن الأمثلة على ذلك انتقال الجلوكوز وامتصاصه بواسطة خلايا الأمعاء الدقيقة. (شكل 1).

شكل 1: الانتشار في وجود عامل مساعد

4- النقل الإيجابي Passive Transport :

يشابه تماماً الانتشار العادي مع الاختلاف في نوعية وطبيعة المادة المنتقلة. وهو انتقال المادة (كالصوديوم) من الوسط العالي في التركيز (خارج الخلية) إلى الوسط المنخفض في التركيز (داخل الخلية) والعكس أيضاً بالنسبة للبوتاسيوم دون الحاجة إلى وجود عامل مساعد او طاقة (شكل 2).

شكل2 : النقل الإيجابي (انتقال البوتاسيوم)

5- النقل السلبي او النشط Active Transport :

وهو نقل المادة عكس تركيزها (من الوسط المنخفض التركيز الوسط المرتفع) وذلك في وجود الطاقة (adenosine triphosphate, ATP). ومثالنا على ذلك هو انتقال البوتاسيوم عكس تركيزه إلى داخل الخلية والصوديوم إلى خارجها. يمر النقل النشط بأربعة مراحل (شكل3) :

- ترتبط المادة المراد نقلها بالمستقبل البروتيني المناسبة لها غشاء الخلية (نقل الصوديوم من داخل الخلية إلى خارجها).

- يقوم المستقبل بتحويل ATP إلى (adenosin monophosphate), AMP والاستفادة من الفوسفور المنزوع ليصبح بروتيناً مفسفرا يعمل على احداث تغييرات كيميائية على الغشاء.

شكل 3 النقل السلبي (النشط)

- تنطلق المادة المنقولة (ص +) من الحامل البروتيني إلى الطرف المقابل من الغشاء.

- يتخلص الحامل البروتيني من الفوسفور ويعود إلى وضعه الطبيعي.

في بعض الأحيان لا يستطيع البروتين الحامل نقل المادة إلا إذا كانت مصطحبة بمادة اخرى (Symport)، فالجلوكوز مثلا يحتاج إلى وجود الصوديوم معه ليسهل انتقاله وفي هذه الحالة يسمى هذا النوع من النقل نلاحظ ان دخول المادة إلى الخلية او خروجها يقابله في الاتجاه المعاكس خروج مادة اخرى او دخولها (النقل المعاكس)، كما هو الحال من خلال عمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، حيث نشاهد :

• تحلل ATP واكتساب الحامل البروتيني على جزيء من الفوسفور.
• تغير تركيبة الحامل الكيميائية وانطلاق الصوديوم إلى خارج الخلية.
• ارتباط الحامل البروتيني بعدد 2 من جزيئات البوتاسيوم وفقدانه الجزيء الفوسفور وعودته إلى وضعه الطبيعي.
• انطلاق جزيئي البوتاسيوم ودخولهما إلى وسط الخلية.

تستهلك هذه الآلية جزيء واحد من الطاقة (ATP) لإخراج 3 جزيئات من الصوديوم وإدخال جزيئين من البوتاسيوم. تقوم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بهذا العمل وذلك :

1. للمحافظة على تركيزات ثابتة من الصوديوم والبوتاسيوم على جانبي الغشاء (تركيز عال من البوتاسيوم داخل الخلية يقابله تركيز عال من الصوديوم خارجها).
2. المحافظة على حجم الخلية وإبطال حالة الانبساط الخلوي التي عادة ما تحدث بسبب الاختلاف في الشحنات الكهربائية على جانبي الغشاء.
3. المساهمة في عملية النقل النشط الثانوي.
4. المساهمة في توليد الطاقة (الإنتاج الحراري).
5. المحافظة على ثبوت الجهد الحركي على جانبي الغشاء.

6 . الظاهرة الأسموزية :

تعبر الظاهرة الأسموزية على انتقال السائل المذيب من الوسط المنخفض في التركيز إلى الوسط المرتفع في التركيز من خلال غشاء شبه نفاذ له صفة الاختيار. يمكن قياس هذه الظاهرة باستخدام جهاز (الأزموميتر osmometer) الذي يتكون من غرفتين زجاجيتين منفصلتين بغشاء بلازمي (شكل 4) :

شكل 4 : جهاز الأزموميتر لقياس الظاهرة الأسموزية

ويمكن مشاهدة الظاهرة الأسموزية من خلال اتباع الخطوات التالية :

1. وضع ماء مقطر في الغرفتين أ، ب مع ملاحظة استواء مستوى الماء بداخلهما وذلك بسبب نفاذية الغشاء.
2. اضافة محلول مركز (ملحي او سكري) في إحدى الغرفتين (غرفة ب مثلا).
3. ينتقل الماء من الوسط المخفف (غرفة أ) إلى الوسط المركز (غرفة ب) إلى ان يتساوى الضغط الأسموزي على الجانبين. انتقال الماء عكس الوسط المركز ينتج عنه مقاومة عكسية تحدثها الجزيئات المذابة تسمى هذه المقاومة بالضغط الأسموزي. وحيث ان قوة الضغط الأسموزي تتناسب مع عدد ونوعية الجزيئات المذابة وبذا فهي تقاس كيميائياً ويعبر عنها بوحدة الأوزمول (Osmol).

فمثلا : المركبات غير القابلة للتأين، كالجلوكوز، نجد أن 1 جرام وزن جزيء من الجلوكوز = 180 جرام = 1 أوزمول. أما بالنسبة لكلوريد الصوديوم الذي يتأين إلى عنصرين فإن 1 جرام وزن جزيئي من كلوريد الصوديوم = 58.5 جرام = 2 أوزمول.

لذلك فإن الأزمولاليتي للمادة المذابة تساوي 1 ميللي أوزمول لكل 1 كجم. ونظراً لصعوبة ترجمة قيمة المواد المذابة إلى اوزان رقمية تمت الاستعاضة عنها باستخدام المعيار الحجمي (لتر) بدلاً من الوزني (كجم) وأصبح يطلق عليها (الأسمولاريتي). حيث ان الأسمولاريتي = 1 أوزمول من المادة المذابة لكل 1 لتر من الماء.

يمكن حساب الضغط الأسموزي على حسب قوانين الغازات كما يلي :

الضغط الأسموزي =  عدد الجزيئات المذابة × ثابت الغاز + الحرارة المطلقة

                                                (الحجم)

وللتعرف على الظاهرة الأسموزية في الجسم عادة ما تستخدم خلايا الدم الحمراء بسبب وجودها داخل محتوى مائي (البلازما)، كنموذج حيوي لتفسير هذه الظاهرة. تحتوي خلايا الدم الحمراء على تركيز من (ص كل) يساوي حوالي 0.85 – 0.90% وهو التركيز الموجود في السائل خارج هذه الخلايا ويحيط بها. وفي هذه الحالة يسمى السائل بـ (السائل متساوي التوتر (Isotonic solution) بمعنى أن التركيز داخل الخلية الحمراء يساوي ما في خارجها وبالتالي لا مجال لانتقال الماء من خلال الغشاء.

استخدام السائل الفسيولوجي الملحي (Physiological saline solution. PSS) في العلاج الطبي لتعويض الماء والأملاح المفقودة ما هو إلا محلول متساوي التوتر يحتوي على نفس التركيز من (ص كل) كما هو موجود داخل الخلايا الحمراء.

عندما ينخفض تركيز (ص كل) خارج الخلية عن 0.85% مقارنة بوسط الخلية فإن السائل في هذه الحالة يسمى بالسائل منخفض التوتر (hypotonic solution) الأمر الذي يؤدي إلى دخول الماء إلى وسط الخلية وربما انفجارها (hemolusis) وخروج الهيموجلوبين منها. اما اذا زاد تركيز (ص كل) في السائل خارج الخلية عن 0.85% مقارنة لوسط الخلية فإن السائل في هذه الحالة يصبح سائل مرتفع التوتر (hyoertonic solution) الأمر الذي قد يؤديا لى خروج الماء خارج الخلية مسبباً في أنكماشها (crenation).

تتأثر الظاهرة الأسموزية بشكل واضح بمستوى الماء على جانبي الغشاء وهي بالتالي المحدد الرئيسي لكمية الضغط الأسموزي الناتجة عنها. يتم تنظيم مستوى الضغط الأسموزي من خلال وجود مستقبلات أوسموزية osmotic recptors، على الجسم تحت السريري (hypothalamus) تستشعر الزيادة او النقصان في مستوى الماء في الدم. عندما يزداد الضغط الأسموزي للدم (نقص في حجم الماء) يقوم الجسم تحت السريري بتحفيز إفراز الهرمون المضاد لإدرار البول Anti duretic hormone, ADH Anti , الذي يعمل على اعادة امتصاص الماء من القنوات الجامعة بنيفرون الكلية وبذلك يظهر البول مركزاً بينما انخفاض الضغط الأسموزي (زيادة في حجم الماء) على الجانب الآخر يثبط إفراز هذا الهرمون وبالتالي يظهر البول في الشكل المخفف.

يمكن تلخيص أهم الفروقات بين الانتشار والنقل النشط والظاهرة الأسموزية كما في الجدول (1) :

جدول 1 : الفرق بين الانتشار والنقل النشط والظاهرة الأسموزية

7-  البلعمة (Pinocytosis) والقذف (exyocytosis) :

بعض المواد الغذائية ذات الأوزان الجزيئية الكبيرة لا يمكن لها اختراق غشاء الخلية بأي طريقة من الطرق السابقة. لذلك نجد أن غشاء الخلية يستطيع التحور وابتلاع المادة الغذائية إلى داخل الخلية او القذف بها خارج الخلية. يتحرك غشاء الخلية ناحية المادة من حركة تشبه حركة الأميبا ويقوم بابتلاعها إلى داخل الخلية (شكل 5).

الشكل 5 : الابتلاع 

يطلق مصطلح الابتلاع (Pinocytosis or endocytosis) في العادة على المادة الغذائية المراد الاستفادة منها على مستوى الخلية وقد يطلق عليها أيضاً (Phagocytosis) في حالة التخلص من الأشياء الضارة بالجسم كما هو الحال في الخلايا البيضاء عند مهاجمتها للبكتريا.

يطلق مصطلح القذف (exocytosis or reverse-pinocytosis) على المادة التي يتم تصنيعها داخل الخلية (كالهرمونات والأنزيمات وغيرها) والقذف بها إلى خارج الخلية للاستفادة منها في موقع آخر من الجسم (شكل 6).

شكل 6 : القذف