ما هي أنواع النقل النشط؟
للحفاظ على الحياة يجب نقل العديد من المواد داخل الخلايا وخارجها وبينها، وفي بعض الحالات يمكن تحقيق ذلك من خلال النقل السلبي، الذي لا يستخدم أي طاقة، ومع ذلك في كثير من الحالات تحتاج الخلية إلى نقل شيء ما مقابل تدرج تركيزها، إذ في هذه الحالات يلزم النقل النشط.
تتطلب آليات النقل النشطة استخدام طاقة الخلية وعادة ما يكون ذلك في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، إذا كان لابد من انتقال مادة إلى الخلية عكس تدرج تركيزها؛ أي إذا كان تركيز المادة داخل الخلية يجب أن يكون أكبر من تركيزها في السائل خارج الخلية فيجب على الخلية استخدام الطاقة لتحريك المادة.
يستخدم النقل النشط بروتينات نقل محددة تسمى المضخات، والتي تستخدم الطاقة الأيضية (ATP) لتحريك الأيونات أو الجزيئات ضد تدرج تركيزها، على سبيل المثال في كل من الفقاريات واللافقاريات يكون تركيز أيون الصوديوم أعلى بحوالي 10 إلى 20 مرة في الدم منه داخل الخلية، ويكون تركيز أيون البوتاسيوم في الاتجاه المعاكس وعادة ما يكون أعلى بمقدار 20 إلى 40 مرة داخل الخلية، إذ يتم الحفاظ على هذا التركيز المنخفض للصوديوم داخل الخلية بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، وهناك أنواع مختلفة من المضخات لأنواع مختلفة من الأيونات أو الجزيئات مثل مضخة الكالسيوم ومضخة البروتون وما إلى ذلك.
أثناء النقل النشط تنتقل الجزيئات من منطقة منخفضة التركيز إلى منطقة عالية التركيز، وهذا هو عكس الانتشار ويقال إن هذه الجزيئات تتدفق عكس تدرج تركيزها، حيث يسمى النقل “بالنشط”؛ لأن هذا النوع من النقل يتطلب طاقة لتحريك الجزيئات ATP هو أكثر مصادر الطاقة شيوعًا للنقل النشط.
نظرًا لأن الجزيئات تتحرك عكس تدرجات تركيزها، فلا يمكن أن يحدث النقل النشط بدون مساعدة، إذ يتطلب بروتينًا عبر الغشاء أو مركبًا بروتينيًا يسمى الناقل، والذي ينسق العملية بأكملها ومصدرًا للطاقة مثل ATP، وكل نوع من بروتين النقل المصمم لنقل أيون معين أو عنصر غذائي إلى الخلية يربط جزيء من ركائزه على جانب واحد من الغشاء، ثم يغير الشكل ويطلق الركيزة على الجانب الآخر، وغالبًا ما تسمى هذه البروتينات “مضخات” لأنها تستخدم الطاقة لضخ الجزيئات عبر الغشاء.
النقل الأساسي النشط:
يسمى النقل الأساسي النشط أيضًا النقل النشط المباشر أو أحادي المنفذ، ويتضمن استخدام الطاقة (عادةً ATP) لضخ المذاب مباشرة عبر غشاء مقابل تدرجه الكهروكيميائي، حيث تتضمن المواد التي يتم نقلها عبر غشاء الخلية عن طريق النقل النشط الأولي أيونات المعادن، مثل +Na+، K+، Mg2+، Ca2، إذتتطلب هذه الجسيمات المشحونة مضخات أيونية أو قنوات أيونية لعبور الأغشية وتوزيعها عبر الجسم.
بناءً على آلية النقل وكذلك التناظر الجيني والهيكلية، هناك أربع فئات من مضخات الأيونات المعتمدة على ATP: مضخات من الفئة P، مضخات من الفئة F، مضخات من فئة V، عائلة ABC الفائق، حيث تنقل الفئات P و F و V فقط الأيونات، بينما تنقل عائلة ABC أيضًا الجزيئات الصغيرة.
معظم الإنزيمات التي تؤدي هذا النوع من النقل هي (ATPases )عبر الغشاء، والمثال الأكثر دراسة على النقل النشط الأولي هو غشاء البلازما (-Na K +)ATPase، ومن الأمثلة المألوفة الأخرى على النقل النشط الأولي نظام توليد الانحدار الأكسجيني( H +) للميتوكوندريا، ونظام توليد التدرج ( H+) المدفوع بالضوء لأغشية الثايلاكويد الضوئية، ومضخة حمض ATP (H +) الموجودة في البطانة الظهارية للمعدة .
النقل الثانوي النشط:
في النقل الثانوي النشط المعروف أيضًا باسم النقل المزدوج أو النقل المشترك تُستخدم الطاقة لنقل الجزيئات عبر الغشاء، ومع ذلك على عكس النقل النشط الأولي، لا يوجد اقتران مباشر لـ ATP بدلاً من ذلك، يعتمد على فرق الجهد الكهروكيميائي الناتج عن ضخ الأيونات داخل / خارج الخلية، حيث ينقل النقل النشط الثانوي جزيئات متعددة عبر الغشاء، مما يؤدي إلى حركة صعود لجزيء واحد، ويساعد جزيء واحد في إنشاء التدرج المطلوب للسماح بحركة العديد من المواد الكيميائية داخل وخارج الخلية.
تُشتق الطاقة اللازمة لإنتاج النقل صعودًا لمذاب واحد من الطاقة الكامنة لمذاب مختلف ينزل أسفل تدرج تركيزه، إذ غالبًا ما تُستخدم الطاقة المشتقة من ضخ البروتونات عبر غشاء الخلية كمصدر للطاقة في النقل الثانوي النشط، في البشر الصوديوم (Na +) هو أيون ينتقل بشكل شائع عبر غشاء البلازما، والذي يستخدم بعد ذلك تدرجه الكهروكيميائي لتزويد النقل النشط لأيون أو جزيء ثانٍ مقابل تدرجه، وفي البكتيريا وخلايا الخميرة الصغيرة الأيون المشترك هو الهيدروجين مبادل الصوديوم والكالسيوم، ( SGLT2).