امتصاص ونقل المغذيات البكتيرية

امتصاص المغذيات البكتيرية هو العملية التي تنقل بها الخلايا الأيونات والسكريات والأحماض الأمينية والمذابات الأخرى عبر غلاف الخلية ضد حاجز الغشاء. نظرًا لأن الغشاء السيتوبلازمي غير منفذ إلى حد كبير للجزيئات القطبية والمشحونة، تعتمد البكتيريا على أنظمة نقل محددة - بما في ذلك القنوات، والنواقل الثانوية، والمضخات التي تعمل بالطاقة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وأنظمة النقل الجماعي - لتركيز المغذيات التي تحتاجها.

Definition

النقل البيولوجي في البكتيريا هو حركة المذابات عبر غلاف الخلية بوساطة بروتينات الغشاء؛ ويشمل الانتشار السلبي، والانتشار الميسر، والنقل النشط الذي يتم تنشيطه بواسطة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) أو تدرجات الأيونات، والنقل الجماعي، الذي يعدل كيميائيًا الركيزة أثناء الامتصاص.

Scope

يغطي هذا الموضوع الفئات الرئيسية للنقل البكتيري: الانتشار السلبي والانتشار الميسر، والنقل النشط الأولي (مثل نواقل ABC)، والنقل النشط الثانوي المدفوع بتدرجات الأيونات، والنقل الجماعي بواسطة نظام الفسفوتراسفيراز، بالإضافة إلى دور نفاذية الغشاء الخارجي في البكتيريا سالبة الجرام. إنه موضوع مرجعي في فسيولوجيا الميكروبات ولا يقدم أي تعليمات سريرية.

Core questions

• كيف تنقل البكتيريا المغذيات عبر غشاء غير منفذ؟
• ما الذي يميز النقل النشط عن الانتشار السلبي والميسر؟
• كيف يربط نظام الفسفوتراسفيراز الامتصاص بالفسفرة؟
• كيف يحد الغشاء الخارجي للبكتيريا سالبة الجرام ويختار ما يدخل الخلية؟

Key concepts

• الانتشار السلبي والميسر
• النقل النشط الأولي ونواقل ABC
• النقل النشط الثانوي (النقل المترافق والنقل المعاكس)
• القوة الدافعة للبروتون كقوة دافعة
• النقل الجماعي ونظام الفسفوتراسفيراز (PTS)
• مساميات الغشاء الخارجي والنفاذية الانتقائية
• اكتساب الحديد بوساطة السايدروفور

Mechanisms

يمكن للجزيئات الصغيرة غير المشحونة أن تعبر الغشاء عن طريق الانتشار، لكن معظم المغذيات تتطلب نواقل مخصصة. تقوم النواقل النشطة الأولية مثل أنظمة ABC بتحليل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) لضخ المذابات ضد التدرج، بينما تربط النواقل الثانوية حركة المذاب بالقوة الدافعة للبروتون أو تدرجات أيونية أخرى (Madigan et al., 2018; White et al., 2017). في النقل الجماعي، يقوم نظام الفسفوتراسفيراز بفسفرة السكريات أثناء دخولها، مما يؤدي إلى حبسها وتنشيطها في نفس الوقت، ويشارك نفس النظام في التنظيم الأيضي (Deutscher et al., 2006). في البكتيريا سالبة الجرام، يشكل الغشاء الخارجي حاجزًا إضافيًا تحدد مسامياته وخصائص نفاذيته الجزيئات التي تصل إلى الغشاء الداخلي (Nikaido & Vaara, 1985).

Clinical relevance

تحدد أنظمة النقل كيفية دخول الجزيئات، بما في ذلك بعض العوامل المضادة للبكتيريا، إلى الخلية البكتيرية أو استبعادها منها، وتعد نفاذية الغشاء الخارجي أحد العوامل في المقاومة الجوهرية للبكتيريا سالبة الجرام. كما أن نقل اكتساب الحديد ذو صلة بكيفية حصول البكتيريا على المغذيات النادرة من المضيف. يصف هذا الموضوع مبادئ النقل للفهم وليس أساسًا لقرارات العلاج.

History

تقدم فهم النقل البكتيري من خلال دراسات القرن العشرين حول كيفية تركيز الخلايا للمغذيات، بما في ذلك اكتشاف نظام الفسفوتراسفيراز كمسار يربط امتصاص السكر بالفسفرة، والذي تبين لاحقًا أنه محوري في التنظيم الأيضي (Deutscher et al., 2006). أوضح العمل على غلاف البكتيريا سالبة الجرام كيف يتحكم الغشاء الخارجي ومسامياته في النفاذية والانتقائية (Nikaido & Vaara, 1985)، مما أرسى النقل كمحدد رئيسي لما يمكن للبكتيريا استخدامه وما يمكن أن يصل إلى الخلية.

Key figures

• Hiroshi Nikaido
• Josef Deutscher
• Pieter Postma

Seminal works

• deutscher-2006
• nikaido-1985

Frequently asked questions

لماذا تحتاج البكتيريا إلى أنظمة نقل بدلاً من الانتشار البسيط؟

الغشاء السيتوبلازمي غير منفذ لمعظم المذابات القطبية والمشحونة، وغالبًا ما تكون المغذيات موجودة بتركيزات منخفضة، لذا تستخدم البكتيريا نواقل محددة لجلب وتركيز الجزيئات التي تحتاجها بشكل انتقائي.

ما هو نظام الفسفوتراسفيراز؟

نظام الفسفوتراسفيراز هو مسار نقل جماعي يستورد سكريات معينة بينما يقوم بفسفرتها، بحيث يتم تعديل السكر كيميائيًا أثناء دخوله؛ كما أن له أدوارًا واسعة النطاق في تنظيم استقلاب الكربوهيدرات البكتيري.