انرژیزایی انتقال غشایی
ترمودینامیک حرکت املاح در عرض غشاها—پاییندست شیب الکتروشیمیایی آنها از طریق کانالها، یا برخلاف آن با استفاده از پمپها و ناقلهای جفتشده.
Definition
انرژیزایی انتقال غشایی، تحلیل ترمودینامیکی حرکت املاح در عرض غشاها بر حسب گرادیان پتانسیل الکتروشیمیایی و منابع انرژی آزادی است که انتقال سربالایی را هدایت میکنند.
Scope
این موضوع به بررسی حسابداری انرژی انتقال عرض غشایی میپردازد: پتانسیل الکتروشیمیایی که غلظت و ولتاژ را ترکیب میکند، الکترودیفوزیون غیرفعال از طریق کانالها، و انتقال فعال اولیه و ثانویه که املاح را به سمت بالا حرکت میدهند. این موضوع پتانسیل تعادل (نرنست)، توصیف میدان ثابت جریان، و چگونگی جفت شدن انتقال توسط پمپها با یک منبع انرژی آزاد را مورد بررسی قرار میدهد و دروازهبانی کانال و پتانسیل غشایی در سطح سیستم را به موضوعات همسایه واگذار میکند.
Core questions
- پتانسیل الکتروشیمیایی چیست و چه زمانی یک حلشونده در عرض یک غشا در تعادل است؟
- شار غیرفعال از طریق یک کانال چگونه به غلظت و ولتاژ بستگی دارد؟
- پمپها چگونه املاح را برخلاف گرادیانهایشان حرکت میدهند و با چه هزینه انرژی؟
- انتقال فعال ثانویه چگونه انرژی را از یک گرادیان موجود قرض میگیرد؟
Key theories
- تعادل الکتروشیمیایی و پتانسیل نرنست
- یک یون در عرض یک غشا در تعادل است زمانی که ولتاژ غشا دقیقاً گرادیان غلظت آن را متعادل میکند، که توسط پتانسیل نرنست تعریف میشود؛ شار خالص تنها زمانی رخ میدهد که ولتاژ واقعی با این مقدار متفاوت باشد.
- الکترودیفوزیون میدان ثابت
- بررسی میدان ثابت گلدمن، شار یون از طریق یک غشا را به عنوان انتشار در یک میدان الکتریکی یکنواخت مدلسازی میکند و روابط جریان-ولتاژ و پتانسیل استراحت را که توسط چندین یون نفوذپذیر تعیین میشود، ارائه میدهد.
Mechanisms
هر حلشوندهای یک پتانسیل الکتروشیمیایی را حمل میکند که شامل عبارت غلظت آن و، برای یونها، انرژی الکتریکی ولتاژ غشا است؛ انتقال غیرفعال آن را در جهت این گرادیان حرکت میدهد و در تعادل متوقف میشود. کانالها امکان چنین الکترودیفوزیونی را فراهم میکنند که برای چندین یون توسط مدل میدان ثابت به خوبی توصیف شده است. برای حرکت املاح به سمت بالا، ناقلهای فعال اولیه ATP را هیدرولیز میکنند (یا از نور یا انرژی ردوکس استفاده میکنند) تا یک چرخه تغییر شکل را به حرکت درآورند، در حالی که ناقلهای فعال ثانویه حرکت سربالایی یک حلشونده را با شار پاییندستی حلشونده دیگر جفت میکنند و به جای ATP به طور مستقیم، گرادیان ذخیره شده را مصرف میکنند.
Clinical relevance
انرژیزایی انتقال، زیربنای هموستاز یون سلولی، جذب مواد مغذی، و عملکرد داروهای هدفگیرنده انتقال است و مبنای آموزشی برای آن فیزیولوژی را فراهم میکند تا تجویزهای بالینی.
History
رابطه تعادل نرنست و نظریه میدان ثابت گلدمن در سال ۱۹۴۳، حرکت یون غیرفعال را کمیسازی کردند، در حالی که کشف ATPase سدیم-پتاسیم توسط اسکو در اواخر دهه ۱۹۵۰، پمپ مولکولی را شناسایی کرد که گرادیانهایی را که این شارهای غیرفعال مصرف میکنند، حفظ میکند.
Key figures
- David Goldman
- Walther Nernst
- Jens Christian Skou
Related topics
Seminal works
- goldman1943
- hille2001
Frequently asked questions
- گرادیان الکتروشیمیایی چیست؟
- این نیروی محرکه ترکیبی بر یک یون است که هم از تفاوت غلظت آن در عرض غشا و هم از ولتاژ غشا ناشی میشود؛ انتقال تمایل دارد یون را در جهت این گرادیان ترکیبی حرکت دهد.
- انتقال فعال چه تفاوتی با یک کانال دارد؟
- یک کانال به املاح اجازه میدهد تا به طور غیرفعال در جهت گرادیان خود جریان یابند، در حالی که انتقال فعال از انرژی—مستقیماً از ATP یا قرض گرفته شده از یک گرادیان دیگر—برای حرکت املاح برخلاف گرادیان آنها استفاده میکند.