आयन परिवहन और उपकला शरीर विज्ञान

कोशिकाएँ और अंगों को अस्तर करने वाली कोशिकाओं की परतें प्रवणता के विरुद्ध आयनों और पानी को कैसे स्थानांतरित करती हैं, वह आणविक इंजन जो परासरण-नियमन, उत्सर्जन और शरीर में बहुत कुछ संचालित करता है।

Definition

आयन परिवहन चैनलों, वाहकों और पंपों द्वारा कोशिका झिल्ली के पार आयनों की गति है, और उपकला शरीर विज्ञान इस बात का अध्ययन है कि ध्रुवीकृत कोशिकाओं की परतें शरीर की सतहों के पार आयनों और पानी को दिशात्मक रूप से स्थानांतरित करने के लिए इन ट्रांसपोर्टरों की असममित व्यवस्था का उपयोग कैसे करती हैं।

Scope

यह विषय झिल्ली और उपकला के पार परिवहन के कोशिकीय आधार को शामिल करता है: निष्क्रिय प्रसार और सुगम परिवहन, Na+/K+-ATPase जैसे ATP-संचालित पंपों द्वारा प्राथमिक सक्रिय परिवहन, युग्मित वाहकों द्वारा द्वितीयक सक्रिय परिवहन, और जिस तरह से विशिष्ट शीर्षस्थ और आधारपार्श्व झिल्ली वाली ध्रुवीकृत उपकला कोशिकाएं विलेय और पानी को सदिश रूप से स्थानांतरित करती हैं। यह पराउपकला विभव और परासरण-नियामक तथा उत्सर्जी अंगों में इन प्रक्रियाओं की भूमिका का वर्णन करता है। कवरेज तुलनात्मक और क्रियाविधि संबंधी है।

Core questions

• कोशिकाएँ अपनी सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध आयनों को कैसे स्थानांतरित करती हैं?
• प्राथमिक और द्वितीयक सक्रिय परिवहन में क्या अंतर है?
• एक उपकला शरीर की सतह के पार विलेय को एक दिशा में कैसे स्थानांतरित करती है?
• आयन परिवहन पानी की गति को चलाने वाली प्रवणता कैसे बनाता है?

Key theories

प्राथमिक सक्रिय ट्रांसपोर्टर के रूप में सोडियम पंप

स्कौ द्वारा खोजा गया Na+/K+-ATPase, ATP हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा का उपयोग कोशिकाओं से सोडियम को बाहर निकालने और पोटेशियम को अंदर पंप करने के लिए करता है, जिससे आयन प्रवणता स्थापित होती है जो झिल्ली विभव को रेखांकित करती है और द्वितीयक परिवहन और परासरण-नियमन के बहुत से हिस्से को शक्ति प्रदान करती है।

ध्रुवीकृत उपकला परिवहन

उपकला कोशिकाएं अपनी शीर्षस्थ और आधारपार्श्व झिल्ली में विभिन्न ट्रांसपोर्टरों को रखती हैं ताकि आयनों को एक तरफ अवशोषित किया जा सके और दूसरी तरफ बाहर निकाला जा सके, जिससे शुद्ध सदिश परिवहन और एक पराउपकला प्रवणता उत्पन्न होती है जिसका पानी अनुसरण कर सकता है।

Mechanisms

आयन विद्युत रासायनिक प्रवणता के माध्यम से चैनलों से निष्क्रिय रूप से झिल्ली को पार करते हैं, या ट्रांसपोर्टरों द्वारा प्रवणता के विरुद्ध स्थानांतरित किए जाते हैं। Na+/K+-ATPase जैसे प्राथमिक सक्रिय ट्रांसपोर्टर सीधे ATP का उपयोग करते हैं, जिससे कोशिका झिल्ली के पार तीव्र सोडियम प्रवणता स्थापित होती है। द्वितीयक सक्रिय ट्रांसपोर्टर तब उस प्रवणता का उपयोग अन्य विलेय को स्थानांतरित करने के लिए करते हैं — उदाहरण के लिए सोडियम के साथ ग्लूकोज या अमीनो एसिड का सह-परिवहन करना, या सोडियम को प्रोटॉन के लिए बदलना। एक उपकला में, शीर्षस्थ और आधारपार्श्व झिल्ली के बीच चैनलों, पंपों और वाहकों का असममित वितरण, साथ ही रिसाव को सीमित करने वाले तंग जंक्शन, कोशिका परत को आयनों को एक ही दिशा में स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं। परिणामी स्थानीय परासरणी और विद्युत प्रवणता उपकला के पार पानी खींचती है, जो गलफड़ों में नमक के अवशोषण, गुर्दे में पुनरावशोषण, और नमक ग्रंथियों और मैलपीघियन नलिकाओं में स्राव का मूल इंजन है।

Clinical relevance

तुलनात्मक प्रणालियों में विकसित परिवहन सिद्धांत, जिसमें सोडियम पंप की खोज भी शामिल है, द्रव स्राव और अवशोषण तथा परिवहन-लक्ष्यीकरण दवाओं की क्रिया की समझ को रेखांकित करते हैं। यह प्रविष्टि चिकित्सा मार्गदर्शन के बजाय शैक्षिक संदर्भ सामग्री है।

History

मेंढक की त्वचा पर हंस उसिंग के काम ने स्थापित किया कि उपकला आयनों का परिवहन कैसे करती है और सक्रिय परिवहन को मापने के लिए शॉर्ट-सर्किट विधि पेश की, और 1957 में स्कौ द्वारा Na+/K+-ATPase की खोज ने जिम्मेदार पंप की पहचान की। रॉबर्ट क्रेन के सोडियम-युग्मित ग्लूकोज परिवहन ने द्वितीयक सक्रिय परिवहन का खुलासा किया, जिससे तुलनात्मक शरीर विज्ञान में उपयोग किए जाने वाले ढांचे को पूरा किया गया।

Key figures

• Jens Christian Skou
• Hans Ussing
• Robert Crane
• August Krogh

Seminal works

• skou1957
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

सोडियम पंप इतना महत्वपूर्ण क्यों है?

सोडियम को बाहर और पोटेशियम को अंदर पंप करके, यह आयन प्रवणता बनाता है जो झिल्ली विभव को निर्धारित करता है और शरीर में कई अन्य परिवहन प्रक्रियाओं को चलाने वाली ऊर्जा प्रदान करता है।

यदि कोई पानी पंप नहीं हैं तो एक उपकला पानी को कैसे स्थानांतरित करती है?

उपकला स्थानीय परासरणी प्रवणता बनाने के लिए सक्रिय रूप से आयनों का परिवहन करती है, और पानी फिर निष्क्रिय रूप से आयनों का अनुसरण करता है, इसलिए दिशात्मक नमक परिवहन प्रभावी रूप से पानी को भी स्थानांतरित करता है।