झिल्ली परिवहन ऊर्जा विज्ञान

झिल्लियों के पार विलेय पदार्थों को स्थानांतरित करने का ऊष्मप्रवैगिकी—चैनलों के माध्यम से उनके विद्युत रासायनिक प्रवणता के नीचे, या पंपों और युग्मित ट्रांसपोर्टरों का उपयोग करके उनके विरुद्ध।

Definition

झिल्ली परिवहन ऊर्जा विज्ञान विद्युत रासायनिक क्षमता प्रवणता और मुक्त-ऊर्जा स्रोतों के संदर्भ में झिल्लियों के पार विलेय गति का ऊष्मप्रवैगिक विश्लेषण है जो ऊपर की ओर परिवहन को संचालित करते हैं।

Scope

यह विषय ट्रांसमेम्ब्रेन परिवहन के ऊर्जा लेखा-जोखा को शामिल करता है: विद्युत रासायनिक क्षमता जो सांद्रता और वोल्टेज को जोड़ती है, चैनलों के माध्यम से निष्क्रिय विद्युत विसरण, और प्राथमिक और द्वितीयक सक्रिय परिवहन जो विलेय पदार्थों को ऊपर की ओर ले जाते हैं। यह संतुलन (नेर्नस्ट) क्षमता, धारा के निरंतर-क्षेत्र विवरण, और कैसे पंप परिवहन को मुक्त-ऊर्जा स्रोत से जोड़ते हैं, जबकि चैनल गेटिंग और सिस्टम-स्तर झिल्ली क्षमता को पड़ोसी विषयों पर छोड़ते हैं।

Core questions

• विद्युत रासायनिक क्षमता क्या है, और झिल्ली के पार एक विलेय कब संतुलन में होता है?
• एक चैनल के माध्यम से निष्क्रिय प्रवाह सांद्रता और वोल्टेज पर कैसे निर्भर करता है?
• पंप अपने प्रवणता के विरुद्ध विलेय पदार्थों को कैसे स्थानांतरित करते हैं, और किस ऊर्जा लागत पर?
• द्वितीयक सक्रिय परिवहन मौजूदा प्रवणता से ऊर्जा कैसे उधार लेता है?

Key theories

विद्युत रासायनिक संतुलन और नेर्नस्ट क्षमता

एक आयन झिल्ली के पार संतुलन में होता है जब झिल्ली वोल्टेज उसकी सांद्रता प्रवणता को ठीक से संतुलित करता है, जिसे नेर्नस्ट क्षमता द्वारा परिभाषित किया जाता है; शुद्ध प्रवाह तभी होता है जब वास्तविक वोल्टेज इस मान से भिन्न होता है।

निरंतर-क्षेत्र विद्युत विसरण

गोल्डमैन का निरंतर-क्षेत्र उपचार एक झिल्ली के माध्यम से आयन प्रवाह को एक समान विद्युत क्षेत्र में विसरण के रूप में मॉडल करता है, जिससे वर्तमान-वोल्टेज संबंध और कई पारगम्य आयनों द्वारा निर्धारित विश्राम क्षमता प्राप्त होती है।

Mechanisms

प्रत्येक विलेय एक विद्युत रासायनिक क्षमता वहन करता है जो उसकी सांद्रता अवधि और, आयनों के लिए, झिल्ली वोल्टेज की विद्युत ऊर्जा को जोड़ती है; निष्क्रिय परिवहन इसे इस प्रवणता के नीचे ले जाता है और संतुलन पर रुक जाता है। चैनल ऐसे विद्युत विसरण की अनुमति देते हैं, जिसे कई आयनों के लिए एक स्थिर-क्षेत्र मॉडल द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया है। विलेय पदार्थों को ऊपर की ओर ले जाने के लिए, प्राथमिक सक्रिय ट्रांसपोर्टर एटीपी को हाइड्रोलाइज करते हैं (या प्रकाश या रेडॉक्स ऊर्जा का उपयोग करते हैं) एक संरूपण चक्र को चलाने के लिए, जबकि द्वितीयक सक्रिय ट्रांसपोर्टर एक विलेय के ऊपर की ओर आंदोलन को दूसरे के नीचे की ओर प्रवाह से जोड़ते हैं, सीधे एटीपी के बजाय संग्रहीत प्रवणता खर्च करते हैं।

Clinical relevance

परिवहन ऊर्जा विज्ञान कोशिकीय आयन समस्थापन, पोषक तत्व ग्रहण, और परिवहन-लक्ष्यीकरण दवाओं की क्रिया को रेखांकित करता है, जो नैदानिक ​​नुस्खों के बजाय उस शरीर विज्ञान के लिए शैक्षिक आधार प्रदान करता है।

History

नेर्नस्ट के संतुलन संबंध और गोल्डमैन के 1943 के निरंतर-क्षेत्र सिद्धांत ने निष्क्रिय आयन गति को परिमाणित किया, जबकि 1950 के दशक के अंत में सोडियम-पोटेशियम एटीपीस की स्काउ की खोज ने आणविक पंप की पहचान की जो इन निष्क्रिय प्रवाहों द्वारा उपभोग की जाने वाली प्रवणताओं को बनाए रखता है।

Key figures

• David Goldman
• Walther Nernst
• Jens Christian Skou

Seminal works

• goldman1943
• hille2001

Frequently asked questions

विद्युत रासायनिक प्रवणता क्या है?

यह झिल्ली के पार इसकी सांद्रता अंतर और झिल्ली वोल्टेज दोनों से एक आयन पर संयुक्त प्रेरक बल है; परिवहन आयन को इस संयुक्त प्रवणता के नीचे ले जाने की प्रवृत्ति रखता है।

सक्रिय परिवहन एक चैनल से कैसे भिन्न है?

एक चैनल विलेय पदार्थों को अपनी प्रवणता के नीचे निष्क्रिय रूप से प्रवाहित होने देता है, जबकि सक्रिय परिवहन ऊर्जा का उपयोग करता है—सीधे एटीपी से या किसी अन्य प्रवणता से उधार लेकर—विलेय पदार्थों को अपनी प्रवणता के विरुद्ध स्थानांतरित करने के लिए।