الانتشار والتناضح

يعد الانتشار والتناضح من المفاهيم المهمة التي تشرح كيفية نقل الماء والمواد الأخرى التي تحتاجها الخلايا عبر أغشية الخلايا.

لنتحدث عن الانتشار أولا. يتم تعريفه على أنه الحركة الصافية للجسيمات من منطقة ذات تركيز عال إلى منطقة ذات تركيز أقل. يشار إلى التغيير المتدرج في التركيز بين المنطقتين باسم تدرج التركيز. على الرغم من أن الانتشار هو صافي اتجاه، إلا أن الجسيمات تتحرك باستمرار في كلا الاتجاهين بسبب الحركة العشوائية، لذلك حتى عند التوازن عندما تكون كثافة الجسيمات هي نفسها في جميع أنحاء تدرج التركيز، تستمر الجسيمات في التحرك في كلا الاتجاهين بسعر صرف ثابت.

وبالمثل ، يتحرك الماء عبر أغشية الخلايا عن طريق الانتشار في عملية تسمى التناضح ، ولكن لا يمكن لكل شيء أن يمر بحرية عبر أغشية الخلايا ، ولهذا السبب يشار إليها على أنها شبه منفذة. هذا مهم ، لأنه يعني أن الخلايا يمكنها تنظيم تركيزات مختلفة من المواد المذابة والحفاظ عليها داخل أغشيتها مقابل خارجها. اعتمادا على تركيزات المذاب النسبية للمحاليل المفصولة بأغشية شبه منفذة ، نشير إليها على أنها منخفضة التوتر أو متساوية التوتر أو مفرطة التوتر. نقص التوتر هو عندما يكون تركيز المذاب أكبر داخل الخلية مقارنة بالخارج. متساوي التوتر هو عندما يساوي تركيز المذاب الداخلي التركيز الخارجي. يحدث فرط التوتر عندما يتجاوز تركيز المذاب الخارجي تركيز المذاب الداخلي. يمكن أن يؤثر هذا على حركة الماء داخل الخلية وخارجها حيث ينتقل الماء إلى المنطقة ذات التركيز الأكبر للمذاب. وهذا بدوره يمكن أن يؤثر على أشكال الخلايا مما يتسبب في انتفاخ الخلايا في المحاليل منخفضة التوتر ، وعدم وجود تغييرات في الشكل في المحاليل متساوية التوتر وتذبل الخلية في وجود محاليل مفرطة التوتر.

تختلف قدرة الماء على الانتقال إلى الخلايا بين الخلايا النباتية والحيوانية بسبب وجود جدار الخلية النباتية الإضافي. جدران الخلايا صلبة وقابلة للاختراق فقط للجزيئات الصغيرة. عندما ينتقل الماء إلى الخلايا النباتية ، يتم دفع الغشاء لأعلى على جدار الخلية مما يخلق ضغطا هيدروستاتيكي أو تورم. يحد هذا الضغط من كمية ومعدل دخول الماء إلى الخلية.

يعد الانتشار أيضا عاملا رئيسيا مقيدا لحجم الخلية ويساعد في تفسير سبب صغر حجم الكائنات وحيدة الخلية بشكل عام. تتكون الكائنات متعددة الخلايا من العديد من الخلايا الصغيرة التي تعطي مساحة إجمالية أكبر لنسبة الحجم وتزيد من معدلات الانتشار. تعتمد العديد من جوانب علم وظائف الأعضاء لدينا ، مثل التنفس والهضم ، على الانتشار. على سبيل المثال ، تحتوي رئتان الإنسان على العديد من الحويصلات الهوائية الصغيرة التي تشبه الجيوب الصغيرة. هذه المساحة السطحية الإضافية تجعل الرئة أكثر كفاءة في انتشار الغازات داخل وخارج مجرى الدم.

في هذا المختبر ، ستستخدم نموذجين للخلايا ، مكعب أجار وأنابيب غسيل الكلى لاختبار مبادئ الانتشار والتناضح.