Back to chapter

5.4:

מהו הפרש אלקטרוכימי?

JoVE Core
Biology
This content is Free Access.
JoVE Core Biology
What is an Electrochemical Gradient?

Languages

Share

קרום התא פועל כמחסום, ה‫שומר על חלק מהמולקולות והיונים לכודים בתוך תא, בעודו מרחיק את האחרים. תכונה אחת של חלוקת משאבים זו בתוך התא ומחוצה לו, היא ה‫תחזוקה של מפל אלקטרוכימי. יונים הקריטיים לתפקוד התא, לרבות נתרן ואשלגן, אינם מסוגלים לפעפע מעבר לקרום, ומסתמכים במקום זאת על מעבר דרך תעלות ונשאים.בתנאים רגילים, יש בדרך כלל יותר נתרן מחוץ לתא מאשר בתוכו. זה יוצר מפל כימי, או ריכוזי, שבו נתרן היה זורם דרך קרום התא מחוץ אל פנים, בהינתן הדרך. לעומת זאת, יש ריכוז נמוך יותר של אשלגן מחוץ לתא, ויותר אשלגן בתוכו, כך שהמפל הכימי שלו הפוך לזה של הנתרן.עם זאת, ריכוז יונים אינו הגורם היחיד היוצר מפל כימי מעבר לקרום התא. הפרדת היונים והמולקולות בעלי מטענים חיובי ושלילי משמעותה שישנו גם מפל חשמלי. השכיחות של יונים של נתרן בעלי מטען חיובי מחוץ לתא, והשפע של חלבונים בעלי מטען שלילי בתוכו, הם שני גורמים עיקריים שתורמים לפער בין המטענים החשמליים במעבר דרך הקרום.העברה אקטיבית צורכת אנרגיה כדי לשמר את המפל האלקטרוכימי משני צידי קרום התא באמצעות חלבוני קרום יחודיים המעבירים יונים כנגד מפל האלקטרוכימי שלהם. עם זאת, בתנאים מסוימים, היונים רשאים לנוע בכיוון המפל שלהם, ולייצר אנרגיה לתהליכים, כגון העברת גלוקוז ואספקת אמצעים עבור תאים מיוחדים, כגון שרירי הלב ונוירונים, כדי ליצור דחפים חשמליים.

5.4:

מהו הפרש אלקטרוכימי?

Adenosine triphosphate, or ATP, is considered the primary energy source in cells. However, energy can also be stored in the electrochemical gradient of an ion across the plasma membrane, which is determined by two factors: its chemical and electrical gradients.

The chemical gradient relies on differences in the abundance of a substance on the outside versus the inside of a cell and flows from areas of high to low ion concentration. In contrast, the electrical gradient revolves around an ion’s electrical charge and the overall charges of the intracellular and extracellular environments.

The electrical gradient of a positively-charged ion flows from positive to negative regions, while the reverse is true for negatively-charged ions. It is the combined action of these electrical and chemical factors that determine the ultimate direction of an electrochemical gradient. When an ion moves along this path, down its electrochemical gradient, energy is freed that can then power diverse biological processes.

Suggested Reading

Ianowski, Juan P., and Michael J. O’Donnell. “Electrochemical Gradients for Na+, K+, Cl– and H+ across the Apical Membrane in Malpighian (Renal) Tubule Cells of Rhodnius Prolixus.” Journal of Experimental Biology 209, no. 10 (May 15, 2006): 1964–75. [Source]