معلومة

تأثير الجزيئات خارج الخلية على إمكانات الغشاء


أنا أقرأ عن تأثير البوتاسيوم والكلوريد خارج الخلية على إمكانات الغشاء ، والآن يتبادر إلى ذهني سؤال حول ماذا سيحدث إذا أضفنا بعض الجزيئات التي ليس لها شحنة إلى خارج الخلية؟ (ضع في اعتبارك أن K + و Cl− فقط يمكنهما عبور الغشاء.)

أعتقد أن إمكانات الغشاء وحجمه لا يتغيران ، لكنني لست متأكدًا من ذلك.


ستعتمد الإجابة المطلقة على الكثير من العوامل ، لكن أساسيات ذلك - نعم، لا يتغير الحجم و نعم، سيكون لها تأثير على إمكانات الغشاء.

بإضافة كتلة إلى أي محلول سائل ، فإنك تغير الحجم. واضح وبسيط. السوائل غير قابلة للانضغاط ، والطريقة الوحيدة للحفاظ على الحجم أثناء إضافة الكتلة هي زيادة كثافة السائل. [تحرير] أتساءل عما إذا كنت لا تقصد زيادة حجم الخلية - في هذه الحالة ، في الظروف القاسية حيث لا تستطيع الخلية الحفاظ على تركيزات الماء والملح ، ستفقد الخلية حجمها مع خروج الماء والأملاح. في محلول ناقص التوتر (ماء أكثر بكثير من المواد المذابة) ، تتلاشى الخلية حيث يفضل الضغط الاسموزي انتقال الماء إلى الخلية

قد تتغير إمكانات الغشاء ، لكن مقدار ذلك يعتمد على الكثير من العوامل. من المرجح أن يتغير بسبب حركة المذيبات الأيونية لأسفل هم تدرجات التركيز. سوف ينقل التناضح الماء من الخلية إلى البيئة خارج الخلية ، وفي النهاية يقلل من إمكانات الغشاء لأن المزيد من الماء خارج الخلية سيقلل بشكل أساسي مولارية المحلول. سيتعين على الخلية ضخ المزيد من الأيونات من أجل استعادة إمكانات الغشاء.

قد يكون الاستثناء إذا أضفت الكثير من الجزيئات الكارهة للماء خارج الخلية بحيث تشبع البيئة بشكل أساسي ، مما قد يمنع تبادل جميع الذرات والجزيئات المشحونة أو المشحونة جزئيًا.


أنا لست متخصصًا في الفيزيولوجيا الكهربية ، لكنني أعلم أن إمكانات الغشاء تتحدد من خلال توزيع الأيونات عبر الغشاء: في الغالب Na+، ك+، كاليفورنيا2+ و Cl-.

لن يؤثر الجزيء غير المشحون إلا على إمكانات الغشاء إذا كان له تأثير على توزيع هذه الأيونات. أحد الأمثلة على هذا الجزيء هو فالينومايسين ، وهو حامل شاردة محايد ينفذ الأغشية إلى K+ الأيونات. مثال آخر هو ouabain الذي يثبط Na++ المضخة المسؤولة جزئيًا عن إنشاء إمكانات غشاء الراحة.

ولكن بشكل عام ، فإن إضافة الجزيئات غير المشحونة لن يكون لها تأثير مباشر على إمكانات الغشاء.

(أتوقع أنه سيكون هناك شخص ما قريبًا ليشرح لماذا الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك بكثير).

تحرير: اتضح أن MCM وصلت قبلي!


تأثير الحويصلات خارج الخلية على تنظيم الميتوكوندريا تحت نقص الأكسجة

الميتوكوندريا هي عضيات لا غنى عنها للحفاظ على استقلاب طاقة الخلية ، وهي ضرورية أيضًا للاحتفاظ بالوظيفة البيولوجية للخلية عن طريق نقل المعلومات كعضيات إشارة. يمكن لنقص الأكسجين ، وهو أحد الضغوط الخلوية المهمة ، أن ينظم بشكل مباشر مستقلبات الميتوكوندريا وأنواع الأكسجين التفاعلي للميتوكوندريا (mROS) ، مما يؤثر على التعبير الجيني النووي من خلال مسارات إشارة رجعية للميتوكوندريا ، كما يعزز توصيل مكونات الإشارة إلى السيتوبلازم ، مما يتسبب في إصابة الخلايا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تؤدي الميتوكوندريا أيضًا إلى آليات تكيفية للحفاظ على وظيفة الميتوكوندريا استجابةً لنقص الأكسجة. يمكن للحويصلات خارج الخلية (EVs) ، كوسيلة لنقل المعلومات بين الخلايا ، تغيير التأثيرات البيولوجية للخلايا المستقبلة عن طريق إطلاق الحمولة ، بما في ذلك الأحماض النووية والبروتينات والدهون والميتوكوندريا وتكوينها. يزداد إفراز المركبات الكهربائية في الخلايا تحت نقص الأكسجة ، مما يغير بشكل غير مباشر وظيفة الميتوكوندريا من خلال امتصاص المحتويات بواسطة خلايا المستقبل. في هذه المراجعة ، نركز على تنظيم الميتوكوندريا بشكل غير مباشر من خلال EVs تحت نقص الأكسجة ، والآليات المحتملة التي تسبب EVs التغييرات في وظيفة الميتوكوندريا. أخيرًا ، نناقش أهمية محور EV-الميتوكوندريا في أمراض نقص الأكسجة.


تعريف هي عملية نقل سلبية. تميل مادة واحدة إلى الانتقال من منطقة ذات تركيز عالٍ إلى منطقة تركيز منخفض حتى يتساوى التركيز عبر مساحة. أنت معتاد على انتشار المواد عبر الهواء. على سبيل المثال ، فكر في شخص يفتح زجاجة من الأمونيا في غرفة مليئة بالناس. يكون غاز الأمونيا عند أعلى تركيز له في الزجاجة ، ويكون أقل تركيز له عند أطراف الغرفة. سوف ينتشر بخار الأمونيا أو ينتشر بعيدًا عن الزجاجة ، وسوف يشم المزيد والمزيد من الناس رائحة الأمونيا أثناء انتشارها. تتحرك المواد داخل الخلية والعصارة الخلوية rsquos عن طريق الانتشار ، وتتحرك بعض المواد عبر غشاء البلازما عن طريق الانتشار.

شكل 1. يؤدي الانتشار عبر غشاء منفذ إلى نقل مادة من منطقة عالية التركيز (سائل خارج الخلية ، في هذه الحالة) إلى أسفل تدرج تركيزها (إلى السيتوبلازم). كل مادة منفصلة في وسط ، مثل السائل خارج الخلية ، لها تدرج تركيز خاص بها ، بغض النظر عن تدرجات تركيز المواد الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، ستنتشر كل مادة وفقًا لهذا التدرج. داخل النظام ، ستكون هناك معدلات مختلفة لانتشار المواد المختلفة في الوسط (الإسناد: ماريانا رويز فيلاريال ، معدلة)

العوامل التي تؤثر على الانتشار

إذا كانت الجزيئات غير مقيدة ، فستتحرك وتستكشف الفضاء بشكل عشوائي بمعدل يعتمد على حجمها وشكلها وبيئتها وطاقتها الحرارية. هذا النوع من الحركة يكمن وراء الحركة المنتشرة للجزيئات عبر أي وسيط موجود فيه. ولا يعني عدم وجود تدرج تركيز أن هذه الحركة ستتوقف ، فقط أنه قد لا يكون هناك صافي حركة عدد الجزيئات من منطقة إلى أخرى ، وهي حالة تعرف باسم توازن ديناميكي.

تشمل العوامل التي تؤثر على الانتشار ما يلي:

  • مدى تدرج التركيز: كلما زاد الاختلاف في التركيز ، زادت سرعة الانتشار. كلما اقترب توزيع المادة من التوازن ، أصبح معدل الانتشار أبطأ.
  • شكل وحجم وكتلة الجزيئات المنتشرة: الجزيئات الكبيرة والأثقل تتحرك بشكل أبطأ ، وبالتالي فإنها تنتشر بشكل أبطأ. عادة ما يكون العكس صحيحًا بالنسبة للجزيئات الأصغر والأخف وزنًا.
  • درجة الحرارة: تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة الطاقة وبالتالي حركة الجزيئات ، مما يزيد من معدل الانتشار. تقلل درجات الحرارة المنخفضة من طاقة الجزيئات ، وبالتالي تقلل من معدل الانتشار.
  • كثافة المذيب: مع زيادة كثافة المذيب ، ينخفض ​​معدل الانتشار. تتباطأ الجزيئات لأنها تواجه صعوبة أكبر في الوصول إلى الوسط الأكثر كثافة. إذا كان الوسط أقل كثافة ، تزداد معدلات الانتشار. نظرًا لأن الخلايا تستخدم الانتشار لنقل المواد داخل السيتوبلازم ، فإن أي زيادة في كثافة السيتوبلازم و rsquos ستقلل من معدل تحرك المواد في السيتوبلازم.
  • الذوبان: كما نوقش سابقًا ، تمر المواد غير القطبية أو القابلة للذوبان في الدهون عبر أغشية البلازما بسهولة أكبر من المواد القطبية ، مما يسمح بمعدل انتشار أسرع.
  • مساحة سطح وسماكة غشاء البلازما: زيادة مساحة السطح تزيد من معدل الانتشار ، في حين أن الغشاء السميك يقلله.
  • المسافة المقطوعة: كلما زادت المسافة التي يجب أن تقطعها المادة ، كان معدل الانتشار أبطأ. هذا يضع قيودًا عليا على حجم الخلية. تموت الخلية الكروية الكبيرة لأن العناصر الغذائية أو النفايات لا يمكنها الوصول إلى مركز الخلية أو مغادرته ، على التوالي. لذلك ، يجب أن تكون الخلايا إما صغيرة الحجم ، كما هو الحال في العديد من بدائيات النوى ، أو أن تكون مسطحة ، كما هو الحال مع العديد من حقيقيات النوى أحادية الخلية.

تأثير ارتفاع نسبة [K +] خارج الخلية والأدرينالين في نمو القوة والاسترخاء وإمكانية الغشاء في عضلة القلب من سلحفاة المياه العذبة وتراوت قوس قزح

ج. Nielsen، H. Gesser تأثيرات عالية [K +] خارج الخلية والأدرينالين على نمو القوة والاسترخاء وإمكانات الغشاء في عضلة القلب من سلحفاة المياه العذبة وتراوت قوس قزح. J أكسب بيول 15 يناير 2001204 (2): 261-268. دوى: https://doi.org/10.1242/jeb.204.2.261

أدت الزيادات في تركيزات K (+) خارج الخلية إلى تقليل اتساع قوة الارتعاش لعضلة القلب من سلحفاة المياه العذبة (Trachemys scripta elegans) وتراوت قوس قزح (Oncorhynchus mykiss). زاد الأدرينالين من سعة قوة النشل وقلل التأثير النسبي لـ [K (+)]. في غياب الأدرينالين ، كان لارتفاع [K (+)] تأثير أقل في تقليل قوة النتوء في السلحفاة منه في سمك السلمون المرقط ، بينما كان العكس صحيحًا في وجود الأدرينالين. في ظل ظروف نقص الأكسجين ، كانت قوة النشل أقل في 10 مليمول لتر (−1) مما كانت عليه في 2.5 مليمول لتر (−1) ك (+) في كلا المستحضرين ، لكن الأدرينالين أزال هذا الاختلاف. أظهر تحليل إضافي لعضلة قلب السلحفاة أن مدة العمل المحتملة كانت أقصر وأن إمكانية الراحة كانت أكثر إيجابية في [K (+)] المرتفعة عنها في [K (+)] المنخفضة. استعاد الأدرينالين مدة جهد الفعل ، لكنه لم يؤثر على إزالة الاستقطاب ، مما قد يخفف من تبادل Na (+) / Ca (2+) ، والمشاركة في الإثارة / الانقباض. كانت الاستجابات الانقباضية في وجود الأدرينالين ، مع ذلك ، متشابهة في كل من تركيزات K (+) العالية والمنخفضة عندما تم تطبيق الزيادات في Ca خارج الخلية (2+) لزيادة الطلب على الإثارة / الانكماش اقتران. تم فحص الاحتمالات التي يصد بها الأدرينالين تأثيرات ارتفاع [K (+)] عبر الشبكة الساركوبلازمية أو sarcolemmal Na (+) / K (+) - ATPase عن طريق تثبيط الشبكة الساركوبلازمية مع ريانودين (10 ميكرومول لتر (−1)) أو Na (+) / K (+) - ATPase مع ouabain (0.25 أو 3 مليمول لتر (-)). لم يتم العثور على دليل يدعم أي من هذه الاحتمالات. لم يحمي الأدرينالين جميع جوانب اقتران الإثارة / الانقباض لأن التردد الأقصى الذي يعطي تشنجات منتظمة كان أقل عند 10 مليمول لتر (−1) ك (+) من 2.5 مليمول لتر (−1) ك (+).


بيولوجيا الحويصلات خارج الخلية

إكسوسومات

Exosomes هي المجموعة الفرعية الأكثر بحثًا على نطاق واسع من الحويصلات خارج الخلية وتتكون من التبرعم الداخلي للأغشية الباطنية (الشكل 1 أ). عند الضغط عليها ، تشكل هذه الغزوات حويصلات داخل اللمعة (ILVs). يشار إلى Endosomes التي تحتوي على ILVs على أنها أجسام متعددة الخلايا (MVBs). يمكن أن تندمج MVBs مع غشاء البلازما وتحرر ILVs كإكسوسومات ، أو تكمل المسار الداخلي مع هضم ILV وتدهور بواسطة الجسيمات الحالة (18). لا يزال من غير المفهوم تمامًا سبب إرسال بعض MVBs إلى الجسيمات المحللة للتحلل والبعض الآخر يندمج مع غشاء البلازما للإفراز ، ولكن يبدو أن MVBs المفرزة أكثر ثراءً في الكوليسترول وتندمج بشكل تفضيلي مع غشاء البلازما (19 ، 20).

التكاثر الحيوي للمركبات الكهربائية: exosomes والحويصلات المجهرية والأجسام الأبوطوزية. أ تنشأ الإكسوسومات من انقلاب مزدوج لغشاء البلازما. يعتمد تكوينها في الجسيمات الداخلية بشكل كبير على آلية الحقوق الاقتصادية والاجتماعية والثقافية. يلعب nSMase2 وأعضاء عائلة RAB GTPase أدوارًا مختلفة مستقلة عن ESCRT في التكوّن الحيوي للخارج. أ تم تعديله من Robbins et al. ب تُشتق الحويصلات الدقيقة من تبرعم غشاء البلازما ، ويتم التحكم فيها عن طريق البروتينات التنظيمية والهيكل الخلوي. يتكون غشاءها من فسفاتيديل سيرين الموزع بشكل متجانس (PS) وفوسفاتيديل إيثانولامين (PE). ج يؤدي موت الخلايا المبرمج إلى تكوين أجسام موت الخلايا المبرمج. هذه الحويصلات غير منتظمة في الحجم والشكل وتحتوي على كسور نووية وعضيات حشوية إلى جانب كميات كبيرة من فوسفاتيديل سيرين في غشاءها. MVB ، الأجسام متعددة الحواف Ub ، ubiquitin

تعتمد غالبية تكوين الجسيمات الخارجية في الجسيمات الداخلية على مجمع الفرز الداخلي لآلات النقل (ESCRT) ، على الرغم من أن مجموعة فرعية من البروتينات (على سبيل المثال ، PLP) يتم فرزها في ILVs بشكل مستقل عن ESCRTs من خلال النطاقات الدقيقة القائمة على الطوافة (21،22،23) . الحدث الأول الذي يعتمد على الحقوق الاقتصادية والاجتماعية والثقافية الذي يحدث هو تجميع البضائع للتغليف الخارجي. يتم تنظيم هذا بواسطة ESCRT-0 الذي يتعرف على البروتينات المنتشرة على الجانب العصاري الخلوي من MVB. توضع ESCRT-0 على سطح MVB وتوظف ESCRT-I في عملية يتوسط فيها مجمع Vps27 (24). ثم يشكل ESCRT-I معقدًا مع ESCRT-II ويبدأ في التبرعم الغشائي للجسيم الداخلي. بالإضافة إلى ذلك ، يجلب مجمع ESCRT-I-II البضائع التي استرجعها ESCRT-0 إلى منطقة برعم الغشاء ، حيث سيتم تعبئتها في النهاية في جسم خارجي. يتم تجنيد ESCRT-III في وقت لاحق في موقع التبرعم ، حيث يحفز قطع الغشاء ، ويكمل بشكل فعال عملية تبرعم الغشاء. ESCRT-III مسؤول أيضًا عن إلغاء تحديد موقع مجمع ESCRT من MVB ، بالإضافة إلى تجنيد deubiquitinases لضمان عدم تعديل الجزيئات الحيوية المعبأة في exosomes.

يلعب spingomyelinase المحايد 2 (nSMase2) وعائلة RAB من GTPase الصغير أيضًا أدوارًا أساسية في التكوين الحيوي للخارج من خلال آليات مستقلة عن ESCRT (25). يساهم nSMase2 في إفراز exosome عن طريق تحفيز نمو exosomes في MVBs. لقد ثبت أن حصار shRNA لـ nSMase2 يمنع إطلاق exosomes من البلاعم البشرية (26) و CDC البشرية (9). في المقابل ، يتحكم Rab27a و Rab27b في جوانب مميزة لتهريب MVB ، والالتحام ، والاندماج مع غشاء البلازما (27). يقلل تثبيط Rab27a من إفراز مجموعة فرعية من exosomes تحمل CD63 و Hsp 70 و Tsg101 و alix ، ولكنه لا يؤثر على إفراز الحويصلات التي تحمل CD9 و Mfge8 (28). يحاكي إسكات بروتينات المستجيب Slp4 و Slac2b ظاهريًا إسكات Rab27 و Rab27b ، على التوالي ، مما يبرز دورهما في إفراز الخلايا MVB وإفراز الجسيمات الخارجية.

الحويصلات الدقيقة

على النقيض من exosomes ، فإن الحويصلات المجهرية عبارة عن جزيئات مشتقة من غشاء البلازما يتم إطلاقها في الفضاء خارج الخلية عن طريق التبرعم الخارجي وانشطار غشاء البلازما (الشكل 1 ب). يتم التحكم في شلال التكوين الحيوي للجسيمات الدقيقة عن طريق البروتينات التنظيمية والهيكل الخلوي مما يؤدي إلى إعادة توزيع الفوسفوليبيد وتقلص البروتين الهيكلي الخلوي. يتم تحفيز تكوين الحويصلات الدقيقة عن طريق نقل فوسفاتيديل سيرين إلى نشرة الغشاء الخارجي من خلال نشاط ترانسوكازات أمينوفوسفوليبيد (29). يتم تنظيم عملية تبرعم الحويصلة الدقيقة لاحقًا بواسطة البروتين المرتبط بـ GTP ، عامل ADP-ribosylation 6 (ARF6). ARF6 هو وسيط لإعادة تدوير الخلايا ، نشط بشكل ملحوظ في الضامة أثناء البلعمة. في شكله المنشط ، يبدأ ARF6 سلسلة إشارات تبدأ بتنشيط إنزيم phospholipase-D وتنتهي بفسفرة وتنشيط كيناز سلسلة خفيفة من الميوسين (29). يتم بعد ذلك تجنيد كيناز المرتبط بالإشارات خارج الخلية في غشاء البلازما حيث ينشط كيناز سلسلة ضوء الميوسين ، مما يؤدي إلى إطلاق الحويصلات الدقيقة.

أجسام أبوتوتيك

على عكس التكوين الحيوي المنظم بشكل كبير وإطلاق الحويصلات الخارجية والحويصلات الدقيقة ، تتشكل أجسام موت الخلايا المبرمج نتيجة موت الخلية المبرمج (الشكل 1 ج). هذه الفئة من الحويصلات خارج الخلية هي مجموعة غير متجانسة مع مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام غير المنتظمة. ككائنات موت الخلايا المبرمج ، يتكثف الكروماتين داخل النواة وتبدأ العضيات في التفكك. بعد فترة وجيزة ، يتكون غشاء الخلية من الفقاعات ، وتتقلص الخلية ، وتتراجع العضيات. تشكل المحتويات السائبة للخلية المشوهة أساس الحويصلات المرتبطة بغشاء البلازما والمعروفة باسم الأجسام المبرمجة (30).


نقاش

النهج الموصوف في هذه الورقة يوفر فهمًا بديهيًا لكيفية استخدام V.م تم إنشاؤه بواسطة تدرج التركيز لأيونات K +. هذا النهج مكمل للنُهج الأخرى ، بما في ذلك مجموعة متنوعة من العروض التوضيحية والتمارين المختبرية والمحاكاة الحاسوبية. على سبيل المثال ، يوفر تجديد معلومات رايت (21) حول توليد إمكانات الراحة تحليلًا دقيقًا وشاملًا لمعادلة نرنست ، ويقدم شرحًا ممتازًا لكيفية تطوير المعادلة ، ويؤدي إلى فهم عميق للعملية على مستوى العدد الفعلي للأيونات المعنية. يمكن للمرء أن يجد مجموعة متنوعة من عمليات المحاكاة والتمارين المستندة إلى الكمبيوتر أو الويب التي تعلم Vم، بما في ذلك تلك التي أبلغ عنها باري (1) ودوير وآخرون. (3). هناك أيضًا العديد من عمليات المحاكاة والعروض المختبرية لـ V.م. طور Milanick (11) تصورًا بسيطًا وأنيقًا للتدرجات الأيونية التي تساهم في إمكانات الغشاء من خلال تغييرات اللون في المحلول. يستخدم هذا النهج مواد مذابة ملونة مختلفة لتمثيل كل نوع أيوني ، وشدة اللون كمؤشر للتركيز ، والصمامات لتمثيل الموصلية الأيونية. يستخدم Procopio (15a) النظائر الهيدروليكية لتعليم V.م مفهوم. استخدام الصمامات لتوصيل خزانات التدرج الأيوني بـ V.م الخزان ، يمثل هذا المؤلف إمكانات توازن مختلفة بارتفاع أعمدة المياه المختلفة في كل خزان ونماذج سعة الخلية بحجم Vم خزان. ارتفاع عمود الماء في V.م يمثل الخزان إمكانات الغشاء ويمكن أن يرتبط ارتباطًا مباشرًا بارتفاعات الأعمدة في خزانات التدرج الأيوني والدرجة النسبية لفتح صماماتها (11). موران وآخرون. (12) طور عرضًا مختبريًا بسيطًا وغير مكلف لتأسيس V.م عن طريق وضع تركيزات مختلفة من K + H2ص4 - على جانبي غشاء غسيل الكلى واستخدام مقياس الأس الهيدروجيني ككاشف. تم اتباع نهج مماثل بواسطة Shlyonsky (18) حيث تم استخدام مرشحات البولي لتأسيس إمكانات كهربية حيوية يمكن تسجيلها باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني.

كانت هناك العديد من الاستعدادات الحية المستخدمة لإثبات الإمكانات الكهربائية الحيوية. طور Thurman (20) مستحضرًا باستخدام عضلة الضفدع سارتوريوس لإظهار دور K + في الإعداد Vم واستخدمت أيضًا التمرين لتعليم الطلاب اختبار الفرضيات. ريبيرو فيلهو وآخرون. (16) استخدم الانقباضات في تحضير يشبه الحلقة من الشريان المساريقي للفئران كمؤشر للتغيرات في إمكانات الغشاء استجابة للتغيرات في التدرجات الأيونية. شواب وآخرون. (17) طور عرضًا توضيحيًا لـ V.م عن طريق قياس إمكانات الغشاء Xeonopus laevis البويضات استجابة للتغيرات التدريجية في K + الخارجية. كل هذه الأساليب متآزرة مع البرنامج البديهي الموصوف في هذه الورقة ، وأعتقد أنه إذا عمل الطلاب أولاً من خلال فهم حدسي ، فسيتم تعزيز هذه التجارب التكميلية. تتوفر سلسلة من شرائح PowerPoint التي تقدم هذا الأسلوب من المؤلف عند الطلب.


يستريح غشاء المحتملة

عندما لا ترسل خلية عصبية إشارة ، يقال إنها في حالة راحة. احتمالية الراحة لغشاء الخلية العصبية سلبية. هذا بسبب وجود أيونات الصوديوم خارج الخلية عادة أكثر من أيونات البوتاسيوم داخل الخلية.

يوجد أيضًا المزيد من أيونات البوتاسيوم داخل الخلية مقارنة بأيونات الصوديوم في هذا الوقت. هذا الاختلاف في التركيز النسبي للأيونات بين داخل الخلية وخارجها يخلق ما يعرف بالتدرج الكيميائي.

هذا التدرج الكيميائي يمر عبر غشاء الخلية العصبية. كل من هذه الأيونات تحمل شحنة ، فكلما زاد عدد الأيونات بشحنة معينة ، زادت الشحنة المحددة.

كلما زاد الاختلاف في الشحنة بين داخل وخارج الغشاء ، زادت الإمكانات أيضًا. في حالة الراحة ، توجد أيونات موجبة الشحنة خارج الخلية مقارنة بداخل الخلية. هذا يخلق فرقًا في الشحنة يسمى التدرج الكهربائي أو الجهد.

القنوات الأيونية

توليد جهد العمل والبوتاسيوم خارج الخلية

تحتوي الخلية العصبية على قنوات أيونية تسمح للأيونات بالدخول والخروج من الخلية. بعض هذه القنوات مفتوحة ولكن تتطلب العديد من القنوات إشارة قبل أن تتمكن من فتحها.

عندما تكون الخلية في وضع الراحة ، يتم إغلاق العديد من هذه القنوات الأيونية. أثناء استراحة الخلية ، يكون جهد الغشاء -70 مللي فولت ويرجع ذلك إلى الاختلاف في الشحنة عبر الغشاء. هذا يعني حقًا أن الجزء الداخلي للخلية أقل إيجابية بمقدار 70 مللي فولت من خارج الخلية.

يرتبط الاختلاف في الشحنة بتركيز الأيونات. توجد أيونات الصوديوم والبوتاسيوم في داخل الغشاء وخارجه. على الرغم من أن التركيزات النسبية لهذه الأيونات يمكن أن تتغير بالفعل ، مما يؤثر على إمكانات الغشاء.

حركة الأيونات

هناك تدفق للأيونات داخل وخارج الخلية في جميع الأوقات. ومع ذلك ، في أوقات معينة يمكن أن تتدفق بعض الأيونات بسهولة أكبر داخل الخلية أو خارجها. هذا بسبب القنوات الأيونية الخاصة في الغشاء.

هذه القنوات الأيونية هي في الواقع بروتينات تمتد على الغشاء ويمكن أن تنفتح للسماح بتدفق أو تدفق الأيونات. يتم الحفاظ على إمكانات الراحة السلبية للخلية العصبية بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

تعمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم على ضخ البوتاسيوم في الخلية وضخ الصوديوم خارج الخلية. تستخدم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم الطاقة من ATP لضخ الأيونات.

في كل مرة تعمل المضخة فإنها تحرك الصوديوم خارج الخلية والبوتاسيوم داخل الخلية. مقابل كل ثلاثة أيونات صوديوم تتحرك ، يتم نقل اثنين من أيونات البوتاسيوم. يتم ذلك من أجل الحفاظ على إمكانات غشاء الراحة.

بعض القنوات الأيونية قابلة للاختراق بشكل انتقائي مما يعني أنها تسمح فقط لأيونات معينة بالانتقال عبر الغشاء. وبالتالي توجد قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي وقنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي.


ملخص المؤلف

هناك مجموعة مهمة من البروتينات ، وناقلات ثانوية نشطة ، وهي أجزاء متكاملة من الأغشية والتي تعمل كمضخات جزيئية لتحريك جزيئات معينة ، يشار إليها غالبًا باسم البضائع ، عبر تلك الأغشية. هذه عملية نشطة تستغل عادةً الطاقة الكامنة في التدرجات الأيونية التي تحتفظ بها الخلايا عبر أغشيتها. العديد من شركات النقل تربط حمولتها بشكل ضعيف لأن هذا مطلب مادي للنقل السريع وهذا يخلق مشكلة أنهم سيفشلون بعد ذلك في التمييز بين الشحنة الصحيحة والجزيئات المماثلة كيميائيًا التي سيكون لها تأثير ضار إذا تم نقلها. هنا ، نستكشف الفرضية القائلة بأن هذا التمييز يمكن تعزيزه من خلال العمليات البيوكيميائية المعروفة في الأدبيات باسم "التدقيق اللغوي" و / أو "التحرير". يتضمن هذا الاستكشاف توسيع نموذج حركي راسخ لناقل معروف من V. parhaemolyticus (vSGLT) الذي ينقل التحليل الرياضي للسكريات للنموذج الموسع للحل العددي للمعادلات التفاضلية في قلب النموذج الموسع ومجموعة من عمليات البحث في قاعدة البيانات ودراسات الالتحام الجزيئي التي تثبت وجود جزيئات سامة مشابهة بدرجة كافية للبضائع المستهدفة أنه يمكن نقلها بواسطة vSGLT. نستنتج أن التدقيق اللغوي / التحرير هو إضافة معقولة إلى مجموعة وسائل النقل النشطة الثانوية التي من شأنها حل لغز التمييز الموصوف أعلاه. نلاحظ أيضًا أن تفاصيل النموذج المبلغ عنها هنا تكشف عن جانب مثير للاهتمام من سلوك التصحيح / التحرير (انتقائية غير محدودة) ، على حد علمنا ، لم يتم الإبلاغ عنه مسبقًا.

الاقتباس: Bisignano P ، Lee MA ، George A ، Zuckerman DM ، Grabe M ، Rosenberg JM (2020) آلية حركية لتعزيز انتقائية النقل الغشائي. بلوس كومبوت بيول 16 (7): e1007789. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007789

محرر: أفنير شليسنجر ، كلية الطب في إيكان في جبل سيناء ، الولايات المتحدة

تم الاستلام: 30 يوليو 2019 وافقت: 13 مارس 2020 نشرت: 2 يوليو 2020

حقوق النشر: © 2020 Bisignano et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ في أي وسيط ، بشرط ذكر المؤلف والمصدر الأصليين.

توافر البيانات: جميع البيانات ذات الصلة موجودة داخل المخطوطة وملفات المعلومات الداعمة الخاصة بها.

التمويل: تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (NIH ، https://www.nih.gov) منح GM089740-01A1 (MG and JMR) ، مؤسسة العلوم الوطنية (NSF ، https://www.nsf.gov) منحة MCB 1715823 (DMZ) ، وجمعية القلب الأمريكية (AHA ، https://www.heart.org) زمالة ما بعد الدكتوراه 18POST33960587 (PB). لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.


سؤال: ما هو تأثير فرط بوتاسيوم الدم على إمكانات غشاء الخلية؟ -وصف التأثير على سعة الغشاء عند زيادة سرعة التوصيل. - اشرح الفترة المطلقة والحرارية لإمكانات العمل. السؤال 4 يصف بالتفصيل كيف أن الشروط التالية تعدل قوى الزرزور في الشعيرات الدموية والترشيح.

ما هو تأثير فرط بوتاسيوم الدم على إمكانات غشاء الخلية؟ -وصف التأثير على سعة الغشاء عند زيادة سرعة التوصيل. -شرح الفترة المطلقة والحرارية لإمكانية العمل.

السؤال 4 وصف بالتفصيل كيف أن الشروط التالية تعدل قوى ستارلينج في الشعيرات الدموية وعملية الترشيح (الجفاف الشديد - التصريف اللمفاوي - إفراز الهرمون المضاد لإدرار البول (SIADH) غير المناسب - مرض كبدي شديد)

السؤال 5 اشرح كيف أن الشروط التالية تعدل الحجم والأوزموليات في المقصورات خارج الخلية وداخل الخلايا ، ارسم مخطط دارو يانيت في كل حالة الجفاف الشديد الإسهال الشديد في الغدد الكظرية.


ملاحظات ختامية

يتطور مجال علم الأحياء للمركبات الكهربائية ويتوسع بسرعة ، مما يؤثر على جميع التخصصات الطبية الحيوية تقريبًا ، من علم الأورام والتوليد إلى علم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا البحرية. التحدي الرئيسي في أبحاث المركبات الكهربائية هو تنوع الحويصلات الضخم والذي لا يحظى بالتقدير الكافي. تنبع العديد من العقبات في فهم وظيفة EV من عدم قدرتنا على فصل مجموعة معقدة من الحويصلات إلى فئات فرعية ذات أحجام معينة ، وتركيبات ، ومسارات بيولوجية وراثية. على الرغم من كثرة المنشورات الجديدة حول المركبات الكهربائية ، إلا أن العديد من الفرضيات الأساسية المتعلقة بوظيفتها لا تزال بحاجة إلى اختبار تجريبي. والجدير بالذكر أن معظم الدراسات في مجال بيولوجيا المركبات الكهربائية قد أجريت في المختبر وباستخدام خطوط الخلايا التي قد تؤثر فيها ظروف الثقافة الخاصة بالتجربة على السمات البيوكيميائية والفيزيائية الحيوية للمركبات الكهربائية. أي من هذه النتائج التجريبية يمكن استقراءها لنظام في الجسم الحي؟ على الرغم من الشكوك العرضية ، فقد تم إثبات بضع ملاحظات على الأقل بما لا يدع مجالاً للشك ، مما يبرر وجود المجال: تطلق الخلايا EVs ليس فقط في المختبر ولكن أيضًا في الجسم الحي ، وتم عزل أنواع مختلفة من الحويصلات وتحليلها من جميع سوائل الجسم. علاوة على ذلك ، فإن عدد المركبات الكهربائية وتغيرات تكوينها في المرض يوفر الأمل في إمكانية استخدام الخزعات السائلة المعتمدة على EV في التشخيص [8،68].

يعتمد التواصل بين الخلايا والخلايا المستندة إلى EV على قدرة الحويصلات على توصيل الجزيئات النشطة بيولوجيًا إلى الخلايا الأخرى [69]. تم التحقق من صحة هذا في الغالب في المختبر. تتيح التجارب الحديثة باستخدام نماذج حيوانية [70-72] تتبع المركبات الكهربائية إلى خلاياها الأصلية ، مما يوفر دليلًا قويًا يدعم وظيفة EV مهمة في الجسم الحي.

لا يزال استنساخ البيانات يمثل تحديًا في هذا المجال. يتم تضخيم هذا التحدي من خلال تنوع المركبات الكهربائية في الخلايا المستنبتة وفي سوائل الجسم. قد تؤدي الانحرافات الصغيرة في بروتوكولات العزل إلى مجموعة من مجموعات المركبات الكهربائية المختلفة. يمكن حل مشكلة عدم القدرة على الإنتاج بين المختبرات من خلال تطوير ونشر تقنيات فعالة تسمح بعزل أفضل للمركبات الكهربائية ، وتوصيف الحجم ، وتعريف تركيبة البضائع. أوراق الموقف من قبل ISEV و ERCC [7-9] ومنصات الويب والمعلومات من قبل اتحاد شفافية التقارير والمعرفة المركزية في أبحاث الحويصلات خارج الخلية (EV-TRACK) ([73] ، www.evtrack.org) تمثل خطوات مهمة في التغلب على هذه المشاكل. هناك المزيد مما يتعين القيام به في مجال البحوث الطبية الحيوية.

كما هو الحال مع التخصصات العلمية الأخرى ، يمضي علم المركبات الكهربائية إلى الأمام من خلال مجموعة من الأفكار والتقنيات الجديدة والملاحظات الذكية والتحليل الدقيق للبيانات. حاليًا ، يبدو أن مجال السيارات الكهربائية غني بالأفكار ولكنه يفتقر إلى التقنيات المناسبة لاختبار هذه الأفكار. تم إحراز تقدم ومن المحتمل أن يساعد في حل بعض الألغاز المدرجة هنا. ومن الأمثلة على ذلك التقنيات التي تستهدف تحليل الحويصلة المفردة [74،75] ، والتي ستوفر رؤى أكبر حول نوع الحويصلة والتنوع. سيكشف تطوير التقنيات الجديدة وقبولها من قبل العلماء في مجالات البحث المختلفة عن الخصائص الوظيفية والهيكلية الجديدة للمركبات الكهربائية التي ستدفع المجال في نهاية المطاف إلى طليعة الطب الحيوي ، على قدم المساواة ، في نهاية المطاف ، مع المجالات العامة الأخرى ، مثل علم الفيروسات ، بيولوجيا الخلية وعلم المناعة.


شاهد الفيديو: الأحياء متقدم - صف 11 - تركيب الغشاء الخلوي (كانون الثاني 2022).