5.2: Passive Usafiri

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza kwa nini na jinsi usafiri wa passiv hutokea
• Kuelewa mchakato wa osmosis na utbredningen
• Kufafanua tonicity na kuelezea umuhimu wake kwa usafiri passiv

Vipande vya plasma lazima kuruhusu vitu fulani kuingia na kuondoka kiini, na kuzuia vifaa vingine vya hatari kuingia na vifaa vingine muhimu kutoka kuondoka. Kwa maneno mengine, utando wa plasma huchaguliwa kwa urahisi —huruhusu vitu vingine kupitisha, lakini sio wengine. Kama wangekuwa kupoteza kuchagua hii, kiini bila tena kuwa na uwezo wa kuendeleza yenyewe, na ingekuwa kuharibiwa. Baadhi ya seli zinahitaji kiasi kikubwa cha vitu maalum kuliko seli zingine; lazima ziwe na njia ya kupata vifaa hivi kutokana na majimaji ya ziada. Hii inaweza kutokea passively, kama vifaa fulani hoja na kurudi, au kiini inaweza kuwa na taratibu maalum ambayo kuwezesha usafiri. Vifaa vingine ni muhimu sana kwa seli ambayo inatumia baadhi ya nishati yake, hidrolyzing adenosine triphosphate (ATP), ili kupata vifaa hivi. Seli nyekundu za damu hutumia baadhi ya nishati zao kufanya hivyo tu. Seli zote hutumia nguvu nyingi ili kudumisha usawa wa ions za sodiamu na potasiamu kati ya mambo ya ndani na nje ya seli.

Aina ya moja kwa moja ya usafiri wa membrane ni passive. Usafiri wa passiv ni jambo la kawaida linalojitokeza na hauhitaji kiini kuitumia nishati yoyote ili kukamilisha harakati. Katika usafiri wa passive, vitu huhamia kutoka eneo la ukolezi wa juu hadi eneo la ukolezi wa chini. Sehemu ya kimwili ambayo kuna viwango mbalimbali vya dutu moja inasemekana kuwa na gradient ya mkusanyiko.

Uteuzi upenyezaji

Vipande vya plasma ni asymmetric: mambo ya ndani ya membrane hayafanani na nje ya membrane. Kwa kweli, kuna tofauti kubwa kati ya safu ya phospholipids na protini kati ya vipeperushi viwili vinavyounda utando. Katika mambo ya ndani ya membrane, baadhi ya protini hutumikia nanga utando kwa nyuzi za cytoskeleton. Kuna protini za pembeni kwenye nje ya membrane ambayo hufunga vipengele vya tumbo la ziada. Karodi, zilizounganishwa na lipids au protini, pia hupatikana kwenye uso wa nje wa membrane ya plasma. Complexes hizi za kabohaidreti husaidia kiini kumfunga vitu ambavyo seli inahitaji katika maji ya ziada. Hii inaongeza sana kwa asili ya kuchagua ya membrane ya plasma (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Uso wa nje wa membrane ya plasma haufanani na uso wa ndani wa membrane sawa.

Kumbuka kwamba utando wa plasma ni amphilic: Wana mikoa ya hydrophilic na hydrophobic. Tabia hii husaidia harakati za vifaa vingine kupitia membrane na kuzuia harakati za wengine. Vifaa vya mumunyifu wa lipid na uzito wa chini wa Masi vinaweza kuingizwa kwa urahisi kupitia msingi wa lipid ya hydrophobic ya membrane. Vitu kama vile vitamini vya mumunyifu mafuta A, D, E, na K hupita kwa urahisi kupitia utando wa plasma katika njia ya utumbo na tishu nyingine. Madawa ya kulevya na homoni pia hupata kuingia rahisi ndani ya seli na husafirishwa kwa urahisi ndani ya tishu za mwili na viungo. Molekuli za oksijeni na dioksidi kaboni hazina malipo na hivyo hupita kupitia membrane kwa kutenganishwa rahisi.

Dutu za polar zinawasilisha matatizo kwa membrane. Wakati baadhi ya molekuli polar kuungana kwa urahisi na nje ya seli, hawawezi kwa urahisi kupita katika msingi lipid ya utando plasma. Zaidi ya hayo, wakati ions ndogo zinaweza kuingizwa kwa urahisi kupitia nafasi katika mosaic ya membrane, malipo yao yanawazuia kufanya hivyo. Ions kama vile sodiamu, potasiamu, kalsiamu, na kloridi lazima iwe na njia maalum za kupenya utando wa plasma. Sukari rahisi na asidi za amino pia zinahitaji msaada na usafiri katika utando wa plasma, unaopatikana na protini mbalimbali za transmembrane (njia).

Utangazaji

Kutenganishwa ni mchakato wa usafiri wa usafiri. Dutu moja huelekea kuhamia kutoka eneo la mkusanyiko wa juu hadi eneo la ukolezi mdogo mpaka mkusanyiko uwe sawa katika nafasi. Wewe ni ukoo na utbredningen wa vitu kwa njia ya hewa. Kwa mfano, fikiria juu ya mtu kufungua chupa ya amonia katika chumba kilichojaa watu. Gesi ya amonia iko kwenye ukolezi wake wa juu katika chupa; ukolezi wake wa chini kabisa ni kando ya chumba. Mvuke wa amonia utaenea, au kuenea mbali, kutoka chupa, na hatua kwa hatua, watu zaidi na zaidi watasikia harufu ya amonia inapoenea. Vifaa huhamia ndani ya cytosol ya seli kwa kutenganishwa, na vifaa vingine vinahamia kupitia utando wa plasma kwa kutenganishwa (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Utbredningen haitumii nishati yoyote. Kinyume chake, gradients ya mkusanyiko ni aina ya nishati inayoweza kutolewa, ikitenganishwa kama gradient imeondolewa.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kutenganishwa kwa njia ya membrane inayoweza kupunguzwa husababisha dutu kutoka eneo la ukolezi wa juu (maji ya ziada, katika kesi hii) chini ya mkusanyiko wake wa mkusanyiko (ndani ya cytoplasm). (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villareal)

Kila dutu tofauti kati, kama vile maji ya ziada, ina gradient yake ya ukolezi, huru ya gradients ya mkusanyiko wa vifaa vingine. Kwa kuongeza, kila dutu itaenea kulingana na gradient hiyo. Ndani ya mfumo, kutakuwa na viwango tofauti vya kutenganishwa kwa vitu tofauti kati.

Mambo yanayoathiri Usambazaji

Molekuli huhamia daima kwa njia ya random, kwa kiwango ambacho kinategemea wingi wao, mazingira yao, na kiasi cha nishati ya joto wanayo nayo, ambayo kwa upande wake ni kazi ya joto. Mwendo huu akaunti kwa ajili ya utbredningen ya molekuli kupitia chochote kati ambayo wao ni localized. Dutu hii itaelekea kuingia katika nafasi yoyote inayopatikana hadi itakaposambazwa sawasawa. Baada ya dutu imeenea kabisa kwa njia ya nafasi, kuondoa mkusanyiko wake wa mkusanyiko, molekuli bado zitazunguka katika nafasi, lakini hakutakuwa na harakati ya wavu ya idadi ya molekuli kutoka eneo moja hadi nyingine. Ukosefu huu wa gradient ya ukolezi ambayo hakuna harakati ya wavu ya dutu inajulikana kama usawa wa nguvu. Wakati utbredningen itaendelea mbele ya mkusanyiko gradient ya dutu, sababu kadhaa kuathiri kiwango cha utbredningen.

• Kiwango cha gradient ya ukolezi: Tofauti kubwa katika ukolezi, kuenea kwa kasi zaidi. Karibu usambazaji wa nyenzo hupata usawa, polepole kiwango cha kutenganishwa kinakuwa.
• Misa ya molekuli diffusing: Molekuli nzito hoja polepole zaidi; kwa hiyo, wao kueneza polepole zaidi. Reverse ni kweli kwa molekuli nyepesi.
• Joto: Joto la juu huongeza nishati na hivyo harakati za molekuli, na kuongeza kiwango cha kutenganishwa. Joto la chini hupunguza nishati ya molekuli, hivyo kupunguza kiwango cha kutenganishwa.
• Uzito wa kutengenezea: Kama wiani wa kutengenezea huongezeka, kiwango cha kutenganishwa hupungua. Molekuli hupungua kwa sababu zina wakati mgumu zaidi kupata kupitia katikati ya denser. Ikiwa kati ni ndogo sana, ugawanyiko huongezeka. Kwa sababu seli hasa hutumia utbredningen kuhamisha vifaa ndani ya saitoplazimu, ongezeko lolote la wiani wa saitoplazimu litazuia harakati za vifaa. Mfano wa hii ni mtu anayepata maji mwilini. Kama seli za mwili zinapoteza maji, kiwango cha kutenganishwa hupungua katika cytoplasm, na kazi za seli zinaharibika. Neurons huwa na nyeti sana kwa athari hii. Ukosefu wa maji mwilini mara nyingi husababisha kutofahamu na uwezekano wa kukosa fahamu kwa sababu ya kupungua kwa kiwango cha kutenganishwa ndani ya seli.
• Umumunyifu: Kama ilivyojadiliwa hapo awali, vifaa vya nonpolar au lipid mumunyifu hupita kupitia utando wa plasma kwa urahisi zaidi kuliko vifaa vya polar, kuruhusu kiwango cha kasi cha kutenganishwa.
• Eneo la uso na unene wa membrane ya plasma: Kuongezeka kwa eneo la uso huongeza kiwango cha kutenganishwa, wakati utando mkubwa hupunguza.
• Umbali uliotembea: Umbali mkubwa ambao dutu lazima usafiri, polepole kiwango cha utbredningen. Hii inaweka kiwango cha juu juu juu ya ukubwa wa seli. Kiini kikubwa cha spherical kitakufa kwa sababu virutubisho au taka haziwezi kufikia au kuacha katikati ya seli, kwa mtiririko huo. Kwa hiyo, seli lazima iwe ndogo kwa ukubwa, kama ilivyo katika prokaryotes nyingi, au kupigwa gorofa, kama ilivyo na eukaryotes nyingi za seli.

Tofauti ya utbredningen ni mchakato wa filtration. Katika filtration, nyenzo huenda kulingana na gradient yake ya ukolezi kupitia membrane; wakati mwingine kiwango cha utbredningen kinaimarishwa na shinikizo, na kusababisha vitu kuchuja haraka zaidi. Hii hutokea katika figo, ambapo shinikizo la damu husababisha kiasi kikubwa cha maji na kuambatana na vitu vilivyoharibika, au solutes, nje ya damu na ndani ya tubules ya figo. Kiwango cha utbredningen katika mfano huu ni karibu kabisa tegemezi juu ya shinikizo. Moja ya madhara ya shinikizo la damu ni kuonekana kwa protini katika mkojo, ambayo “imefungwa kupitia” na shinikizo la kawaida.

Kuwezeshwa usafiri

Katika usafiri uliowezeshwa, pia huitwa usambazaji wa kuwezeshwa, vifaa vinaenea kwenye membrane ya plasma kwa msaada wa protini za membrane. Gradient ya mkusanyiko ipo ambayo ingeweza kuruhusu vifaa hivi kuenea ndani ya seli bila kutumia nishati ya mkononi. Hata hivyo, vifaa hivi ni ions ni molekuli za polar ambazo zinakabiliwa na sehemu za hydrophobic za membrane ya seli. Protini za usafiri zilizowezeshwa zinalinda vifaa hivi kutokana na nguvu ya kupuuza ya membrane, na kuwaruhusu kuenea ndani ya seli.

Vifaa vinavyotumwa ni vya kwanza vinaunganishwa na protini au glycoprotein receptors kwenye uso wa nje wa membrane ya plasma. Hii inaruhusu nyenzo zinazohitajika na kiini kuondolewa kwenye maji ya ziada. Dutu hizo hupitishwa kwa protini maalum muhimu zinazowezesha kifungu chao. Baadhi ya protini hizi muhimu ni makusanyo ya karatasi zilizojaa beta ambazo huunda pore au channel kupitia bilayer ya phospholipid. Wengine ni carrier protini ambayo kumfunga na dutu na kusaidia utbredningen yake kupitia membrane.

Channels

Protini muhimu zinazohusika katika usafiri wa kuwezeshwa zinajulikana kwa pamoja kama protini za usafiri, na zinafanya kazi kama njia ama kwa ajili ya vifaa au flygbolag. Katika matukio hayo yote, ni protini za transmembrane. Vituo ni maalum kwa dutu inayosafirishwa. Protini za channel zina vikoa vya hydrophilic vilivyo wazi kwa maji ya ndani ya seli na ya ziada; wao pia wana kituo cha hydrophilic kupitia msingi wao ambao hutoa ufunguzi wa hidrati kupitia tabaka za membrane (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Njia kupitia kituo inaruhusu misombo ya polar kuepuka safu ya kati ya nonpolar ya membrane ya plasma ambayo ingeweza kupunguza au kuzuia kuingia kwao ndani ya seli. Aquaporins ni protini za channel zinazoruhusu maji kupita kwenye utando kwa kiwango cha juu sana.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Kuwezeshwa usafiri hatua dutu chini mkusanyiko gradients yao. Wanaweza kuvuka utando wa plasma kwa msaada wa protini za channel. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villareal)

Protini za channel zinafunguliwa wakati wote au “zimefungwa,” ambazo hudhibiti ufunguzi wa kituo. Kiambatisho cha ion fulani kwenye protini ya kituo kinaweza kudhibiti ufunguzi, au taratibu nyingine au vitu vinaweza kuhusishwa. Katika tishu fulani, ions za sodiamu na kloridi hupita kwa uhuru kupitia njia za wazi, wakati katika tishu nyingine mlango lazima ufunguliwe ili kuruhusu kifungu. Mfano wa hii hutokea katika figo, ambapo aina zote mbili za njia zinapatikana katika sehemu tofauti za tubules za figo. Seli zinazohusika katika maambukizi ya msukumo wa umeme, kama vile seli za neva na misuli, zina njia za gated za sodiamu, potasiamu, na kalsiamu katika utando wao. Ufunguzi na kufungwa kwa njia hizi hubadilisha viwango vya jamaa kwenye pande za kupinga za utando wa ions hizi, na kusababisha uwezeshaji wa maambukizi ya umeme kwenye membrane (katika kesi ya seli za ujasiri) au katika contraction ya misuli (katika kesi ya seli za misuli).

Carrier Protini

Aina nyingine ya protini iliyoingia kwenye membrane ya plasma ni protini ya carrier. Protini hii inayoitwa vizuri hufunga dutu na, kwa kufanya hivyo, husababisha mabadiliko ya sura yake mwenyewe, kusonga molekuli iliyofungwa kutoka nje ya seli hadi mambo yake ya ndani (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)); kulingana na gradient, nyenzo zinaweza kuhamia kinyume chake. Protini za carrier ni kawaida maalum kwa dutu moja. Uchaguzi huu unaongeza kwa uchaguzi wa jumla wa membrane ya plasma. Utaratibu halisi wa mabadiliko ya sura haueleweki vizuri. Protini zinaweza kubadilisha sura wakati vifungo vyao vya hidrojeni vinaathiriwa, lakini hii haiwezi kueleza kikamilifu utaratibu huu. Kila protini ya carrier ni maalum kwa dutu moja, na kuna idadi ya mwisho ya protini hizi katika membrane yoyote. Hii inaweza kusababisha matatizo katika kusafirisha vifaa vya kutosha kwa kiini kufanya kazi vizuri. Wakati protini zote zimefungwa kwa ligands zao, zinajaa na kiwango cha usafiri ni kiwango cha juu. Kuongezeka kwa gradient ya ukolezi kwa hatua hii haitasababisha kiwango cha usafiri.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Dutu zingine zinaweza kusonga chini ya mkusanyiko wao kwenye membrane ya plasma kwa msaada wa protini za carrier. Protini za carrier hubadilisha sura kama zinavyohamisha molekuli kwenye utando. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villareal)

Mfano wa mchakato huu hutokea katika figo. Glucose, maji, chumvi, ions, na amino asidi zinazohitajika na mwili huchujwa katika sehemu moja ya figo. Filtrate hii, ambayo inajumuisha glucose, inarejeshwa tena katika sehemu nyingine ya figo. Kwa sababu kuna idadi ya mwisho ya protini za carrier kwa glucose, ikiwa glucose zaidi iko kuliko protini zinaweza kushughulikia, ziada haipatikani na hutolewa kutoka kwenye mwili kwenye mkojo. Katika mtu wa kisukari, hii inaelezewa kama “kumwagika glucose ndani ya mkojo.” Kikundi tofauti cha protini za carrier kinachoitwa protini za usafiri wa glucose, au GLUTs, huhusika katika kusafirisha glucose na sukari nyingine za hexose kupitia utando wa plasma ndani ya mwili.

Channel na carrier protini usafiri vifaa kwa viwango tofauti. Protini za channel husafirisha haraka zaidi kuliko protini za carrier. Protini za channel zinawezesha utbredningen kwa kiwango cha mamilioni ya molekuli kwa sekunde, wakati protini za carrier zinafanya kazi kwa kiwango cha molekuli elfu hadi milioni kwa sekunde.

Osmosis

Osmosis ni harakati ya maji kwa njia ya utando wa semipermit kulingana na mkusanyiko wa maji kwenye membrane, ambayo ni inversely sawia na mkusanyiko wa solutes. Wakati utbredningen husafirisha nyenzo katika utando na ndani ya seli, osmosis husafirisha maji tu kwenye membrane na utando hupunguza utbredningen wa solutes katika maji. Haishangazi, aquaporins zinazowezesha harakati za maji zina jukumu kubwa katika osmosis, maarufu zaidi katika seli nyekundu za damu na utando wa tubules za figo.

Mfumo

Osmosis ni kesi maalum ya kutenganishwa. Maji, kama vitu vingine, huenda kutoka eneo la mkusanyiko wa juu hadi moja ya ukolezi mdogo. Swali la wazi ni nini kinachofanya maji kusonga wakati wote? Fikiria beaker yenye membrane isiyoweza kutenganisha pande mbili au nusu (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Pande zote mbili za utando kiwango cha maji ni sawa, lakini kuna viwango tofauti vya dutu iliyoyeyushwa, au solute, ambayo haiwezi kuvuka utando (vinginevyo viwango vya kila upande vingekuwa na usawa na solute kuvuka utando). Ikiwa kiasi cha suluhisho pande zote mbili za membrane ni sawa, lakini viwango vya solute ni tofauti, basi kuna kiasi tofauti cha maji, kutengenezea, upande wowote wa membrane.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Katika osmosis, maji daima huenda kutoka eneo la mkusanyiko wa juu wa maji hadi moja ya ukolezi wa chini. Katika mchoro umeonyeshwa, solute haiwezi kupita kwenye membrane inayoweza kupunguzwa, lakini maji yanaweza.

Ili kuonyesha hili, fikiria glasi mbili kamili za maji. Mmoja ana kijiko moja cha sukari ndani yake, wakati wa pili ina kikombe cha robo moja ya sukari. Ikiwa kiasi cha jumla cha ufumbuzi katika vikombe vyote ni sawa, ni kikombe gani kina maji zaidi? Kwa sababu kiasi kikubwa cha sukari katika kikombe cha pili huchukua nafasi zaidi kuliko kijiko cha sukari katika kikombe cha kwanza, kikombe cha kwanza kina maji zaidi ndani yake.

Kurudi kwa mfano wa beaker, kumbuka kuwa ina mchanganyiko wa solutes upande wowote wa membrane. Kanuni ya utbredningen ni kwamba molekuli kuzunguka na kuenea sawasawa katika kati kama wanaweza. Hata hivyo, nyenzo pekee zinazoweza kupata kupitia membrane zitaenea kwa njia hiyo. Katika mfano huu, solute haiwezi kueneza kupitia utando, lakini maji yanaweza. Maji ina gradient mkusanyiko katika mfumo huu. Kwa hiyo, maji yatapungua chini ya mkusanyiko wake, kuvuka utando kwa upande ambapo haujilimbikizia. Ugawanyiko huu wa maji kwa njia ya membrane—osmosis-utaendelea hadi kiwango cha mkusanyiko wa maji kinakwenda sifuri au mpaka shinikizo la hydrostatic la maji linaposawazisha shinikizo la kiosmotiki. Osmosis inaendelea daima katika mifumo ya maisha.

Tonicity

Tonicity inaelezea jinsi suluhisho la ziada linaweza kubadilisha kiasi cha seli kwa kuathiri osmosis. Toni ya suluhisho mara nyingi inahusiana moja kwa moja na osmolarity ya suluhisho. Osmolarity inaelezea mkusanyiko wa jumla wa suluhisho. Suluhisho lenye osmolarity ya chini lina idadi kubwa ya molekuli za maji kuhusiana na idadi ya chembe za solute; suluhisho yenye osmolarity ya juu ina molekuli chache za maji kuhusiana na chembe za solute. Katika hali ambayo ufumbuzi wa osmolarities mbili tofauti hutenganishwa na utando unaoweza kupunguzwa kwa maji, ingawa si kwa solute, maji yatatoka upande wa utando na osmolarity ya chini (na maji zaidi) kwa upande wa osmolarity ya juu (na chini ya maji). Athari hii inakuwa na maana ikiwa unakumbuka kwamba solute haiwezi kuhamia kwenye membrane, na hivyo sehemu pekee katika mfumo ambayo inaweza kuhamia-maji-huenda pamoja na gradient yake ya ukolezi. Tofauti muhimu inayohusu mifumo ya maisha ni kwamba osmolarity hupima idadi ya chembe (ambayo inaweza kuwa molekuli) katika suluhisho. Kwa hiyo, suluhisho ambalo ni mawingu na seli linaweza kuwa na osmolarity ya chini kuliko suluhisho iliyo wazi, ikiwa suluhisho la pili lina molekuli zilizovunjika zaidi kuliko kuna seli.

Ufumbuzi wa Hypotonic

Neno tatu-hypotonic, isotonic, na hypertonic-hutumiwa kuhusisha osmolarity ya kiini kwa osmolarity ya maji ya ziada ambayo ina seli. Katika hali ya hypotonic, maji ya ziada ya ziada yana osmolarity ya chini kuliko maji ndani ya seli, na maji huingia kwenye seli. (Katika mifumo ya maisha, hatua ya kumbukumbu daima ni cytoplasm, hivyo kiambishi awali hypo - ina maana kwamba maji ya ziada ya seli ina mkusanyiko wa chini wa solutes, au osmolarity ya chini, kuliko cytoplasm ya seli.) Pia ina maana kwamba maji ya ziada yana mkusanyiko mkubwa wa maji katika suluhisho kuliko seli. Katika hali hii, maji yatafuata gradient yake ya ukolezi na kuingia kiini.

Ufumbuzi wa Hypertonic

Kama kwa suluhisho la hypertonic, kiambishi awali hyper - inahusu maji ya ziada yenye osmolarity ya juu kuliko cytoplasm ya seli; kwa hiyo, maji yana maji kidogo kuliko kiini. Kwa sababu kiini kina mkusanyiko mkubwa wa maji, maji yatatoka kiini.

Ufumbuzi wa Isotonic

Katika suluhisho la isotonic, maji ya ziada ya ziada yana osmolarity sawa na kiini. Ikiwa osmolarity ya kiini inafanana na ile ya maji ya ziada, hakutakuwa na harakati ya wavu ya maji ndani au nje ya seli, ingawa maji yataendelea kuingia na nje. Seli za damu na seli za mimea katika ufumbuzi wa hypertonic, isotonic, na hypotonic huchukua maonyesho ya tabia (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)).

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Shinikizo la Osmotic hubadilisha sura ya seli nyekundu za damu katika ufumbuzi wa hypertonic, isotonic, na hypotonic. (mikopo: Mariana Ruiz Villareal)

Daktari anajenga mgonjwa na kile daktari anadhani ni suluhisho la salini ya isotonic. Mgonjwa hufa, na autopsy inaonyesha kwamba seli nyingi za damu nyekundu zimeharibiwa. Je! Unafikiri suluhisho ambalo daktari alijitokeza lilikuwa isotonic kweli?

Unganisha na Kujifunza

Kwa video inayoonyesha mchakato wa utbredningen katika ufumbuzi, tembelea tovuti hii.

Tonicity katika Mifumo ya Hai

Katika mazingira ya hypotonic, maji huingia kwenye seli, na seli huongezeka. Katika hali ya isotonic, viwango vya jamaa vya solute na kutengenezea ni sawa pande zote mbili za membrane. Hakuna harakati ya maji ya wavu; kwa hiyo, hakuna mabadiliko katika ukubwa wa seli. Katika suluhisho la hypertonic, maji huacha kiini na kiini hupungua. Ikiwa hali ya hypo- au mfumuko huenda kwa ziada, kazi za kiini zinaathirika, na kiini kinaweza kuharibiwa.

Seli nyekundu ya damu itapasuka, au lyse, inapoongezeka zaidi ya uwezo wa utando wa plasma kupanua. Kumbuka, utando unafanana na mosaic, na nafasi za kipekee kati ya molekuli zinazoifanya. Ikiwa kiini kinaongezeka, na nafasi kati ya lipids na protini kuwa kubwa mno, kiini kitavunja.

Kwa upande mwingine, wakati kiasi kikubwa cha maji kinatoka kwenye seli nyekundu ya damu, kiini hupungua, au husababisha. Hii ina athari ya kuzingatia solutes iliyobaki katika seli, na kufanya cytosol denser na kuingilia kati na utbredningen ndani ya seli. Uwezo wa kiini wa kufanya kazi utaathirika na pia huweza kusababisha kifo cha seli.

Vitu viishivyo mbalimbali vina njia za kudhibiti madhara ya osmosis—utaratibu unaoitwa osmoregulation. Viumbe vingine, kama vile mimea, fungi, bakteria, na baadhi ya protisti, wana kuta za seli zinazozunguka utando wa plasma na kuzuia lisisi ya seli katika suluhisho la hypotonic. Utando wa plasma unaweza kupanua tu hadi kikomo cha ukuta wa seli, hivyo kiini hakitapungua. Kwa kweli, cytoplasm katika mimea daima ni hypertonic kidogo kwa mazingira ya seli, na maji daima kuingia kiini kama maji inapatikana. Uingizaji huu wa maji hutoa shinikizo la turgor, ambalo linaimarisha kuta za seli za mmea (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Katika mimea isiyo ya kawaida, shinikizo la turgor linasaidia mmea. Kwa upande mwingine, ikiwa mmea hauna maji, maji ya ziada yatakuwa hypertonic, na kusababisha maji kuondoka kiini. Katika hali hii, kiini haipunguki kwa sababu ukuta wa seli hauwezi kubadilika. Hata hivyo, utando wa seli huzuia kutoka ukuta na hupunguza cytoplasm. Hii inaitwa plasmolysis. Mimea hupoteza shinikizo la turgor katika hali hii na wilt (Kielelezo\(\PageIndex{9}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Shinikizo la turgor ndani ya kiini cha mmea hutegemea tonicity ya suluhisho ambalo linaogelea. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villareal)

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Bila maji ya kutosha, mmea upande wa kushoto umepoteza shinikizo la turgor, inayoonekana katika uharibifu wake; shinikizo la turgor linarejeshwa kwa kumwagilia (kulia). (mikopo: Victor M. Vicente Selvas)

Tonicity ni wasiwasi kwa vitu vyote vilivyo hai. Kwa mfano, paramecia na amoebas, ambazo ni protists ambazo hazina kuta za seli, zina vacuoles za mikataba. Kipande hiki kinakusanya maji ya ziada kutoka kwenye seli na kuipiga nje, kuweka kiini kutoka kwenye lysing kama inachukua maji kutoka kwenye mazingira yake.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Vacuole ya mikataba ya paramecium, hapa inaonyeshwa kwa kutumia hadubini ya mwanga wa shamba kwenye ukuzaji wa 480x, daima hupiga maji nje ya mwili wa viumbe ili kuizuia kupasuka katikati ya hypotonic. (mikopo: mabadiliko ya kazi na NIH; data ya kiwango cha bar kutoka Matt Russell)

Invertebrates nyingi za baharini zina viwango vya chumvi vya ndani vinavyolingana na mazingira yao, na kuwafanya isotonic na maji wanayoishi. Samaki, hata hivyo, lazima kutumia takriban asilimia tano ya nishati yao metabolic kudumisha homeostasis osmotic. Samaki ya maji safi huishi katika mazingira ambayo ni hypotonic kwa seli zao. Samaki hawa huchukua chumvi kwa njia ya gills zao na hutoa mkojo wa diluted ili kujiondoa maji ya ziada. Samaki ya maji ya chumvi huishi katika mazingira ya nyuma, ambayo ni hypertonic kwa seli zao, na hutoa chumvi kupitia gills zao na hutoa mkojo uliojilimbikizia sana.

Katika vimelea, figo hudhibiti kiasi cha maji mwilini. Osmoreceptors ni seli maalumu katika ubongo zinazofuatilia mkusanyiko wa solutes katika damu. Kama viwango vya solutes kuongezeka zaidi ya aina fulani, homoni ni huru kwamba retards kupoteza maji kwa njia ya figo na dilutes damu kwa viwango salama. Wanyama pia wana viwango vya juu vya albumini, ambayo huzalishwa na ini, katika damu yao. Protini hii ni kubwa mno kupita kwa urahisi kupitia utando wa plasma na ni sababu kubwa katika kudhibiti shinikizo la osmotiki linalotumika kwa tishu.

Muhtasari

Aina za usafiri, usambazaji na osmosis, vifaa vya hoja za uzito mdogo wa Masi kwenye membrane. Vipengele vinaenea kutoka maeneo ya mkusanyiko wa juu hadi maeneo ya ukolezi wa chini, na mchakato huu unaendelea mpaka dutu hii inashirikiwa sawasawa katika mfumo. Katika ufumbuzi ulio na dutu zaidi ya moja, kila aina ya molekuli hutengana kulingana na gradient yake ya ukolezi, bila kujitegemea kutenganishwa kwa vitu vingine. Sababu nyingi zinaweza kuathiri kiwango cha kutenganishwa, ikiwa ni pamoja na gradient ya ukolezi, ukubwa wa chembe ambazo zinaenea, joto la mfumo, na kadhalika.

Katika mifumo ya maisha, ugawanyiko wa vitu ndani na nje ya seli hupatanishwa na utando wa plasma. Vifaa vingine vinaenea kwa urahisi kupitia membrane, lakini wengine huzuiliwa, na kifungu chao kinawezekana na protini maalumu, kama vile njia na wasafirishaji. Kemia ya vitu hai hutokea katika ufumbuzi wa maji, na kusawazisha viwango vya ufumbuzi huo ni tatizo linaloendelea. Katika mifumo hai, utbredningen wa baadhi ya vitu itakuwa polepole au vigumu bila protini membrane kwamba kuwezesha usafiri.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Daktari anajenga mgonjwa na kile daktari anadhani ni suluhisho la salini ya isotonic. Mgonjwa hufa, na autopsy inaonyesha kwamba seli nyingi za damu nyekundu zimeharibiwa. Je! Unafikiri suluhisho ambalo daktari alijitokeza lilikuwa isotonic kweli?

Jibu

Hapana, ni lazima kuwa hypotonic kama ufumbuzi hypotonic ingeweza kusababisha maji kuingia seli, na hivyo kuwafanya kupasuka.

faharasa

aquaporin

channel protini ambayo inaruhusu maji kwa njia ya utando kwa kiwango cha juu sana

carrier protini

membrane protini kwamba hatua dutu katika utando plasma kwa kubadilisha sura yake mwenyewe

protini ya channel

membrane protini ambayo inaruhusu dutu kupita katika msingi wake mashimo katika utando plasma

mkusanyiko gradient

eneo la mkusanyiko wa juu karibu na eneo la ukolezi mdogo

kuenea

mchakato wa usafiri wa vifaa vya uzito wa chini wa Masi kulingana na gradient yake ya ukolezi

kuwezeshwa usafiri

mchakato ambao nyenzo huenda chini ya mkusanyiko wa mkusanyiko (kutoka juu hadi chini ya mkusanyiko) kwa kutumia protini muhimu za membrane

hypertonic

hali ambayo maji ya ziada ya seli ina osmolarity ya juu kuliko maji ndani ya seli, na kusababisha maji kusonga nje ya seli

hypotonic

hali ambayo maji ya ziada ya seli ina osmolarity ya chini kuliko maji ndani ya seli, na kusababisha maji kuhamia ndani ya seli

isotoniki

hali ambayo maji ya ziada ya seli ina osmolarity sawa na maji ndani ya seli, na kusababisha hakuna harakati ya wavu ya maji ndani au nje ya seli

osmolarity

jumla ya kiasi cha dutu kufutwa kwa kiasi fulani cha ufumbuzi

osmosis

usafirishaji wa maji kwa njia ya utando wa semipermit kulingana na mkusanyiko wa maji kwenye utando unaotokana na uwepo wa solute ambayo haiwezi kupita kwenye utando

usafiri wa passiv

njia ya kusafirisha vifaa kwa njia ya utando kwamba hauhitaji nishati

plasmolysis

kuzuia utando wa seli kutoka ukuta wa seli na kikwazo cha membrane ya seli wakati kiini cha mmea kiko katika suluhisho la hypertonic

selectively permit

tabia ya membrane ambayo inaruhusu baadhi ya vitu kupitia lakini si wengine

mumunyifu

Dutu kufutwa katika kioevu ili kuunda suluhisho

tonicity

kiasi cha solute katika suluhisho

protini ya usafiri

protini ya membrane ambayo inawezesha kifungu cha dutu katika membrane kwa kuifunga