التنافذ

ال التنافذ هو تدفق موجّه للجسيمات الجزيئية عبر غشاء نصف نافذ. في علم الأحياء لها أهمية مركزية لتنظيم توازن الماء في الخلايا.

ما هو التناضح؟

التناضح يعني "الاختراق" في اليونانية. يوصف بأنه المرور التلقائي للمذيبات مثل الماء من خلال غشاء قابل للنفاذ بشكل انتقائي. الغشاء منفذ فقط للمذيب ، ولكن ليس للمواد الذائبة. يؤدي الانتشار الانتقائي لمكون واحد فقط إلى توازن في الإمكانات الكيميائية على جانبي الغشاء.

التناضح شائع في الطبيعة. في الأغشية البيولوجية على وجه الخصوص ، يكون التبادل الانتقائي للمواد أمرًا ضروريًا حتى يمكن إجراء عمليات النقل البيولوجي. ومع ذلك ، فإن عمليات النقل النشطة والمستهلكة للطاقة تضمن أيضًا أن الضغط الاسموزي الناشئ بشكل سلبي لا يكون له تأثير مدمر على الخلية.

في حين أنه لا يوجد انعكاس ممكن مع عمليات الانتشار العادية ، فإن التناضح هو عملية قابلة للعكس.

الوظيفة والمهمة

في التناضح ، تنتشر جزيئات محلول أو مذيب نقي بشكل انتقائي عبر غشاء حتى يتم موازنة الإمكانات الكيميائية على جانبي هذا الغشاء. على سبيل المثال ، يتم تخفيف محلول مركز على الجانب الآخر بواسطة المذيب حتى يمنع الضغط الهيدروستاتيكي المتراكم مزيدًا من الانتشار.

يمكن للجزيئات أن تنتقل عبر الغشاء ، بغض النظر عن الجانب الذي أتت منه. ومع ذلك ، فمن المرجح دائمًا أن تنتشر في اتجاه أكبر فرق جهد.

عندما يتم موازنة الإمكانات الكيميائية ، ينتقل نفس عدد الجسيمات من اليسار إلى اليمين من اليمين إلى اليسار. لذلك خارجيا لا شيء يتغير بعد الآن. ومع ذلك ، نتيجة للتخفيف المرغوب من المحلول المركز ، تراكمت كمية أكبر من السائل من ناحية ، مما أدى إلى تراكم ضغط مرتفع (الضغط الاسموزي). إذا لم يعد الغشاء قادرًا على تحمل الضغط ، يمكن تدمير الخلية.

تضمن عمليات النقل النشطة عبر الغشاء إزالة بعض المواد باستخدام الطاقة. مثال حي على العملية التناضحية هو تورم الكرز الناضج عند مزجه بالماء. يخترق الماء القشرة الخارجية للفاكهة ، بينما السكر لا يستطيع الهروب. تستمر عملية التخفيف داخل الثمرة حتى تنفجر.

داخل الجسم ، يضمن الجمع بين عمليات النقل التناضحية والنشطة والمستهلكة للطاقة أن العمليات الكيميائية الحيوية تعمل بسلاسة في المساحات المفصولة بأغشية حيوية. يمكن أن توجد خلايا منفصلة عن البيئة الخارجية ، ولكنها في حالة تبادل مستمر للمواد معها.

توجد العضيات أيضًا داخل الخلية حيث يمكن أن تحدث تفاعلات منفصلة. لمنع الضغط الأسموزي من الزيادة إلى حد أن الأغشية الحيوية تنفجر ، يتم تفريغ الجزيئات من خلال عمليات النقل النشطة.

في خلايا الثدييات ، عندما يزداد الضغط الأسموزي ، يتم إنتاج البروتين NFAT5 إلى حد أكبر. يوفر عددًا من الآليات المضادة لحماية الخلية من الإجهاد المفرط (الضغط الزائد). في هذه العملية ، يتم إنتاج بروتينات النقل التي تقوم ، باستخدام الطاقة ، بتوجيه بعض المواد خارج الخلية. من بين أمور أخرى ، تفرز المواد البولية مثل الجلوكوز والإلكتروليتات الزائدة عن طريق الكلى من أجل تنظيم الضغط الاسموزي في الجسم.

الامراض والاعتلالات

يلعب التناضح أيضًا دورًا مهمًا في تنظيم توازن الإلكتروليت. الإلكتروليتات هي أملاح مذابة وتتكون من أيونات معدنية موجبة الشحنة مثل أيونات الصوديوم أو البوتاسيوم أو المغنيسيوم أو الكالسيوم وأنيونات سالبة الشحنة مثل أنيونات الكلوريد أو البيكربونات أو الفوسفات.

توجد بتركيزات مختلفة سواء في الخلية (داخل الخلايا) ، خارج الخلايا (الخلالية) أو داخل مجرى الدم (داخل الأوعية الدموية). تولد الاختلافات في التركيز الجهد الكهربائي على أغشية الخلايا وبالتالي تؤدي إلى العديد من العمليات على مستوى الخلية. إذا كانت الاختلافات في التركيز مضطربة ، فسيتم أيضًا خلط توازن الإلكتروليت بالكامل.

تنظم الكلى توازن الكهارل هذا من خلال آليات مختلفة مثل آليات العطش أو العمليات الهرمونية أو الببتيدات التي تعمل على الكلى. في حالة الإسهال الشديد والقيء وفقدان الدم أو الفشل الكلوي ، يمكن أن يحدث اضطراب في توازن الماء والكهارل. يمكن أن يحدث كل إلكتروليت بتركيزات مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا.

تكون الاضطرابات في توازن الماء والكهارل أحيانًا مهددة للحياة ، اعتمادًا على شدتها. تشمل الأمثلة على هذه الحالات الجفاف ، وفرط السوائل ، وفرط ونقص حجم الدم (زيادة حجم الدم أو نقصانه) ، ونقص وفرط صوديوم الدم ، ونقص وفرط بوتاسيوم الدم أو نقص وفرط كالسيوم الدم.

كل من هذه الحالات تتطلب معالجة مكثفة. عادة يتوازن توازن الماء والكهارل بسرعة. ومع ذلك ، إذا تعطلت آلية التنظيم بين عمليات النقل النشطة والعمليات التناضحية بسبب القصور الكلوي أو مرض آخر ، فقد ينتج عن ذلك اضطرابات بالكهرباء المزمنة. ونتيجة لذلك ، تحدث الوذمة وأمراض القلب والأوعية الدموية وذمة الدماغ وحالات الارتباك أو النوبات.

إن العلاقات بين توازن الماء والكهارل والعمليات البيولوجية في الجسم معقدة للغاية لدرجة أنه غالبًا ما تُلاحظ أعراض مماثلة لجميع أشكال اضطرابات الإلكتروليت. يجب أن يكون تحديد توازن الإلكتروليت جزءًا من الفحوصات القياسية إذا كانت هذه الأعراض مزمنة.