زیست‌شناسی عمومی ۱ · انتقال فعال
توضیح دهید پمپ‌ها چگونه شیب ایجاد می‌کنند و ناقلی دیگر چگونه از انرژی ذخیره‌شده برای جابه‌جایی ماده برخلاف شیب استفاده می‌کند.
پیش از شروع
غلظت، انتشار و نفوذپذیری انتخابی غشا را مرور کنید. بارهای ناهم‌نام یکدیگر را جذب می‌کنند و آبکافت ATP می‌تواند انرژی فرایندی جفت‌شده را تأمین کند.
کدام جهت همسو با شیب است؟
برای حل‌شوندهٔ بدون بار، حرکت از غلظت بیشتر به کمتر همسو با شیب است. برای یون، هم غلظت و هم ولتاژ غشا در شیب الکتروشیمیایی سهم دارند. اگر این اثرها مخالف باشند، شدت نسبی آن‌ها جهت مساعد را تعیین می‌کند. حرکت به مسیر نفوذپذیر نیز نیاز دارد.
دو راه تأمین انرژی حرکت برخلاف شیب
انتقال فعال اولیه حرکت را مستقیماً به منبع انرژی مانند آبکافت ATP جفت می‌کند. انتقال فعال ثانویه حرکت ماده برخلاف شیب را به حرکت یون محرک همسو با شیب جفت می‌کند. ناقل باید دو حرکت را به هم پیوند دهد و انرژی آزادشده باید هزینهٔ حرکت برخلاف شیب را پوشش دهد تا جهت رو به جلو مساعد باشد.
مثال‌های حل‌شده
چهار چرخهٔ پمپ را دنبال کنید
پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم در یک چرخه با مصرف یک ATP سه یون سدیم را خارج و دو یون پتاسیم را وارد می‌کند. چهار چرخه چهار ATP مصرف می‌کند، ۱۲ یون سدیم خارج و ۸ یون پتاسیم وارد می‌کند. بنابراین چهار بار مثبت خالص به بیرون منتقل می‌شود. این فقط سهم پمپ است و مسیرهای دیگر غشا هم می‌توانند بار جابه‌جا کنند.
تراز انرژی را محاسبه کنید
فرض کنید حرکت یک مولکول ماده در جهت پیشنهادی ۷ واحد انرژی آزاد هزینه دارد و یک یون محرک در جهت شیب ۴ واحد آزاد می‌کند. با یک یون، مجموع +7 − 4 = +3 و با دو یون +7 − 8 = −1 است. فقط در مثال دو یون مجموع در جهت پیشنهادی منفی است. محاسبه بر شیب ثابت و جفت‌شدن کامل استوار است.
اشتباه‌های رایج
- حرکت به کمک پروتئین می‌تواند غیرفعال باشد. شیب و منبع انرژی را بررسی کنید.
- انتقال هم‌جهت هم‌انتقالی نام دارد. این نام جهت را توصیف می‌کند و منبع انرژی را تعیین نمی‌کند.
- برای یون‌ها، اگر ولتاژ مهم باشد، اختلاف غلظت به‌تنهایی ممکن است پیش‌بینی نادرستی بدهد.
تمرین
- ATP و یون‌های جابه‌جاشده در سه چرخهٔ پمپ سدیم‌ـ‌پتاسیم را بشمارید.
- هزینهٔ ماده ۹ واحد است و هر یون همسو با شیب ۴ واحد آزاد می‌کند. کوچک‌ترین تعداد صحیح یون که مجموع را منفی می‌کند چند است؟
پاسخ‌های تشریحی
- تعدادهای هر چرخه را در سه ضرب کنید: ۳ ATP، ۹ یون سدیم به بیرون و ۶ یون پتاسیم به درون. بار خالص رو به بیرون 9 − 6 = 3 است.
- دو یون 9 − 8 = +1 و سه یون 9 − 12 = −3 می‌دهند. پس حداقل سه یون لازم است. این پیش‌بینی مدل است و دربارهٔ پروتئینی مشخص ادعا نمی‌کند.
ارزیابی · ۱۰ نمره
- ۴ نمره. پمپی با مصرف ATP یون را برخلاف شیب می‌برد. پروتئین دوم از بازگشت همان یون همسو با شیب برای انتقال ماده برخلاف شیب استفاده می‌کند. نوع و منبع مستقیم انرژی هر دو را مشخص کنید.
- ۶ نمره. هزینهٔ ماده ۸ واحد است. دو یون محرک هرکدام ۴ واحد آزاد می‌کنند. مجموع را حساب و نتیجه را توضیح دهید. محاسبه را برای آزادشدن فقط ۳ واحد به‌ازای هر یون تکرار کنید.
پاسخ‌نامه و نمره‌دهی
سؤال ۱: پمپ اولیه است و از آبکافت ATP استفاده می‌کند. پروتئین دوم ثانویه است و از شیب الکتروشیمیایی یون استفاده می‌کند. برای هر نوع و هر منبع ۱ نمره بدهید.
سؤال ۲: 8 − 2 × 4 = 0، پس در جهت پیشنهادی نیروی محرک ترمودینامیکی خالص وجود ندارد. سپس 8 − 2 × 3 = +2، پس با فرض‌های مدل انتقال رو به جلو نامساعد است. برای هر محاسبه ۲ و هر تفسیر ۱ نمره بدهید.
مطالعهٔ رایگان
بخش‌های شیب الکتروشیمیایی و انتقال فعال اولیه و ثانویه را بخوانید. منبع انرژی هر سازوکار را دنبال کنید.
OpenStax Biology 2e · 5.3 Active Transport
آزمایش مجازی · تراز انرژی انتقال
پیش‌بینی کنید آیا تراز انرژی چرخهٔ جفت‌شدهٔ ساده‌شده مساعد است.
ابزار رایگان در همین صفحه. در مرورگر و بدون حساب کاربری یا دانلود استفاده کنید.
روش انجام
هزینهٔ ماده را ۸، انرژی آزادشده از هر یون را ۴ و تعداد یون را ۱ قرار دهید. نتیجه را پیش‌بینی و اجرا کنید. با ۲ و ۳ یون تکرار کنید. تعداد را ۳ نگه دارید و انرژی هر یون را به ۲ کاهش دهید. چه زمانی مجموع منفی است؟ با علامت حاصل هر نتیجه را توضیح دهید.
نتایج مورد انتظار و بررسی پاسخ
با ۱، ۲ و ۳ یون و ۴ واحد انرژی برای هرکدام، مجموع‌ها +۴، صفر و −۴ هستند. فقط آخرین حالت منفی است. با کاهش انرژی هر یون به ۲ و تعداد ۳، مجموع +۲ و جهت پیشنهادی نامساعد است. صفر یعنی در این مدل نیروی محرک خالص وجود ندارد.
این مدل ساختگی علامت تغییر انرژی آزاد را در شرایط ثابت بررسی می‌کند. سرعت انتقال را پیش‌بینی یا شیب غشا را اندازه‌گیری نمی‌کند. این کارها به اندازه‌گیری آزمایشگاهی نیاز دارند.