غشاء الخلية والنقل الجلسة الثالثة

تعد إمكانية الماء مفهومًا يساعدنا على فهم ووصف حركة الماء في النباتات والكائنات الحية والبيئات المحيطة بها. إنه مقياس للطاقة الكامنة المخزنة في جزيئات الماء. يشير إلى اتجاه ومعدل حركة المياه. يتم الإشارة إلى إمكانات المياه بالرمز اليوناني psi Ψ.

هناك ثلاثة عوامل أساسية تساهم في تحديد إمكانات المياه. أولاً، هناك إمكانية المذاب. تشير إمكانية المذاب إلى تأثير المواد المذابة على حركة الماء. لفهم جهد المذاب، نحتاج إلى إعادة النظر في عملية التناضح. كما نعلم، فإن التناضح هو انتقال جزيئات الماء عبر غشاء شبه منفذ من منطقة ذات تركيز منخفض من المواد المذابة إلى منطقة ذات تركيز أعلى من المواد المذابة. ينتقل الماء من منطقة ذات إمكانات مائية أعلى إلى منطقة ذات إمكانات مائية أقل.

عندما تذوب المواد المذابة، مثل الأملاح والسكريات أو الأيونات، في الماء، فإنها تشغل مساحة وتتفاعل مع جزيئات الماء. تنجذب جزيئات المذابة هذه إلى جزيئات الماء من خلال الرابطة الهيدروجينية. يؤدي هذا إلى تقليل الطاقة الكامنة لجزيئات الماء وخفض الطاقة الكلية للماء. لذلك فإن المحاليل التي تحتوي على تركيز منخفض من الأملاح تكون ذات إمكانات مائية عالية. والمحاليل التي تحتوي على تركيز عال من الأملاح تكون ذات إمكانات مائية منخفضة.

يتم تمثيل جهد المذاب بالرمز Ψs. يتم التعبير عنها بوحدات الضغط، مثل الباسكال. إن جهد المذاب وجهد الماء يتناسبان عكسيا مع بعضهما البعض. مع ارتفاع تركيز المواد المذابة في المحلول، ترتفع إمكانية المذاب. ونتيجة لذلك تنخفض إمكانات المياه.

دعونا نأخذ مثالاً لفهم إمكانات المياه. عندما يتم حفظ الفواكه أو الخضروات في تركيز عالي من المواد المذابة، مثل محاليل sugar أو الملح، فإن ذلك يؤثر على الجهد المائي داخل خلايا الطعام. يؤدي التركيز العالي للمواد المذابة في محلول الحفظ إلى خلق جهد مائي أقل مقارنة بالجهد المائي داخل خلايا الفاكهة أو الخضروات. ونتيجة لذلك، يتحرك الماء من خلايا المواد الغذائية إلى الخارج من خلال عملية التناضح، سعياً إلى معادلة الجهد المائي بين خلايا الغذاء ومحلول الحفظ. تساعد هذه الحركة الخارجية للمياه على تجفيف الطعام مما يمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة. يحفظ الطعام لمدة أطول.

يعد الضغط المحتمل مكونًا مهمًا آخر لإمكانات المياه. يشير إلى الضغط الفيزيائي الذي تمارسه المياه على محيطها. يتم الإشارة إلى إمكانات الضغط بواسطة Ψp. يمكن أن يكون الضغط المحتمل موجبًا أو سالبًا، اعتمادًا على الظروف. تحدث إمكانية الضغط الإيجابي عندما يكون الماء تحت الضغط، كما هو الحال في الخلية النباتية التي امتصت الماء وتوسعت. تصبح الخلية منتفخة.

من الأمثلة الشائعة على إمكانات الضغط الإيجابي هو ضغط التورغو في الخلايا النباتية. عندما تمتص الخلايا النباتية الماء عن طريق التناضح، فإن جدار الخلية يقاوم توسع الخلية. ونتيجة لذلك يتم إنشاء الضغط الداخلي. ويُعرف هذا الضغط الداخلي باسم ضغط التورغو. يعد ضغط التورجو ضروريًا للحفاظ على صلابة وشكل أنسجة النبات. وهذا يسمح لهم بالوقوف بشكل مستقيم ودعم الهيكل العام للنبات.

من ناحية أخرى، يحدث الضغط السلبي عندما يكون الماء تحت التوتر أو يتم سحبه. غالبًا ما يُشار إلى إمكانية الضغط السلبي هذه باسم التوتر أو الشفط. ونتيجة لذلك، تتقلص الخلايا. عندما توضع خلية نباتية في محلول يحتوي على تركيز عالي من المواد المذابة، يتحرك الماء خارج الخلية. ونتيجة لذلك يتم إنشاء ضغط سلبي داخل الخلية.

المحلول مفرط التوتر هو المحلول الذي يحتوي على تركيز أعلى من المواد المذابة مقارنة بمحلول آخر. بمعنى آخر، يحتوي على إمكانات مائية أقل مقارنة بالمحلول الآخر. عندما توضع خلية ذات تركيز أقل من المواد المذابة في محلول مفرط التوتر، تفقد الخلية الماء وتتقلص. ويرجع ذلك إلى أن كمية الماء داخل الخلية أكبر مقارنة بالمحلول الذي توضع فيه. ونتيجة لذلك، ينتقل الماء من مستوى الماء المرتفع داخل الخلية إلى مستوى الماء المنخفض خارج الخلية.

انحلال البلازما هو ظاهرة تحدث عندما يتم وضع خلية نباتية في محلول مفرط التوتر، مما يتسبب في خروج الماء من الخلية. ونتيجة لذلك، ينفصل الغشاء الخلوي عن جدار الخلية، ويتقلص السيتوبلازم بعيدًا عن جدار الخلية. عندما تكون الخلية النباتية في محلول مفرط التوتر، فإن التركيز الأعلى للمواد المذابة في المحلول يخلق جهدًا مائيًا أقل خارج الخلية مقارنة بداخلها. عندما يتحرك الماء خارج الخلية لمعادلة تركيز المواد المذابة، ينكمش البروتوبلاست وينسحب بعيدًا عن جدار الخلية. تُعرف هذه العملية باسم التحلل البلازمي.

المحلول منخفض التوتر هو المحلول الذي يحتوي على تركيز أقل من المواد المذابة مقارنة بمحلول آخر. بمعنى آخر، يحتوي على إمكانات مائية أعلى مقارنة بالمحلول الآخر. عندما توضع الخلية في محلول منخفض التوتر، تمتص الخلية الماء وتصبح منتفخة. يرجع ذلك إلى أن كمية الماء خارج الخلية أكبر مقارنة بداخلها. ونتيجة لذلك، ينتقل الماء من مستوى الماء المرتفع خارج الخلية إلى مستوى الماء المنخفض داخل الخلية.

المحاليل منخفضة التوتر لها تأثيرات بيولوجية مختلفة. في الأنظمة البيولوجية، يمكن أن تؤثر المحاليل منخفضة التوتر على سلوك الخلايا ووظيفتها. على سبيل المثال، إذا تعرضت خلايا أجسامنا لمحلول منخفض التوتر، فإن الماء سيدخل إلى الخلايا، مما يؤدي إلى تضخمها. في الخلايا النباتية، يمكن للمحلول منخفض التوتر في التربة أن يسهل امتصاص الماء بواسطة الجذور. ويضمن هذا الترطيب المناسب ويحافظ على تماسك الخلايا.

يشير المحلول المتساوي التوتر إلى المحلول الذي يحتوي على نفس تركيز المواد المذابة في محلول آخر أو محلول مرجعي. عندما توضع الخلية في محلول متساوي التوتر، لا يكون هناك اكتساب أو فقدان صافٍ للماء. تحافظ الخلية على شكلها وحجمها الطبيعيين. وذلك لأن تركيز المواد المذابة هو نفسه داخل وخارج الخلية. بمعنى آخر، فإن الجهد المائي داخل الخلية يساوي الجهد المائي خارج الخلية. تصبح الخلية مترهلة.

هناك مصطلح آخر يمكننا استخدامه لوصف حركة الماء داخل وخارج الخلية. كما نعلم أن الماء ينتقل من داخل الخلية إلى خارجها عندما يوضع في محلول مفرط التوتر. تسمى هذه الحركة للمياه من داخل الخلية إلى خارجها بالتناضح الخارجي. هل يمكنك معرفة ما إذا كان تركيز المواد المذابة مرتفعًا أو منخفضًا داخل الخلية مقارنة بالخارج أثناء عملية التناضح؟.

تسمى عملية انتقال الماء من خارج الخلية إلى داخلها بالتناضح الداخلي. يحدث هذا عندما يتم وضع الخلية في محلول منخفض التوتر. هل يمكنك معرفة ما إذا كان تركيز المواد المذابة مرتفعًا أو منخفضًا داخل الخلية مقارنة بالخارج أثناء عملية التناضح؟.