1.4. نقل و انتقال غشایی

حکها

مفاهیم

  • ذرات بین دو سمت غشا به وسیله انتشار ساده، انتشار تسهیل شده، اسمز و انتقال فعال جابه‌جا می‌شوند.
  • سیالیت غشا امکان ورود مواد به سلول از طریق اندوسیتوز و خروج از طریق اگزوسیتوز را فراهم می‌کند.
  • وزیکول‌ها مواد را درون سلول‌ها جابه‌جا می‌کنند.

ماهیت علم

  • طراحی آزمایش: محاسبات کمّی دقیق در آزمایشات اسمزی بسیار مهم است

کاربرد علم

  • ساختار و عملکرد پمپ‌های سدیم-پتاسیم برای انتقال فعال و کانال‌های پتاسیمی برای انتشار تسهیل شده در آکسون‌ها.
  • به منظور جلوگیری از اسمز در فرایندهای پزشکی، بافت‌ها و اندام‌ها باید در محلول‌هایی با اسملاریته مشابه با سیتوپلاسم، قرار بگیرند.

مهارت آموزی

  • تخمین اسملاریته بافت‌ها با قراردادن آن‌ها در محلول‌های هیپوتونیک و هایپرتونیک.

اندوسیتوز

سیالیت غشا امکان ورود مواد به سلول از طریق اندوسیتوز و خروج از طریق اگزوسیتوز را فراهم می‌کند.

وزیکول یک کیسه کوچک غشادار به همراه قطره‌ای مایع درون آن است. وزیکول‌ها کروی شکل هستند و عمدتاً در سلول‌های یوکاریوتی یافت می‌شوند. آن­‌ها جزو مشخصه‌های بسیار دینامیک سلول‌ها محسوب می‌شوند و توانایی حرکت در سرتاسر سلول را دارند و سپس محو می شوند. این مراحل به واسطه خاصیت سیال بودن غشاها، ممکن می‌شوند؛ زیرا این ویژگی به ساختارهای دارای غشا اجازه تغییر شکل و تحرک می‌دهد. برای ایجاد یک وزیکول، ناحیه‌ای کوچک از غشا باید نسبت به سایر نواحی آن کشیده و جدا شود. پروتئین‌های درون غشا با مصرفATP، اینکار را انجام می‌دهند.

وزیکول‌ها، می‌توانند با جداشدن یک بخش کوچک از غشای پلاسمایی سلول‌ها ایجاد شوند. برخی از وزیکول­‌ها در ناحیه درونی غشای پلاسمایی ساخته می‌شوند. این وزیکول‌ها حاوی موادی هستند که در خارج از سلول می‌باشد، پس عملاً تشکیل این نوع وزیکول‌ها راهکاری برای ورود مواد به درون سلول است. به این راهکار، اندوسیتوز می‌گویند. در شکل شماره 1 نحوه انجام این فرآیند نشان داده شده­ است.

وزیکول‌های اندوسیتوزی، حامل آب و املاحی از فضای خارجی سلول هستند ولی عمدتاً حاوی مولکول‌های بزرگی هستند که نمی‌توانند از طریق غشای سلولی عبور کنند. برای مثال، در جفت، پروتئین‌هایی از خون مادر مانند آنتی بادی‌ها، توسط سلول های جنینی و طی اندوسیتوز جذب می‌شوند. برخی سلول‌ها با اندوسیتوز، ذرات غذایی بزرگ هضم نشده را جذب می‌کنند. این فرآیند در تک‌ سلولی‌هایی مانند آمیب و پارامسی رخ می‌دهد. به عنوان بخشی از پاسخ ایمنی بدن، برخی از انواع گلبول‌های سفید، پاتوژن‌هایی مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها را به وسیله اندوسیتوز وارد خود می‌کنند و سپس آن‌ها را از بین می‌برند.

جابه‌جایی وزیکولی در سلول‌ها

وزیکول‌ها مواد را درون سلول‌ها جابه‌جا می‌کنند.

وزیکول‌ها برای جا‌به‌جا کردن مواد درون سلول‌ استفاده می­‌شوند. این مواد ممکن است محتویات وزیکولی باشد که از خارج سلول آمده و یا پروتئین های داخل سیتوپلاسم باشند توسط وزیکول جابه‌جا می‌شوند.

برای جابه‌جایی ذرات وزیکولی در سلول‌های ترشحی مکانیسمی وجود دارد. پروتئین‌ها در شبکه اندوپلاسمی زبر (rER)  سنتز و تجمع پیدا می‌کنند. وزیکول‌های حامل پروتئین از rER جدا می‌شوند و به سمت دستگاه گلژی حرکت می‌کنند. سپس وزیکول‌ها در گلژی ادغام شده و پروتئین را به گلژی می‌ریزند. در گلژی پروتئین به فرم نهایی خود تبدیل می‌شود. پس از پایان فرآیندها در گلژی، وزیکول‌ها به همراه پروتئین نهایی شده از گلژی جدا شده و به سمت غشای پلاسمایی حرکت کرده و از طریق غشا ترشح می­‌شود.

سطح غشای پلاسمایی در یک سلول در حال رشد، باید افزایش یابد. فسفولیپیدها کنار rER سنتز می‌شوند و سپس در غشای rER ادغام می‌گردند. ریبوزوم‌های روی rER، پروتئین‌های غشایی را سنتز و آن‌ها را وارد غشای rER می‌کند. وزیکول‌ها از rER جدا می‌شوند و به سمت غشای پلاسمایی حرکت می‌کنند. وزیکول‌ها با غشا ادغام می‌شوند و هرکدام باعث افزایش مقدار کمی از سطح غشای پلاسمایی می‌شوند. این روش همچنین می‌تواند برای افزایش اندازه اندامک‌های درون سیتوپلاسم مانند لیزوزیم‌ها و میتوکندری نیز به‌کار گرفته شود.

یی

اگزوسیتوز

سیالیت غشا امکان ورود مواد به سلول از طریق اندوسیتوز و خروج از طریق اگزوسیتوز را فراهم می‌کند.

وزیکول‌ها می‌توانند برای آزادسازی مواد از سلول‌ها، مورد استفاده قرار بگیرند. اگر یک وزیکول با غشای سلولی ادغام شد، محتوای آن ابتدا به ناحیه خارجی غشا و در نهایت به خارج از سلول ریخته می‌شود. به این فرآیند اگزوسیتوز می‌گویند.

آنزیم‌های گوارشی از سلول‌های ترشحی به وسیله اگزوسیتوز آزاد می‌شوند. پلی‌پپتید درون آنزیم‌ها بوسیه rER سنتز،  توسط دستگاه گلژی پردازش و به همراه وزیکول‌ها به غشا برده می‌شوند تا از طریق فرآیند اگزوسیتوز به بیرون ریخته شوند. این روش آزاد سازی مواد، ترشح نام دارد زیرا یک ماده‌ی مفید از سلول آزاد شده‌است نه دور ریز و مواد زاید.کحهتن

همچنین از اگزوسیتوز در دور ریختن مواد دفعی و یا مواد ناخواسته نیز استفاده می‌شود. یک مثال برای این مورد، حذف آب اضافی از یک تک سلولی به وسیله اگزوسیتوز است. درون یک وزیکول که گاهی وزیکول انقباضی نیز نامیده می‌شود، آب تجمع می‌یابد و سپس برای دفع از سلول طی اگزوسیتوز به غشای پلاسمایی منتقل می‌گردد. به وسیله یک میکروسکوپ نوری می‌توان این فرآیند را به راحتی در پارامسی دید. در شکل شماره 4 شکلی از پارامسی به همراه دو وزیکول انقباضی در هر دو انتهای سلول نشان داده شده است.

نظریه علم

آیا داده‌­های مشابه، نتایج یکسانی به همراه دارند؟

در آزمایشی برای بررسی امکان انتشار NaCl از بین  یک لوله دیالیز، محلول NaCl با غلظت 1% درون لوله دیالیز ریخته شده  و لوله کاملا بسته شد. سپس این لوله درون یک لیوان آزمایشگاه (beaker) که از آب خالص پر شده است به صورت شناور قرار داده شد. بعد از آن یک رسانا سنج درون آب اطراف لوله گذاشته شد. در صورت بالا رفتن رسانایی محلول متوجه می‌شویم که NaCl داخل محلول، انتشار پیدا کرده است.

نتایج به دست آمده از رساناسنج همیشه دقیق و قطعی نیست، پس با توجه به جدول بالا بگویید که آیا داده‌های به دست آمده، بیانگر انتشار NaCl به محلول اطراف لوله دیالیز هست یا خیر.

کهنک

 

انتشار ساده

ذرات بین دو سمت غشا به وسیله انتشار ساده، انتشار تسهیل شده، اسمز و انتقال فعال، جابه‌جا می‌شوند.

انتشار ساده یکی از چهار روش جابه‌جایی ذرات بین دو سمت غشا است. انتشار در حقیقت پخش شدن ذرات در مایعات و گازهاست و زمانی اتفاق می‌افتد که ذرات دارای حرکت پیوسته تصادفی باشند. ذرات از محلی که غلظت آن­‌ها بیشتر است به محلی که غلظت آن‌ها کمتر است حرکت می‌کنند. در نتیجه می‌توان گفت مواد در جهت شیب غلظت، حرکت می‌کنند. موجودات زنده برای انتشار، انرژی مصرف نمی‌کنند؛ در نتیجه انتشار، یک فرآیند غیرفعال است.

مخ

ناحیه میانی دولایه غشا آب­گریزاست، بنابراین یون‌هایی که بار مثبت یا منفی دارند به راحتی نمی‌توانند از آن عبور کنند. مولکول‌های قطبی که بارهای جزئی منفی یا مثبت در سطح خود دارند، به مقدار بسیار کمی ممکن است از میان فسفولیپیدهای غشا عبور کنند. مولکول‌های قطبی کوچک مانند اوره یا اتانول بسیار راحت‌تر از مولکول‌های بزرگتر، از غشا عبور می­‌کنند. انتشار ساده بین دو طرف غشا شامل ذراتی‌ست که از بین فسفولیپیدهای غشایی عبور می‌کنند. این اتفاق تنها زمانی می‌تواند رخ دهد که دولایه فسفولیپیدی غشا به برخی از ذرات، نفوذپذیر باشد. ترکیبات غیر قطبی مانند اکسیژن می‌توانند به راحتی از غشا عبور کنند. مثلاً در تنفس هوازی اگر غلظت اکسیژن درون سلول کمتر از غلظت آن در بیرون از سلول شود، اکسیژن با انتشار ساده از راه غشای پلاسمایی وارد سلول می‌شود. مثالی از این فرآیند در شکل شماره 6 آورده شده است.

کهنت

انتشار تسهیل شده

ذرات بین دو سمت غشا به وسیله انتشار ساده، انتشار تسهیل شده، اسمز و انتقال فعال جابه‌جا می‌شوند.

انتشار تسهیل­ شده یکی از چهار روش جابه‌جایی ذرات بین دو سمت غشا است. چون کانال‌ها در جهت شیب غلظت به ذرات کمک می‌کنند تا از غشا عبور کنند، به این نوع جابه‌جایی انتشار تسهیل شده می‌گویند. سلول‌ها می‌توانند تعیین کنند که چه کانالی سنتز شود و در غشای سلولی قرار بگیرد و بدین طریق در حقیق کنترل می‌کنند که چه ماده‌ای به سلول وارد یا از آن خارج شود. یون‌ها و سایر ذراتی که نمی‌توانند از طریق انتشار از غشا عبور کنند می‌توانند در صورت وجود کانال‌، از غشا رد بشوند. این کانال‌ها در حقیقت سوراخ‌هایی با قطر بسیار کم هستند. دیواره‌ کانال‌ها از پروتئین ساخته شده‌اند. قطر و ویژگی‌های شیمیایی یک کانال مشخص می‌کند که فقط یک نوع ذره‌ می‌تواند از آن عبور کند، برای مثال از یک کانال یا فقط یون سدیم عبور می‌کند یا فقط یون پتاسیم و هر دو یون از یک کانال نمی­‌توانند عبور کنند.

شکل شماره 7، ساختار یک کانال یون منیزیم که از زاویه کناری و بیرونی غشا ترسیم شده است را نشان می‌دهد. ساختار پروتئینی کانال به گونه‌­ای است که تنها به یون منیزیم اجازه عبور می‌دهد.

اسمز

ذرات بین دو سمت غشا به وسیله انتشار ساده، انتشار تسهیل شده، اسمز و انتقال فعال جابه‌جا می‌شوند.

اسمز یکی از چهار روش جابه‌جایی ذرات بین دو سمت غشا است. آب قادر است آزادانه به اکثر سلول‌ها وارد و از آن‌ها خارج شود. گاهی تعداد مولکول‌های آبی که وارد و خارج می‌شوند با هم برابر هستند؛ بنابراین در واقع جابه‌جایی اتفاق نمی‌افتد ولی در سایر مواقع، مولکول‌های بیشتری در یک جهت (ورود یا خروج از سلول) حرکت می‌کنند که به این وضعیت، اسمز می‌گویند.

اسمز در اثر تفاوت در غلظت ذرات حل شده در آب ( املاح) رخ می‌دهد. ذرات حل شده با مولکول‌های آب پیوندهای بین مولکولی تشکیل می‌دهند. این پیوندها جنبش مولکول‌های آب را محدود می‌کنند. مناطقی با غلظت بالاتر از ذرات حل شده مقدار کمتری از آب آزاد برای حرکت، نسبت به مناطقی با غلظت پایین‌تر از ذرات حل شده دارند. به همین دلیل، حرکت ذرات آب از محلی با غلظت کمتر مواد حل شده به محلی با غلظت بیشتر از مواد حل شده است. این جا‌به‌جایی غیرفعال است زیرا به طور مستقیم، هیچ انرژی برای این فرآیند صرف نمی‌شود.

اسمز در تمامی سلول‌ها می‌تواند اتفاق بیافتد زیرا مولکول‌های آب، با وجود اینکه هیدروفیل هستند، به حدی کوچک­‌اند که می‌توانند از دولایه فسفولیپیدی عبور کنند. برخی از سلول‌ها، کانال‌های مخصوصی برای عبور آب به نام آکوآپورین دارند که نقش مهمی در افزایش نفوذپذیری غشا نسبت به آب ایفا می‌کند. برای مثال، سلول‌های کلیه که آب را بازجذب می‌کنند یا تارهای کشنده ریشه گیاهان که آب را از خاک جذب می‌کنند، این کانال را دارند. در باریک­ترین نقطه از کانال، آکوآپورین تنها مقداری از یک مولکول آب عریض‌تر است که این امر باعث می‌شود، مولکول‌ها از کانال عبور کنند. بار مثبت در این نقطه از کانال، از عبور پروتون‌ها (H+) جلوگیری می‌کند.

کنک

انتقال فعال

ذرات بین دو سمت غشا به وسیله انتشار ساده، انتشار تسهیل شده، اسمز و انتقال فعال جابه‌جا می‌شوند.

انتقال فعال یکی از چهار روش جابه‌جایی ذرات بین دو سمت غشا است. گاهی موادی وارد سلول‌ها می‌شود که غلظت بیشتری درون سلول دارند. این مواد بر خلاف شیب غلظت، جذب سلول می‌شوند. این مساله کمتر متداول است ولی برخی اوقات پمپ‌ها، موادی که در داخل سلول غلظت کمتری دارند را به بیرون پمپ می‌کنند.

این حالت از جابه‌جایی مواد بین دو سمت غشا، انتشار نیست و برای انجام شدن به انرژی نیاز دارد. بنابراین به این نوع از حرکت مواد بین دو سمت غشا، انتقال فعال می­گویند. اکثر انتقال­‌های فعال از ATP برای تأمین انرژی بهره می‌گیرند. هر سلولی ATP مورد نیازش را به وسیله تنفس سلولی فراهم می‌کند. انتقال فعال به وسیله پروتئین‌های کروی به نام پمپ‌های پروتئینی، انجام می‌پذیرد. غشای سلولی، پمپ‌های پروتئینی متنوعی دارد که به سلول اجازه تنظیم دقیق محتوای سیتوپلاسمی خود را می‌دهد.

شکل شماره 9، نشان می‌دهد که چگونه یک پمپ پروتئینی کار می‌کند. مولکول یا یون وارد پمپ می‌شود و تا محفظه مرکزی آن جلو می­‌رود. سپس پمپ پروتئینی با مصرف انرژی حاصل از ATP، دچار یک تغییر کانفورماسیونی می‌شود. پس از این، مولکول یا یون به سمت مخالف غشای سلولی آزاد می‌شود و پمپ پروتئینی به شکل اصلی خود باز می‌گردد. پمپ پروتئینی نشان داده شده در شکل، ویتامین B12 را در E.coli جابه‌جا می‌کند.یی

انتقال فعال سدیم و پتاسیم در آکسون‌ها

ساختار و عملکرد پمپ‌های سدیم-پتاسیم برای انتقال فعال

آکسون بخشی از نورون( سلول عصبی) است که غشایی لوله مانند همراه با سیتوپلاسم درون خود دارد. آکسون‌ها می‌توانند قطری به اندازه یک میکرومتر و طولی به اندازه یک متر داشته باشند. وظیفه این سلول‌ها حمل سریع پیام‌ از یک بخش بدن به بخشی دیگر به شکل الکتریکی(پالس عصبی) است.

در یک پالس عصبی حرکت سریع یون‌های سدیم و پتاسیم در دو طرف غشای آکسون اتفاق می‌افتد؛ این حرکات یونی به‌خاطر شیب غلظت بین درون و بیرون آکسون به صورت انتشار تسهیل شده و از طریق کانال‌های سدیمی و پتاسیمی انجام می‌شود. شیب غلظت به علت فعالیت پمپ‌های سدیم-پتاسیم (انتقال فعال) به وجود می‌آید. پمپ سدیم-پتاسیم طی یک چرخه تکراری، سه یون سدیم به بیرون و دو یون پتاسیم به درون سلول پمپ می‌کند. هربار که چرخه­ی ورود و خروج یون‌ها تکرار می‌شود، یک مولکول ATP توسط پمپ مصرف می‌شود. چرخه ذکر شده شامل مراحل زیر است:

  • بخش درونی پمپ به سمت داخل آکسون باز است؛ سه یون سدیم از بخش درونی وارد پمپ شده و به آن متصل می‌شوند.
  • ATP یک گروه فسفات از خود به روی پمپ منتقل می‌کند، این مسئله منجر به تغییر شکل و در نهایت بسته شدن بخش درونی پمپ می‌شود.
  • بخش درونی پمپ به سمت خارج آکسون باز می‌شود و سپس سه یون سدیم از آن آزاد می‌شوند.
  • سپس دو یون پتاسیم از خارج آکسون می‌توانند به پمپ وارد و در محل‌های اتصالی خود به آن متصل شوند.
  • اتصال پتاسیم به پمپ، باعث رها شدن گروه فسفات از روی پمپ می‌شود، این مسئله منجر به تغییر شکل مجدد پمپ به گونه‌ای که از سمت درونی تنها به سمت داخل آکسون باز گردد، می‌شود.
  • بخش درونی پمپ به سمت داخل آکسون باز می‌شود و دو یون پتاسیم از آن آزاد می‌شوند. حال دوباره سه یون دیگر سدیم می‌توانند وارد پمپ شده و به آن متصل شوند.(تکرار مرحله اول و شروع یک چرخه جدید از فعالیت پمپ)

lj

انتشار تسهیل شده پتاسیم در آکسون‌ها

ساختار و عملکرد پمپ‌های سدیم-پتاسیم برای انتقال فعال و کانال‌های پتاسیمی برای انتشار تسهیل شده در آکسون‌ها.

پالس عصبی شامل حرکت بسیار سریع یون‌های سدیم و سپس پتاسیم از عرض غشای آکسون، می‌باشد. این حرکات از طریق کانال‌های سدیمی و پتاسیمی و به شکل انتشار تسهیل شده انجام می‌پذیرند.کانال‌های پتاسیمی را به عنوان نمونه‌ ویژه‌­ای از انتشار تسهیل شده می­توان توصیف کرد. هر کانال پتاسیمی از چهار زیر واحد پروتئینی تشکیل شده ­است که منافذ باریکی بین آن­‌ها وجود دارد که به یون­‌های پتاسیم اجازه عبور در هر دو جهت را می­‌دهد. عرض منافذ در باریک­ترین حالت 3/0 نانومتر است. یون‌های پتاسیم قدری کوچکتر از 3/0 نانومتر هستند اما زمانی که در محلول، حل می‌شوند با مولکول‌های آب پیوند برقرار کرده و از اندازه مجاز برای عبور از کانال بزرگتر می‌شوند. پس برای عبور یون‌های پتاسیم باید پیوندهای بین مولکول‌های آب و یون پتاسیم شکسته شود و پیوندی موقتی میان یون و مجموعه‌ای از آمینواسیدهای موجود در منفذ کانال تشکیل شود. پس از آن یون‌ها می‌توانند مجدداً با مجموعه‌ای از مولکول‌های آب احاطه شوند.

سایر کاتیون­‌هایی که انتظار می‌رود بتوانند از کانال عبور کنند، یا آنقدر بزرگ هستند که از کانال رد نمی‌شوند یا آنقدر کوچک هستند که نمی‌توانند با آمینواسیدهای منفذ کانال پیوند برقرار کرده و خود را از احاطه مولکول‌های آب خارج کنند. این مسئله می‌تواند اختصاصی بودن کانال را توضیح دهد.

کانال‌های پتاسیمی در آکسون‌ها به اصطلاح دریچه­‌های وابسته به ولتاژ[1] هستند. یعنی اختلاف ولتاژ دو طرف غشا که نتیجه تفاوت بارهای مثبت و منفی دو طرف غشا است، باعث باز و بسته ­شدن کانال‌های ولتاژی می‌گردد. اگر بار مثبت بیشتری در بیرون از یک آکسون نسبت به درون آن وجود داشته باشد، کانال‌های پتاسیمی‌ آکسون بسته می‌شوند. در یک مرحله از پالس عصبی بار مثبت بیشتری درون آکسون نسبت به بیرون آن وجود دارد. این اتفاق منجر به باز شدن کانال‌های پتاسیمی و انتشار بارهای مثبت به درون آن می‌شود. با این وجود کانال‌ها مجدداً و به سرعت بسته می‌شوند. به نظر می‌رسد که این اتفاق به واسطه وجود زیرواحدهای پروتئینی توپی شکل اضافی است که با زنجیره‌ای انعطاف پذیر از آمینواسیدها به بدنه اصلی کانال متصل می‌شوند (درپوش کانال). این توپ پروتئینی چند میلی ثانیه پس از باز شدن کانال، درون آن جای می‌گیرد و تا زمانی که کانال به فرم اصلی بسته خود بازنگردد، درون آن باقی می‌ماند. این مسئله در شکل شماره 11، نمایش داده شده است.,,

تخمین اسملاریته

تخمین اسملاریته بافت‌ها با قراردادن آن‌ها در محلول‌های هیپوتونیک و هایپرتونیک.

اسمز در اثر برقراری پیوند میان املاح با آب رخ می‌دهد. این املاح از لحاظ اسمزی فعال هستند. گلوکز، یون‌های سدیم و پتاسیم و کلر همگی از لحاظ اسمزی فعال هستند و محلول‌های آن‌ها نیز عمدتاً برای آزمایش‌های اسمزی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سلول‌ها، املاح فعال اسمزی متنوعی دارند. اسملاریته یک محلول در حقیقت مجموع غلظت املاح فعال اسمزی آن است. واحد اندازه‌گیری اسملاریته، اسمول یا میلی‌اسمول (mOsm) است. اسملاریته طبیعی یک بافت انسانی در حدود mOsm 300 است.

محلول ایزوتونیک اسملاریته مشابهی با یک بافت طبیعی دارد. محلول هایپرتونیک، اسملاریته بالاتر و محلول هیپوتونیک، اسملاریته پایین‌تری نسبت به آن دارند. اگر نمونه‌ای از یک بافت طبیعی را در محلول هایپرتونیک و یا هیپوتونیک قرار دهیم با بررسی اینکه آیا آب به بافت وارد یا از آن خارج می‌شود، می‌توانیم غلظت املاح مورد نیاز برای ساخت یک محلول ایزوتونیک را بیابیم و همینطور اسملاریته بافت را کشف کنیم. پرسش‌های زیر از روی نتایج آزمایشی در همین رابطه طراحی شده‌­اند.

طراحی آزمایش: محاسبات کمّی دقیق در آزمایشات اسمزی بسیار مهم است.

یک آزمایش ایده‌ال، نتایجی را برای ما فراهم می‌کند که بتوان از آن تفسیر مشخصی برداشت کرد.مت نتیجه‌گیری‌ها، می‌توانند بدون هیچ شک یا عدم قطعیتی گرفته شوند. در اکثر آزمایش‌­ها شک و یا عدم قطعیت وجود دارد، اما اگر طراحی یک آزمایش خیلی دقیق انجام شود این شک و تردید‌ها می‌توانند به حداقل برسند. آزمایش­‌ها در نهایت، شواهد قدرتمندی در جهت رد یا قبول یک فرضیه برای ما فراهم می‌کنند.

چک لیست زیر می‌تواند در موقع طراحی یک آزمایش مورد استفاده قرار بگیرد:

  • در صورت امکان، نتایج باید بصورت کمّی گزارش شوند زیرا نتایج کمّی شواهد قدرتمندتری نسبت به نتایج کیفی برای ما فراهم می‌کنند.
  • تا جای ممکن اندازه‌گیری‌ها باید دقیق باشد، از متناسب‌ترین و با کیفیت‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری استفاده کنید.
  • تکرار مورد نیاز است، زیرا با وجود ابزار دقیق اندازه‌گیری کمّی، نتایج به دست آمده از نمونه‌های زیستی ممکن است متفاوت و متنوع باشد.
  • تمامی عوامل تأثیرگذار روی نتیجه آزمایش باید کنترل شوند. فقط عوامل مورد اندازه گیری و مطالعه می‌‌توانند در طول آزمایش تغییر کنند و سایر عوامل باید ثابت باقی بمانند.

پس از انجام یک آزمایش می‌توانید آن را به وسیله این چک لیست بسنجید. این سنجش باید منجر به پیشرفت شما در طراحی آزمایش و در نهایت انجام آزمایش‌­هایی بسیار دقیق شود.

طراحی آزمایشات اسمزی

طراحی بسیار دقیق آزمایش برای تولید نتایج قابل اطمینان بسیار ضروری است: در آزمایشات اسمزی چگونه اندازه‌گیری‌های دقیق حاصل می‌شود؟

اسملاریته بافت‌های گیاهی با روش­‌های مختلفی قابل بررسی است. شکل شماره 13 تعدادی سلول پیاز قرمز را که در محلول سدیم کلرید قرار داده شده‌اند، نشان می‌دهد. از روش زیر می‌توان برای بررسی نتایج اسمز در سلول‌های پیاز قرمز استفاده کرد.

  • از یک ورق پیاز قرمز مقداری اپیدرم جدا کنید.
  • نمونه‌ای به اندازه mm 5×5 از آن را برش دهید.
  • نمونه را در قطره‌ای آب مقطر بخوابانید، سپس روی لام قرار داده و پس از قرار دادن یک لامل، زیر میکروسکوپ نمونه را بررسی کنید.
  • فضای درونی دیواره سلولی با سیتوپلاسم باید در زیر میکروسکوپ بصورت پر شده دیده شود. همچنین غشای سلولی هم باید در بخش درونی دیواره قابل مشاهده باشد.
  • نمونه‌ای دیگر از اپیدرم پیاز را این بار در محلول سدیم کلرید با غلظتmol dm-3 5/0 یا 3% قرار دهید. اگر از طریق اسمز آب از سلول‌ها خارج و حجم سیتوپلاسم سلول کاهش پیدا کرد، همانگونه که در شکل شماره 13 نشان داده شده است، غشا از دیواره سلولی دور می‌شود. سلول‌هایی که غشایشان از دیواره سلولی دور شده ( به سمت داخل کشیده شده) را اصطلاحا پلاسمولیزه و به این فرآیند پلاسمولیز می‌گویند.

این روش می‌تواند برای کمک به طراحی یک آزمایش به منظور یافتن اسملاریته سلول‌های پیاز و یا هر سلول دیگری که ناحیه‌ی اشغال شده واضحی توسط سیتوپلاسم داشته باشد، استفاده شود. از چک لیست ارائه شده در بخش قبل به منظور اطمینان از دقیق بودن آزمایش طراحی شده، می‌توانید استفاده کنید.

ثیثی

جلوگیری از بروز اسمز در بافت‌ها و یا اندام‌ها جدا شده

به منظور جلوگیری از اسمز در فرایندهای پزشکی، بافت‌ها و اندام‌های مورد استفاده در محلول‌هایی با اسملاریته مشابه با سیتوپلاسم قرار می­گیرند.
سلول‌های جانوری طی اسمز ممکن است آسیب ببینند. شکل شماره 14، سلول‌های خونی نگهداری شده در محلول‌هایی با a) اسملاریته مشابه b) اسملاریه بیشتر و c) اسملاریته کمتر نسبت به اسملاریته سیتوپلاسم سلول‌ها را نشان می‌دهد. 

هه

درون یک محلول با اسملاریته بالا (محلول هایپرتونیک)، آب در اثر فشار اسمزی از سلول‌ها خارج می‌شود؛ بنابراین حجم سیتوپلاسم سلول کاهش می‌یابد. سطح غشای پلاسمایی تغییر نمی‌کند و به همین دلیل سلول‌ها دچار تورفتگی یا اصطلاحاً کرنیلاسیون[1] می‌شوند. در محلولی با اسملاریته پایین‌تر (هیپوتونیک) اگر آب در اثر فشار اسمزی جذب سلول‌ها شود، سلول­‌ها بزرگ می‌شوند که ممکن است در نهایت سلول بترکد و غشاهای پلاسمایی پاره شده و پدیده‌­ای با عنوان روح‌ گلبول قرمز ایجاد کند.

بنابراین هر دو محلول هایپرتونیک و هیپوتونیک می‌توانند به سلول‌های انسانی آسیب بزنند ولی در محلولی با اسملاریته مشابه نسبت به این سلول‌ها (محلول ایزوتونیک)، مولکول‌های آب به مقداری یکسان به سلول وارد و یا از آن خارج می‌شوند؛ در نتیجه ساختار سلول حفظ می‌شود. بنابراین بسیار مهم است که در فرآیندهای پزشکی هر بافت یا اندام انسانی در محلول‌های ایزوتونیک نگهداری شوند. معمولاً  برای این کار یک محلول ایزوتونیک از سدیم کلرید که محلول نمکی نرمال نامیده می‌شود، استفاده می‌گردد. این محلول اسملاریته‌ای در حدود mOsm 300 (میلی اسمول) دارد.

محلول نمکی نرمال در فرآیندهای پزشکی گوناگونی همچون موارد زیر به کار می‌رود:

  • تزریق ایمن محلول نمکی نرمال به سیستم خونی بیمار از طریق رگ‌­های وریدی.
  • استفاده برای شست و شوی زخم‌ها و خراش‌های پوستی.
  • استفاده برای مرطوب نگه‌داشتن بخش‌های آسیب دیده پوست، پیش از پیوند پوست.
  • استفاده به عنوان پایه قطره‌های چشمی.
  • از شکل یخ زده آن برای قرار دادن در اطراف قلب، کلیه و سایر اندام‌های اهدا شده‌ای که باید به بیمارستان جهت انجام عمل پیوند عضو انتقال یابند، استفاده می‌شود.

حکمم

 

[1] crenellations

[1] Volatage gated

 

 

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید