מפלי ריכוזים כמקור אנרגיה

כדי להפעיל אנזימים, התא זקוק לאנרגיה זמינה. אחת מצורות האנרגיה הללו היא הידרוליזת ATP. צריכת ATP, שהוא מטבע האנרגיה העיקרי של התא, כרוכה בשימוש בזבזני יחסית באנרגיה. על כן קיים מקור אנרגיה חלופי בתא – מפלי ריכוזים של יונים בין שני צדי הממברנה.

הסרטון שלפנינו מסביר את הרעיון שמאחורי קיום מפל הריכוזים ומביא לדוגמהאת שרשרת מעבר האלקטרונים שמפעילה את החלסון ATP סינתאז.

הסרטון הופק במסגרת פרויקט Virtual Cell של אוניברסיטת צפון דקוטה בארה"ב. תורגם בידי צוות דוידסון אונליין

היות שדנו כבר בנושא מפל יוני המימן כאמצעי לייצור ATP בכתבות על הפוטוסינתזה, ATP סינתאז ושרשרת מעבר האלקטרונים, נעסוק כאן בשימושים של מפלי ריכוזים במערכות אחרות.

הרעיון שמאחורי מפלי ריכוזים הוא פשוט מאוד: התא מנצל את הנטייה של חומרים לעבור ממקום שבו הריכוז שלהם כגבוה למקום שבו ריכוזם נמוך כדי להגיע לאיזון. מפלי ריכוזים נוצרים על ידי שאיבה של יונים מאזור דליל ביונים מסוג מסוים לאזור שהריכוז שלהם בו גבוה. שאיבה כזו דורשת אנרגיה שאפשר לקבל מ-ATP (כמו במשאבת נתרן/אשלגן), מאלקטרונים (כמו בשרשרת מעבר האלקטרונים) או מיונים אחרים שמועברים עם כיוון מפל הריכוזים, כמו במשחלפי יונים.

אפשר לדמות את האנרגיה של מפל הריכוזים למפל מים. כפי שהמים ינועו תמיד באופן ספונטני מהמקום הגבוה לנמוך, גם היונים נוטים לנוע ספונטנית מהריכוז הגבוה לנמוך. עם זאת, יש לכך סייג חשוב אחד – היות שהיונים הם חלקיקים טעונים, פועלים כאן גם כוחות של משיכה או דחייה חשמלית. ייתכן מצב שבו יהיה מפל ריכוזים של יון מסוים, אך סכום המטענים החשמליים של כל היונים משני צדי הממברנה יוצר איזון ששומר על פער בין ריכוזי היונים משני הצדדים. מצב כזה נקרא "איזון אלקטרו-כימי".

הדוגמה הכי יפה למפל ריכוזים היא מפל הנתרן/אשלגן בגוף. מחוץ לתא קיים ריכוז גבוה של נתרן וריכוז נמוך של אשלגן, ובתוך התא ריכוז האשלגן גבוה וריכוז הנתרן נמוך. מפל הריכוזים זה הוא הבסיס של ההולכה העצבית דרך פוטנציאל הפעולה. האנזים שאחראי על ייצור מפל הריכוזים זה הוא משאבת הנתרן/אשלגן, שמוציאה מהתא שלוש מולקולות של נתרן ומכניסה במקומן שתי מולקולות אשלגן, והכול באמצעות הידרוליזת ATP.

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.