सुविधा प्रसार की परिभाषा सुस्पष्ट प्रसार एक सुगम ढाल के साथ अणुओं के निष्क्रिय आंदोलन को शामिल करने के लिए सुविधाजनक परिवहन का एक रूप है, जो एक अन्य अणु की उपस्थिति से निर्देशित होता है – आमतौर पर एक अभिन्न झिल्ली प्रोटीन जो एक छिद्र या चैनल का निर्माण करता है।

फैली हुई प्रसार सीधे एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) या ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट (जीटीपी) जैसे उच्च-ऊर्जा अणुओं को शामिल नहीं करता है क्योंकि अणु अपनी एकाग्रता ढाल के साथ आगे बढ़ रहे हैं।

प्रसार को प्रभावित करने वाले कारक

तरल पदार्थ के प्रसार के पीछे ड्राइविंग बल ब्राउनियन गति के पीछे बस संभावना है। सभी अणुओं में कुछ हद तक अनियमित, यादृच्छिक आंदोलन होते हैं, जो मोटे तौर पर तापमान पर निर्भर करते हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, इन अणुओं की ऊर्जा बढ़ती है।

जब एक पदार्थ एक निश्चित क्षेत्र में अत्यधिक केंद्रित होता है, तो आणविक आंदोलन, विशेष रूप से परिधि पर, पदार्थ के क्रमिक प्रसार को जन्म देगा। जब क्षेत्र के भीतर सभी अणु बेतरतीब ढंग से आगे बढ़ रहे हैं, तो कुछ बाहर की ओर जाने के लिए बाध्य हैं, ऐसे क्षेत्र में जहां इसकी सांद्रता कम है। दूसरी ओर, यह कम संभावना है कि यादृच्छिक आणविक आंदोलन विशेष रूप से उच्च एकाग्रता के क्षेत्रों की ओर कम एकाग्रता के एक क्षेत्र से दिशात्मक आंदोलन का परिणाम देगा।

उदाहरण के लिए, जब कोई एक मजबूत इत्र पहने हुए कमरे में जाता है, तो त्वचा या कपड़ों से गंधयुक्त अणु बाहर की ओर फैलते हैं। जब वे नाक में संवेदी रिसेप्टर्स को ट्रिगर करते हैं, तो कमरे में मौजूद लोगों को इनमें से कुछ बेतरतीब ढंग से घूमने वाले अणु दिखाई देते हैं। जब किसी क्षेत्र में सुगंधित अणुओं का उच्च घनत्व होता है, तो इन अणुओं की सहज गतिज ऊर्जा के कारण कुछ दूर चले जाएंगे। हालांकि, संभावना है कि ये कुछ आवारा अणु एक निर्देशित तरीके से आगे बढ़ेंगे, परफ्यूम पहनने वाले व्यक्ति की आस्तीन या कफ की ओर अपेक्षाकृत कम है। अंतिम परिणाम इत्र पहनने वाले व्यक्ति से दूर एकाग्रता को कम करने का एक बादल है।

जैसा कि उदाहरण में देखा गया है, एक अणु के प्रसार को एक एकाग्रता ढाल की आवश्यकता होती है। यदि कमरे में हर कोई एक ही इत्र पहनता है, तो कमरे में एक नए व्यक्ति के प्रवेश करने का न्यूनतम प्रभाव होगा। इसके अलावा, तापमान प्रसार की दर को बढ़ाता है। इसलिए, गर्म दिन पर इत्र कमरे में जल्दी फैल जाएगा। प्रसार भी अणु के आकार और माध्यम की प्रकृति पर निर्भर है।

हालांकि, यह माध्यम में किसी अन्य पदार्थ की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करता है। पिछले उदाहरण में, आपके बगल के व्यक्ति का आफ्टरशेव आपके प्रति इत्र के प्रसार की दर को प्रभावित नहीं करेगा। यद्यपि यह एक अप्रिय अनुभव हो सकता है, स्वतंत्र प्रसार अणुओं की एक महत्वपूर्ण संपत्ति है जो कोशिकाओं को पोषक तत्वों (एक दिशा में फैलाना) में ले जाने की अनुमति देता है, जबकि एक ही समय में, चयापचय अपशिष्ट उत्पादों (विपरीत दिशा में बाहर की ओर फैलाना) को निष्कासित करता है।

फैले हुए फैलाव के साथ-साथ संस्मरण

प्रसार जीवमंडल के पार सर्वव्यापी है। इसे हवा और पानी की आवाजाही में देखा जाता है, और यह एक आवश्यक शक्ति है जो वैश्विक मौसम के पैटर्न को बढ़ाती है। जीवित प्रणालियों के भीतर, लिपिड-आधारित झिल्लियों की उपस्थिति ऐसे डिब्बों का निर्माण करती है जो पानी में घुलनशील पदार्थों की चयनात्मक एकाग्रता की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली ऑर्गेनेल के भीतर 2 अलग-अलग क्षेत्र बना सकते हैं – आंतरिक मैट्रिक्स और अंतर-झिल्ली स्थान। इन उप-डिब्बों में से प्रत्येक में एक विशिष्ट रचना और कार्य है, जो आसपास के रिक्त स्थान से अलग है। इस तरह से आदेश की पीढ़ी जीवित दुनिया की लगभग हर इकाई की पहचान है – एक सेल के भीतर ऑर्गेनेल से पूरे अंग प्रणालियों और जीवों के लिए।

हालांकि, इसका स्वचालित रूप से मतलब है कि आयनों, छोटे अणुओं, प्रोटीन और अन्य विलेय में लिपिड बिलयर्स में अंतर सांद्रता है। इसके अलावा, ध्रुवीय, चार्ज या हाइड्रोफिलिक अणु जैविक झिल्ली को पार नहीं कर सकते हैं। हालांकि यह प्रत्येक डिब्बे की अखंडता को बनाए रखने के लिए उपयोगी है, अणुओं के लिए झिल्ली के पार जाने के लिए, उनकी एकाग्रता ढाल के साथ, जब आवश्यक हो, उतना ही आवश्यक है।

गैसों का प्रसार

इसका एक उत्कृष्ट उदाहरण सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करने वाले ऊतकों और कोशिकाओं में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड की गति है। इन कोशिकाओं को ऑक्सीजन और ग्लूकोज के इनपुट की आवश्यकता होती है जबकि कार्बन डाइऑक्साइड को शरीर से निकालने और बाहर निकालने की आवश्यकता होती है। चूंकि इनमें से प्रत्येक अणु उच्च सांद्रता वाले क्षेत्रों से कम सांद्रता वाले क्षेत्रों की ओर बढ़ रहे हैं, एटीपी या अन्य ऊर्जा मुद्रा अणुओं की कोई प्रत्यक्ष भागीदारी नहीं है। हालांकि, उन्हें कई लिपिड बाईलेयर्स को पार करने की आवश्यकता होती है – माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली से, सेल के प्लाज्मा झिल्ली तक, और फिर रक्त केशिकाओं को अस्तर करने वाली एंडोथेलियल कोशिकाओं के लिपिड बाइलेयर, लाल रक्त कोशिकाओं के प्लाज्मा झिल्ली और अंत में कोशिकाओं के झिल्ली बनाने वाली झिल्ली। वायुकोशीय थैली फेफड़ों में।

फैसिलिटेटेड डिफ्यूजन की जरूरत

सेल झिल्ली केवल अणुओं के एक बहुत ही सीमित वर्ग के लिए स्वतंत्र रूप से पारगम्य हैं। वे आकार में छोटे और गैर-ध्रुवीय होने चाहिए। जबकि यह अणुओं को पानी, ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड जैसे अणुओं को झिल्ली में फैलाने की अनुमति देता है, यह व्यावहारिक रूप से हर बायोपॉलिमर, अधिकांश पोषक तत्वों और कई महत्वपूर्ण छोटे अणुओं को रोकता है।

उदाहरण के लिए, ग्लूकोज एक अपेक्षाकृत बड़ा अणु है जो सीधे लिपिड बाईलेयर के माध्यम से फैल नहीं सकता है। इसी तरह, सोडियम, पोटेशियम या कैल्शियम आयन जैसे महत्वपूर्ण आयनों को चार्ज किया जाता है और इसलिए सेल झिल्ली के लिपोफिलिक कोर द्वारा इसे हटा दिया जाता है। अमीनो एसिड और न्यूक्लिक एसिड ध्रुवीय होते हैं, जिन्हें अक्सर कोशिकाओं में प्रवेश करने और बाहर निकलने के लिए सरल प्रसार का उपयोग करने के लिए चार्ज किया जाता है और बहुत बड़ा होता है। कभी-कभी, झिल्लियों के माध्यम से पानी के थोक आंदोलन भी लिपिड बाईलेयर के माध्यम से जल्दी से नहीं हो सकते हैं।

वाहक और चैनल

अभिन्न झिल्ली प्रोटीन का अध्ययन हमेशा मुश्किल होता है, क्योंकि वे हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों के साथ लंबे समय तक हाइड्रोफोबिक स्ट्रेच से बने होते हैं। उनकी संरचना को समझने के लिए इन प्रोटीनों को क्रिस्टलीकृत करना कठिनाई से भरा हुआ है। हालांकि, इन प्रोटीनों में से कई को सरल तरीकों के माध्यम से चित्रित किया गया है और हमें उनकी गतिविधि की कुछ समझ है

दूसरी ओर चैनल बनाने वाले प्रोटीन में मिनट के छिद्र होते हैं जो चुनिंदा अणुओं को गुजरने की अनुमति देते हैं। ऐसे कई तंत्र हैं जो एक अणु और उसके चैनल प्रोटीन के बीच फिट का निर्धारण करते हैं – आकार से, चार्ज करने के लिए और अमीनो एसिड साइड चेन के साथ बातचीत करने की क्षमता के साथ छिद्र। कुछ चैनल प्रोटीन अन्य जैव रासायनिक रूप से समान पदार्थों पर एक अणु के लिए एक हजार गुना वरीयता दिखा सकते हैं।
फैसिलिटेटेड डिफ्यूजन के उदाहरण कई महत्वपूर्ण अणुओं की कोशिकाओं और उप-कोशिकीय ऑर्गेनेल के बीच स्थानांतरित करने के लिए प्रसार की सुविधा होती है।

ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर

जब भोजन पच जाता है, तो छोटी आंत के भीतर ग्लूकोज की उच्च सांद्रता होती है। यह रक्त नलिकाओं को अस्तर करने वाली एंडोथेलियल कोशिकाओं की ओर, सहायक नहर की कोशिकाओं की झिल्लियों के माध्यम से पहुँचाया जाता है। इसके बाद, संचार प्रणाली द्वारा ग्लूकोज को पूरे शरीर में ले जाया जाता है। जब रक्त ऊतकों में प्रवाहित होता है जिसे ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो ग्लूकोज एंडोथेलियल सेल झिल्लियों को फिर से खो देता है और कम ग्लूकोज एकाग्रता के साथ कोशिकाओं में प्रवेश करता है। कभी-कभी, जब रक्त शर्करा का स्तर गिरता है, तो आंदोलन उल्टा हो सकता है – शरीर के ऊतकों से रक्त परिसंचरण में। उदाहरण के लिए, यकृत कोशिकाएं गैर-कार्बोहाइड्रेट स्रोतों से भी ग्लूकोज उत्पन्न कर सकती हैं ताकि एक बेसल रक्त शर्करा एकाग्रता को बनाए रखा जा सके और हाइपोग्लाइसीमिया को रोका जा सके।

इस आंदोलन को सुविधाजनक बनाने वाला ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर एक वाहक प्रोटीन है जिसकी दो प्रमुख संरचनाएं हैं। हालांकि सटीक त्रि-आयामी संरचना ज्ञात नहीं है, ग्लूकोज का बंधन संभवतः एक परिवर्तनकारी परिवर्तन का कारण बनता है जो बाध्यकारी साइट को सेल के इंटीरियर का सामना करता है। जब ग्लूकोज को सेल में छोड़ा जाता है, तो ट्रांसपोर्टर अपनी मूल रचना में वापस आ जाता है।

आयन चैनल

आयन चैनलों को बड़े पैमाने पर न्यूरॉन्स और मांसपेशी फाइबर जैसे उत्तेजक कोशिकाओं में अध्ययन किया गया है क्योंकि झिल्ली के पार आयनों की आवाजाही उनके कार्य का एक अभिन्न अंग है। ये चैनल प्रोटीन लिपिड बाईलेयर पर छिद्र बनाते हैं जो कोशिका की विद्युत क्षमता और लिगेंड के बंधन के आधार पर खुले या बंद विरूपण में हो सकते हैं। इस अर्थ में, इन प्रोटीनों को ‘गेटेड’ चैनल कहा जाता है।

अधिकांश कोशिकाओं में आयन पंपों की उपस्थिति यह सुनिश्चित करती है कि बाह्य तरल पदार्थ की आयनिक संरचना साइटोसोल से अलग है। किसी भी सेल की आराम क्षमता इस प्रक्रिया से प्रेरित होती है, जिसमें कोशिकीय क्षेत्र में सोडियम आयनों की अधिकता और सेल के भीतर पोटेशियम आयनों की अधिकता होती है। इस तरीके से उत्पन्न विद्युत और एकाग्रता ढाल का उपयोग न्यूरॉन्स के साथ क्रिया क्षमता के प्रसार और मांसपेशियों की कोशिकाओं की सिकुड़न के लिए किया जाता है।

जब एक सेल के वोल्टेज में एक छोटा सा परिवर्तन होता है, तो सोडियम आयन चैनल खुलते हैं और सेल में सोडियम आयनों के तेजी से प्रवेश की अनुमति देते हैं। यह बदले में, पोटेशियम आयन चैनलों के उद्घाटन को प्रेरित करता है, इन आयनों को बाहर की ओर बढ़ने की अनुमति देता है, यह दर्शाता है कि एक पदार्थ का प्रसार दूसरे से स्वतंत्र रूप से हो सकता है। कुछ मिलीसेकंड में, कोशिका झिल्ली में एक क्षेत्र वोल्टेज में बड़े बदलाव से गुजर सकता है – -75 mV से +30 mV तक।

मांसपेशियों की कोशिकाओं पर रिसेप्टर्स के लिए एसिटाइलकोलाइन जैसे न्यूरोट्रांसमीटर का बंधन लिगैंड-गेटेड आयन चैनलों की पारगम्यता को बदलता है। ट्रांसमेम्ब्रेन चैनल एक बंद सिलेंडर की तरह व्यवस्थित कई सब यूनिटों से बना है। लिगैंड (एसिटिलकोलाइन) का बंधन केंद्रीय मार्ग को अवरुद्ध करने वाले हाइड्रोफोबिक साइड चेन के विरूपण को बदल देता है। यह मांसपेशी कोशिका में सोडियम आयनों के तेजी से प्रवाह की ओर जाता है। सेल की विद्युत क्षमता में परिवर्तन से कैल्शियम आयन चैनल के उद्घाटन का परिणाम मिलता है, जो तब मांसपेशी फाइबर के संकुचन का कारण बनता है।

Aquaporins

अन्य ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीनों की तरह, एक्वापोरिन की पूरी तरह से विशेषता नहीं है। हालांकि, यह ज्ञात है कि लगभग हर सेल में पानी के अणुओं के तेजी से पारित होने के लिए कई ऐसे चैनल हैं। ये अत्यधिक संरक्षित प्रोटीन बैक्टीरिया, पौधों, कवक और जानवरों में मौजूद हैं। एक्वापोरिन बनाने वाले प्रोटीन में उत्परिवर्तन से डायबिटीज इन्सिपिडस जैसी बीमारियाँ हो सकती हैं।

संबंधित जीव विज्ञान शर्तें

ब्राउनियन मोशन – एक तरल माध्यम में कणों के वेग में बेतरतीब उतार-चढ़ाव आम तौर पर इंटरमॉलिक्युलर टकराव से उत्पन्न होते हैं।
हाइपोग्लाइसीमिया – निम्न रक्त शर्करा के स्तर की विशेषता।
इंटीग्रल मेम्ब्रेन प्रोटीन – प्रोटीन जो संरचनात्मक और कार्यात्मक रूप से एक जैविक झिल्ली का एक अभिन्न अंग है। झिल्ली की पूरी चौड़ाई को पार कर सकता है या एक छोटे लिंकर क्षेत्र के माध्यम से संलग्न किया जा सकता है।
आंशिक दबाव – गैसों के मिश्रण में एक गैस की सांद्रता का हाइपोथेटिकल माप

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