ميزات وهيكل ووظائف أغشية الخلايا

في عام 1972، تم طرح النظرية القائلة بأن الغشاء المنفذ جزئيًا يحيط بالخلية ويقوم بعدد من المهام الحيوية، كما أن بنية ووظيفة أغشية الخلايا هي قضايا مهمة فيما يتعلق بالأداء السليم لجميع الخلايا في الجسم. انتشر على نطاق واسع في القرن السابع عشر مع اختراع المجهر. وأصبح من المعروف أن الأنسجة النباتية والحيوانية تتكون من خلايا، ولكن بسبب انخفاض دقة الجهاز، كان من المستحيل رؤية أي حواجز حول الخلية الحيوانية. في القرن العشرين، تمت دراسة الطبيعة الكيميائية للغشاء بمزيد من التفصيل، وتبين أنه يعتمد على الدهون.

هيكل ووظائف أغشية الخلايا

يحيط غشاء الخلية بسيتوبلازم الخلايا الحية، ويفصل فعليًا المكونات داخل الخلايا عن البيئة الخارجية. تحتوي الفطريات والبكتيريا والنباتات أيضًا على جدران خلوية توفر الحماية وتمنع مرور الجزيئات الكبيرة. تلعب أغشية الخلايا أيضًا دورًا في تكوين الهيكل الخلوي وربط الجزيئات الحيوية الأخرى بالمصفوفة خارج الخلية. وهذا ضروري من أجل تجميعها معًا وتشكيل أنسجة وأعضاء الجسم. ميزات بنية غشاء الخلية تشمل النفاذية. وتتمثل المهمة الرئيسية في الحماية. يتكون الغشاء من طبقة فسفوليبيدية تحتوي على بروتينات مدمجة. ويشارك هذا الجزء في عمليات مثل التصاق الخلايا، والتوصيل الأيوني، وأنظمة الإشارات، ويعمل كسطح ربط للعديد من الهياكل خارج الخلية، بما في ذلك الجدار، والكوان السكري، والهيكل الخلوي الداخلي. يحافظ الغشاء أيضًا على إمكانات الخلية من خلال العمل كمرشح انتقائي. وهو نفاذية انتقائية للأيونات والجزيئات العضوية ويتحكم في حركة الجزيئات.

الآليات البيولوجية التي تنطوي على غشاء الخلية

1. الانتشار السلبي: يمكن لبعض المواد (الجزيئات الصغيرة، الأيونات)، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) والأكسجين (O2)، اختراق غشاء البلازما عن طريق الانتشار. تعمل القشرة كحاجز لبعض الجزيئات والأيونات، ويمكنها التركيز على كلا الجانبين.

2. القناة عبر الغشاء والبروتين الناقل: يجب أن تدخل العناصر الغذائية مثل الجلوكوز أو الأحماض الأمينية إلى الخلية، ويجب أن تخرج بعض المنتجات الأيضية من الخلية.

3. الالتقام الخلوي هو العملية التي يتم من خلالها تناول الجزيئات. يتم إنشاء تشوه طفيف (الغزو) في غشاء البلازما الذي يتم من خلاله ابتلاع المادة المراد نقلها. وهذا يتطلب طاقة وبالتالي فهو شكل من أشكال النقل النشط.

4. الالتقام الخلوي: يحدث في الخلايا المختلفة لإزالة بقايا المواد غير المهضومة التي يجلبها الالتقام الخلوي لإفراز مواد مثل الهرمونات والإنزيمات ونقل المادة بالكامل عبر حاجز الخلية.

التركيب الجزيئي

غشاء الخلية هو غشاء بيولوجي يتكون بشكل أساسي من الدهون الفوسفاتية ويفصل محتويات الخلية بأكملها عن البيئة الخارجية. تحدث عملية التكوين بشكل عفوي في ظل الظروف العادية. لفهم هذه العملية ووصف بنية ووظائف أغشية الخلايا بشكل صحيح، وكذلك الخصائص، من الضروري تقييم طبيعة هياكل الفسفوليبيد، التي تتميز بالاستقطاب الهيكلي. عندما تصل الدهون الفوسفاتية في البيئة المائية للسيتوبلازم إلى تركيز حرج، فإنها تتحد في المذيلات، والتي تكون أكثر استقرارًا في البيئة المائية.

خصائص الغشاء

• استقرار. وهذا يعني أنه بمجرد تشكيل الغشاء، فمن غير المرجح أن يتفكك.
• قوة. الغلاف الدهني موثوق بما يكفي لمنع مرور المادة القطبية؛ ولا يمكن للمواد المذابة (الأيونات والجلوكوز والأحماض الأمينية) والجزيئات الأكبر حجمًا (البروتينات) المرور عبر الحدود المشكلة.
• الطابع الديناميكي. ربما تكون هذه هي الخاصية الأكثر أهمية عند النظر في بنية الخلية. يمكن أن يتعرض غشاء الخلية لتشوهات مختلفة، ويمكن أن ينثني وينحني دون أن يتم تدميره. في ظل ظروف خاصة، على سبيل المثال، أثناء اندماج الحويصلة أو تبرعمها، يمكن أن تتعطل، ولكن بشكل مؤقت فقط. في درجة حرارة الغرفة، تكون مكوناته الدهنية في حركة فوضوية مستمرة، وتشكل حدودًا سائلة مستقرة.

نموذج الفسيفساء السائلة

عند الحديث عن بنية ووظائف أغشية الخلايا، من المهم ملاحظة أنه في المفهوم الحديث، تم اعتبار الغشاء كنموذج فسيفساء سائل في عام 1972 من قبل العلماء سينجر ونيكلسون. وتعكس نظريتهم ثلاث سمات رئيسية لبنية الغشاء. تعزز التكاملات نمط الفسيفساء للغشاء، وهي قادرة على الحركة الجانبية داخل المستوى بسبب الطبيعة المتغيرة لتنظيم الدهون. من المحتمل أيضًا أن تكون البروتينات عبر الغشاء متحركة. من السمات المهمة لبنية الغشاء عدم تناسقه. ما هو هيكل الخلية؟ غشاء الخلية والنواة والبروتينات وما إلى ذلك. الخلية هي الوحدة الأساسية للحياة، وتتكون جميع الكائنات الحية من خلية واحدة أو عدة خلايا، لكل منها حاجز طبيعي يفصلها عن بيئتها. وتسمى هذه الحدود الخارجية للخلية أيضًا غشاء البلازما. ويتكون من أربعة أنواع مختلفة من الجزيئات: الدهون الفوسفاتية والكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات. يصف نموذج الفسيفساء السائل بنية غشاء الخلية على النحو التالي: مرن ومرن، ذو قوام مشابه للزيت النباتي، بحيث تطفو جميع الجزيئات الفردية ببساطة في وسط سائل، وجميعها قادرة على التحرك بشكل أفقي داخل هذا الغشاء. الفسيفساء هي شيء يحتوي على العديد من القطع المختلفة. ويمثلها في غشاء البلازما الدهون الفوسفاتية وجزيئات الكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات.

الفوسفوليبيدات

تشكل الفوسفوليبيدات البنية الرئيسية لغشاء الخلية. هذه الجزيئات لها طرفان مختلفان: رأس وذيل. يحتوي طرف الرأس على مجموعة فوسفات وهو محب للماء. وهذا يعني أنه ينجذب إلى جزيئات الماء. يتكون الذيل من ذرات الهيدروجين والكربون تسمى سلاسل الأحماض الدهنية. هذه السلاسل كارهة للماء، ولا تحب الاختلاط بجزيئات الماء. تشبه هذه العملية ما يحدث عندما تصب الزيت النباتي في الماء، أي أنه لا يذوب فيه. ترتبط السمات الهيكلية لغشاء الخلية بما يسمى بطبقة الدهون الثنائية، والتي تتكون من الدهون الفوسفاتية. توجد رؤوس الفوسفات المحبة للماء دائمًا حيث يوجد ماء على شكل سائل داخل الخلايا وخارجها. يتم تنظيم ذيول الدهون الفوسفاتية الكارهة للماء في الغشاء بطريقة تجعلها بعيدة عن الماء.

الكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات

عندما يسمع الناس كلمة الكولسترول، عادة ما يعتقدون أنها سيئة. ومع ذلك، يعتبر الكوليسترول في الواقع عنصرًا مهمًا جدًا في أغشية الخلايا. تتكون جزيئاته من أربع حلقات هيدروجين وذرات كربون. وهي كارهة للماء وتوجد بين الذيول الكارهة للماء في الطبقة الدهنية الثنائية. وتكمن أهميتها في الحفاظ على تماسكها، فهي تقوي الأغشية، وتمنع العبور. تمنع جزيئات الكوليسترول أيضًا ذيول الدهون الفوسفورية من التلامس والتصلب. وهذا يضمن السيولة والمرونة. تعمل بروتينات الغشاء كأنزيمات لتسريع التفاعلات الكيميائية، أو بمثابة مستقبلات لجزيئات معينة، أو نقل المواد عبر غشاء الخلية.

توجد الكربوهيدرات أو السكريات فقط على الجانب خارج الخلية من غشاء الخلية. معًا يشكلون الجليكالوكسي. يوفر التوسيد والحماية لغشاء البلازما. واستنادًا إلى بنية ونوع الكربوهيدرات الموجودة في الكأس السكري، يستطيع الجسم التعرف على الخلايا وتحديد ما إذا كان ينبغي وجودها هناك أم لا.

بروتينات الغشاء

لا يمكن تخيل بنية غشاء الخلية بدون عنصر مهم مثل البروتين. على الرغم من ذلك، يمكن أن يكون حجمها أصغر بكثير من مكون مهم آخر - الدهون. هناك ثلاثة أنواع من البروتينات الغشائية الرئيسية.

• أساسي. إنها تغطي بالكامل الطبقة الثنائية والسيتوبلازم والبيئة خارج الخلية. يؤدون وظائف النقل والتشوير.
• محيطية. ترتبط البروتينات بالغشاء بواسطة روابط كهروستاتيكية أو هيدروجينية على أسطحها السيتوبلازمية أو خارج الخلية. إنهم يشاركون بشكل أساسي كوسيلة لربط البروتينات المتكاملة.
• الغشاء. أنها تؤدي وظائف الأنزيمية والإشارات، وأيضا تعديل البنية الأساسية للطبقة الدهنية ثنائية الغشاء.

وظائف الأغشية البيولوجية

التأثير الكاره للماء، الذي ينظم سلوك الهيدروكربونات في الماء، يتحكم في الهياكل التي تشكلها الدهون الغشائية وبروتينات الغشاء. يتم منح العديد من خصائص الغشاء بواسطة طبقات ثنائية الدهون الحاملة، والتي تشكل البنية الأساسية لجميع الأغشية البيولوجية. يتم إخفاء بروتينات الغشاء المتكامل جزئيًا في طبقة ثنائية الدهون. تحتوي بروتينات الغشاء على تنظيم متخصص من الأحماض الأمينية في تسلسلها الأولي.

بروتينات الغشاء المحيطي تشبه إلى حد كبير البروتينات القابلة للذوبان، ولكنها أيضًا مرتبطة بغشاء. أغشية الخلايا المتخصصة لها وظائف خلوية متخصصة. كيف يؤثر هيكل ووظائف أغشية الخلايا على الجسم؟ تعتمد وظيفة الكائن الحي بأكمله على كيفية بناء الأغشية البيولوجية. من العضيات داخل الخلايا، يتم إنشاء تفاعلات الأغشية خارج الخلية وبين الخلايا، والهياكل اللازمة لتنظيم وأداء الوظائف البيولوجية. العديد من الميزات الهيكلية والوظيفية مشتركة بين البكتيريا والفيروسات المغلفة. جميع الأغشية البيولوجية مبنية على طبقة دهنية ثنائية، مما يؤدي إلى عدد من الخصائص المشتركة. بروتينات الغشاء لها العديد من الوظائف المحددة.

• المتابعة. تحدد أغشية الخلايا البلازمية حدود التفاعل بين الخلية والبيئة.
• ينقل. تنقسم أغشية الخلايا داخل الخلايا إلى عدة وحدات وظيفية ذات تركيبات داخلية مختلفة، كل منها مدعوم بوظيفة النقل الضرورية مع التحكم في النفاذية.
• نقل الإشارة. يوفر اندماج الغشاء آلية للإشارات الحويصلية داخل الخلايا ومنع أنواع مختلفة من الفيروسات من دخول الخلية بحرية.

الأهمية والاستنتاجات

يؤثر هيكل غشاء الخلية الخارجي على الجسم بأكمله. إنه يلعب دورًا مهمًا في حماية السلامة، مما يسمح فقط للمواد المختارة بالاختراق. كما أنها قاعدة جيدة لربط الهيكل الخلوي وجدار الخلية، مما يساعد في الحفاظ على شكل الخلية. تشكل الدهون حوالي 50% من كتلة الغشاء لمعظم الخلايا، على الرغم من أن هذا يختلف باختلاف نوع الغشاء. هيكل غشاء الخلية الخارجي للثدييات أكثر تعقيدًا، ويحتوي على أربعة فسفوليبيدات رئيسية. من الخصائص المهمة لطبقات الدهون الثنائية أنها تتصرف كسوائل ثنائية الأبعاد حيث يمكن للجزيئات الفردية أن تدور بحرية وتتحرك بشكل جانبي. تعتبر هذه السيولة خاصية مهمة للأغشية، والتي يتم تحديدها اعتمادًا على درجة الحرارة وتكوين الدهون. نظرًا لبنيته الحلقية الهيدروكربونية، يلعب الكوليسترول دورًا في تحديد سيولة الغشاء. تسمح الأغشية البيولوجية للجزيئات الصغيرة للخلية بالتحكم في بنيتها الداخلية والحفاظ عليها.

بالنظر إلى بنية الخلية (غشاء الخلية، النواة، وما إلى ذلك)، يمكننا أن نستنتج أن الجسم عبارة عن نظام ذاتي التنظيم، والذي بدون مساعدة خارجية، لا يمكنه أن يؤذي نفسه وسيبحث دائمًا عن طرق للاستعادة والحماية والصحة بشكل صحيح وظيفة كل خلية.