في عام 1972 ، تم طرح النظرية القائلة بأن الغشاء المنفذ جزئيًا يحيط بالخلية ويؤدي عددًا من المهام الحيوية ، كما أن بنية ووظيفة أغشية الخلايا هي قضايا مهمة فيما يتعلق بالأداء السليم لجميع الخلايا في الجسم. انتشرت نظرية الخلية في القرن السابع عشر مع اختراع المجهر. أصبح معروفًا أن الأنسجة النباتية والحيوانية تتكون من خلايا ، ولكن نظرًا لانخفاض دقة الجهاز ، كان من المستحيل رؤية أي حواجز حول الخلية الحيوانية. في القرن العشرين تمت دراسة الطبيعة الكيميائية للغشاء بمزيد من التفصيل ووجد أن الدهون هي أساسه.
هيكل ووظيفة 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 فيتشكيل الهيكل الخلوي والتعلق بالمصفوفة خارج الخلية للجزيئات الحيوية الأخرى. هذا ضروري من أجل تجميعهم معًا ، وتشكيل أنسجة وأعضاء الجسم. تشمل السمات الهيكلية لغشاء الخلية النفاذية. الوظيفة الرئيسية هي الحماية. يتكون الغشاء من طبقة فوسفورية مع بروتينات مدمجة. يشارك هذا الجزء في عمليات مثل التصاق الخلية والتوصيل الأيوني وأنظمة الإشارات ويعمل كسطح مرفق للعديد من الهياكل خارج الخلية ، بما في ذلك الجدار والكلان السكري والهيكل الخلوي الداخلي. يحافظ الغشاء أيضًا على إمكانات الخلية من خلال العمل كمرشح انتقائي. إنه قابل للنفاذ بشكل انتقائي للأيونات والجزيئات العضوية ويتحكم في حركة الجسيمات.
الآليات البيولوجية التي تنطوي على غشاء الخلية
1. الانتشار السلبي: يمكن لبعض المواد (الجزيئات الصغيرة والأيونات) ، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) والأكسجين (O2) ، أن تنتشر عبر غشاء البلازما. تعمل القشرة كحاجز أمام بعض الجزيئات والأيونات التي يمكن أن تتركز على كلا الجانبين
2. قناة الغشاء والبروتين الناقل: المغذيات مثل الجلوكوز أو الأحماض الأمينية يجب أن تدخل الخلية ، وبعض المنتجات الأيضية يجب أن تغادر.
3. الالتقام الخلوي هو العملية التي يتم من خلالها امتصاص الجزيئات. يحدث تشوه طفيف (انقلاب) في غشاء البلازما ، حيث يتم ابتلاع المادة المراد نقلها. يتطلبالطاقة وبالتالي هي شكل من أشكال النقل النشط
4. خروج الخلايا: يحدث في خلايا مختلفة لإزالة بقايا المواد غير المهضومة الناتجة عن الالتقام الخلوي من أجل إفراز مواد مثل الهرمونات والإنزيمات ونقل المادة بالكامل عبر الحاجز الخلوي.
التركيب الجزيئي
غشاء الخلية عبارة عن غشاء بيولوجي ، يتكون أساسًا من الدهون الفسفورية ويفصل محتويات الخلية بأكملها عن البيئة الخارجية. تحدث عملية التكوين بشكل عفوي في ظل الظروف العادية. لفهم هذه العملية ووصف بنية ووظائف أغشية الخلايا ، بالإضافة إلى الخصائص بشكل صحيح ، من الضروري تقييم طبيعة الهياكل الفسفورية التي تتميز بالاستقطاب الهيكلي. عندما تصل الدهون الفسفورية في البيئة المائية من السيتوبلازم إلى تركيز حرج ، فإنها تتحد في المذيلات ، والتي تكون أكثر استقرارًا في البيئة المائية.
خصائص الغشاء
- الاستقرار. وهذا يعني أنه بعد تشكيل الغشاء من غير المحتمل أن ينهار.
- القوة. يعتبر الغشاء الدهني موثوقًا بدرجة كافية لمنع مرور مادة قطبية ؛ لا يمكن لكل من المواد الذائبة (الأيونات والجلوكوز والأحماض الأمينية) والجزيئات الأكبر (البروتينات) المرور عبر الحدود المشكلة.
- شخصية ديناميكية. ربما تكون هذه هي الخاصية الأكثر أهمية عند النظر في بنية الخلية. يمكن لغشاء الخليةتخضع لتشوهات مختلفة ، ويمكن طيها وثنيها دون الانهيار. في ظل ظروف خاصة ، مثل اندماج الحويصلات أو التبرعم ، يمكن كسرها ، ولكن بشكل مؤقت فقط. في درجة حرارة الغرفة ، تكون مكوناته الدهنية في حركة فوضوية ثابتة ، وتشكل حدودًا ثابتة للسائل.
موديل الفسيفساء السائل
عند الحديث عن بنية ووظائف أغشية الخلايا ، من المهم ملاحظة أنه في النظرة الحديثة ، تم اعتبار الغشاء كنموذج فسيفساء سائل في عام 1972 من قبل العلماء سينجر ونيكلسون. تعكس نظريتهم ثلاث سمات رئيسية لهيكل الغشاء. توفر بروتينات الغشاء المتكاملة قالب فسيفساء للغشاء ، وهي قادرة على الحركة الجانبية داخل الطائرة بسبب الطبيعة المتغيرة للتنظيم الدهني. يمكن أيضًا أن تكون بروتينات الغشاء متحركة. سمة مهمة لهيكل الغشاء هو عدم تناسقه. ما هو هيكل الخلية؟ غشاء الخلية والنواة والبروتينات وهلم جرا. الخلية هي الوحدة الأساسية للحياة ، وتتكون جميع الكائنات الحية من خلية واحدة أو أكثر ، ولكل منها حاجز طبيعي يفصلها عن بيئتها. يسمى هذا الحد الخارجي للخلية أيضًا بغشاء البلازما. يتكون من أربعة أنواع مختلفة من الجزيئات: الدهون الفوسفورية والكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات. يصف نموذج الفسيفساء السائل هيكل غشاء الخلية على النحو التالي: مرن ومرن ، متشابه في الاتساق مع الزيت النباتي ، بحيث يكون كل شيءتطفو الجزيئات الفردية ببساطة في الوسط السائل ، وكلها قادرة على التحرك بشكل جانبي داخل تلك القشرة. الفسيفساء هي شيء يحتوي على العديد من التفاصيل المختلفة. في غشاء البلازما يتم تمثيله بالفوسفوليبيدات وجزيئات الكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات.
فوسفوليبيد
تشكل الدهون الفوسفورية البنية الأساسية لغشاء الخلية. هذه الجزيئات لها نهايتان متميزتان: رأس وذيل. تحتوي نهاية الرأس على مجموعة فوسفاتية وهي محبة للماء. هذا 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 طبقة ثنائية الدهون ، والتي تتكون من الدهون الفوسفورية. توجد رؤوس الفوسفات المحبة للماء دائمًا حيث يوجد ماء على شكل سائل داخل الخلايا وخارج الخلية. ذيول الفسفوليبيد الكارهة للماء في الغشاء منظمة بطريقة تجعلها بعيدة عن الماء.
كوليسترول وبروتينات وكربوهيدرات
عندما يسمع الناس كلمة "كولسترول" ، يعتقد الناس عادة أنها سيئة. ومع ذلك ، فإن الكوليسترول هو في الواقع عنصر مهم للغاية في أغشية الخلايا. تتكون جزيئاتها من أربع حلقات من ذرات الهيدروجين والكربون. إنها كارهة للماء وتحدث بين ذيول كارهة للماء في طبقة ثنائية الدهون. أهميتها تكمن فيالحفاظ على الاتساق ، فهي تقوي الأغشية ، وتمنع التقاطع. تحافظ جزيئات الكوليسترول أيضًا على ذيول الفسفوليبيد من التلامس والتصلب. هذا يضمن السيولة والمرونة. تعمل بروتينات الغشاء كإنزيمات لتسريع التفاعلات الكيميائية ، وتعمل كمستقبلات لجزيئات معينة ، أو تنقل المواد عبر غشاء الخلية.
توجد الكربوهيدرات أو السكريات فقط في الجانب خارج الخلية من غشاء الخلية. معا يشكلون glycocalyx. يوفر توسيدًا وحماية لغشاء البلازما. بناءً على بنية ونوع الكربوهيدرات في الكُلَان السكري ، يمكن للجسم التعرف على الخلايا وتحديد ما إذا كان يجب أن تكون موجودة أم لا.
بروتينات الغشاء
لا يمكن تخيل بنية غشاء الخلية لخلية حيوانية بدون عنصر مهم مثل البروتين. على الرغم من ذلك ، يمكن أن تكون أقل شأنا في الحجم من عنصر مهم آخر - الدهون. هناك ثلاثة بروتينات غشائية رئيسية.
- لا يتجزأ. إنها تغطي تمامًا البيئة ثنائية الطبقة والسيتوبلازم وخارج الخلية. يؤدون وظيفة النقل والإشارات.
- طرفي. ترتبط البروتينات بالغشاء عن طريق روابط كهروستاتيكية أو هيدروجينية على أسطحها السيتوبلازمية أو خارج الخلية. يشاركون في المقام الأول كوسيلة لربط البروتينات المتكاملة.
- ترانسيمبرين. يؤدون وظائف إنزيمية وإشارات ، ويقومون أيضًا بتعديل البنية الأساسية للطبقة الثنائية الدهنية للغشاء.
وظائف الأغشية البيولوجية
التأثير الكارثي للماء ، الذي ينظم سلوك الهيدروكربونات في الماء ، يتحكم في الهياكل المكونة من دهون الغشاء وبروتينات الغشاء. يتم منح العديد من خصائص الأغشية بواسطة حاملات طبقات الدهون الثنائية ، والتي تشكل الهيكل الأساسي لجميع الأغشية البيولوجية. يتم إخفاء بروتينات الغشاء المتكامل جزئيًا في طبقة ثنائية الدهون. بروتينات الغشاء لها تنظيم متخصص من الأحماض الأمينية في تسلسلها الأساسي.
بروتينات الغشاء المحيطي تشبه إلى حد بعيد البروتينات الذائبة ، لكنها أيضًا مرتبطة بالغشاء. أغشية الخلايا المتخصصة لها وظائف خلوية متخصصة. كيف تؤثر بنية ووظائف أغشية الخلايا على الجسم؟ تعتمد وظيفة الكائن الحي بأكمله على كيفية ترتيب الأغشية البيولوجية. من العضيات داخل الخلايا ، تفاعلات الأغشية خارج الخلية وبين الخلايا ، يتم إنشاء الهياكل اللازمة لتنظيم وأداء الوظائف البيولوجية. العديد من السمات الهيكلية والوظيفية مشتركة بين البكتيريا والخلايا حقيقية النواة والفيروسات المغلفة. جميع الأغشية البيولوجية مبنية على طبقة ثنائية للدهون ، والتي تحدد وجود عدد من الخصائص المشتركة. بروتينات الغشاء لها العديد من الوظائف المحددة.
- السيطرة. تحدد أغشية الخلايا البلازمية حدود تفاعل الخلية مع البيئة.
- النقل. تنقسم الأغشية داخل الخلايا إلى عدة كتل وظيفية مختلفةالتكوين الداخلي ، كل منها مدعوم بوظيفة النقل الضرورية بالاشتراك مع نفاذية التحكم.
- توصيل الإشارة. يوفر اندماج الغشاء آلية للإخطار الحويصلي داخل الخلايا ومنع أنواع مختلفة من الفيروسات من الدخول بحرية إلى الخلية.
المعنى والاستنتاجات
تؤثر بنية غشاء الخلية الخارجية على الجسم كله. يلعب دورًا مهمًا في حماية السلامة من خلال السماح فقط للمواد المختارة بالاختراق. كما أنها قاعدة جيدة لترسيخ 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 الخارجية للثدييات أكثر تعقيدًا ، فهو يحتوي على أربعة فوسفوليبيدات رئيسية. من الخصائص المهمة لطبقات الليبيدات الثنائية أنها تتصرف مثل سائل ثنائي الأبعاد حيث يمكن للجزيئات الفردية أن تدور بحرية وتتحرك أفقيًا. هذه السيولة هي خاصية مهمة للأغشية ، والتي يتم تحديدها اعتمادًا على درجة الحرارة وتكوين الدهون. بسبب بنية الحلقة الهيدروكربونية ، يلعب الكوليسترول دورًا في تحديد سيولة الأغشية. تسمح النفاذية الانتقائية للأغشية البيولوجية للجزيئات الصغيرة للخلية بالتحكم في هيكلها الداخلي والحفاظ عليه.
بالنظر إلى بنية الخلية (غشاء الخلية ، النواة ، وما إلى ذلك) ، يمكننا أن نستنتج ذلكأن الجسم عبارة عن نظام ذاتي التنظيم لا يمكن أن يؤذي نفسه دون مساعدة خارجية وسيبحث دائمًا عن طرق لاستعادة كل خلية وحمايتها وتشغيلها بشكل صحيح.
