غشاء الخلية هو الهيكل الذي يغطي الجزء الخارجي من الخلية. ويسمى أيضًا السيتوبلازما أو البلازما.
تم بناء هذا التكوين من طبقة ثنائية الدهون (طبقة ثنائية) تحتوي على بروتينات مدمجة فيها. الكربوهيدرات التي تشكل البلازما هي في حالة مقيدة.
توزيع المكونات الرئيسية للبلازما هو كما يلي: أكثر من نصف التركيب الكيميائي عبارة عن بروتينات، والربع عبارة عن الدهون الفوسفاتية، والعاشر هو الكوليسترول.
غشاء الخلية وأنواعه
غشاء الخلية عبارة عن طبقة رقيقة يتكون أساسها من طبقات من البروتينات الدهنية والبروتينات.
من خلال التوطين يتم تمييز العضيات الغشائية التي لها بعض الميزات الموجودة في الخلايا النباتية والحيوانية:
- الميتوكوندريا.
- جوهر؛
- الشبكة الإندوبلازمية
- مجمع جولجي
- الليزوزومات.
- البلاستيدات الخضراء (في الخلايا النباتية).
يوجد أيضًا غشاء الخلية الداخلي والخارجي (البلازموليما).
هيكل غشاء الخلية
يحتوي غشاء الخلية على الكربوهيدرات التي تغطيها على شكل جليكالوكسي. هذا هيكل فوق الغشاء يؤدي وظيفة حاجز. البروتينات الموجودة هنا في حالة حرة. تشارك البروتينات غير المرتبطة في التفاعلات الأنزيمية، مما يوفر تحلل المواد خارج الخلية.
يتم تمثيل بروتينات الغشاء السيتوبلازمي بالبروتينات السكرية. بناءً على تركيبها الكيميائي، يتم تصنيف البروتينات المتضمنة بالكامل في الطبقة الدهنية (على طولها بالكامل) على أنها بروتينات متكاملة. طرفية أيضًا، ولا تصل إلى أحد أسطح البلازما.
تعمل الوظيفة الأولى كمستقبلات، حيث ترتبط بالنواقل العصبية والهرمونات والمواد الأخرى. تعد بروتينات الإدخال ضرورية لبناء القنوات الأيونية التي يتم من خلالها نقل الأيونات والركائز المحبة للماء. والأخيرة عبارة عن إنزيمات تحفز التفاعلات داخل الخلايا.
الخصائص الأساسية للغشاء البلازمي
طبقة ثنائية الدهون تمنع تغلغل الماء. الدهون هي مركبات كارهة للماء ممثلة في الخلية بواسطة الدهون الفوسفاتية. تواجه مجموعة الفوسفات الخارج وتتكون من طبقتين: الطبقة الخارجية، الموجهة إلى البيئة خارج الخلية، والطبقة الداخلية، التي تحدد المحتويات داخل الخلايا.
تسمى المناطق القابلة للذوبان في الماء بالرؤوس المحبة للماء. يتم توجيه مواقع الأحماض الدهنية إلى داخل الخلية على شكل ذيول كارهة للماء. يتفاعل الجزء الكاره للماء مع الدهون المجاورة، مما يضمن التصاقها ببعضها البعض. الطبقة المزدوجة لديها نفاذية انتقائية في مناطق مختلفة.
لذلك، في الوسط، يكون الغشاء غير منفذ للجلوكوز واليوريا؛ حيث تمر المواد الكارهة للماء بحرية: ثاني أكسيد الكربون والأكسجين والكحول. الكوليسترول مهم، ومحتوى الأخير يحدد لزوجة البلازما.
وظائف غشاء الخلية الخارجي
يتم سرد خصائص الوظائف بإيجاز في الجدول:
| وظيفة الغشاء | وصف |
| دور الحاجز | تقوم البلازما بوظيفة وقائية، حيث تحمي محتويات الخلية من تأثيرات العوامل الأجنبية. بفضل التنظيم الخاص للبروتينات والدهون والكربوهيدرات، يتم ضمان نصف نفاذية البلازما. |
| وظيفة الاستقبال | يتم تنشيط المواد النشطة بيولوجيا من خلال غشاء الخلية في عملية الارتباط بالمستقبلات. وهكذا، يتم التوسط في التفاعلات المناعية من خلال التعرف على العوامل الأجنبية بواسطة جهاز مستقبل الخلية الموجود على غشاء الخلية. |
| وظيفة النقل | يسمح لك وجود المسام في البلازما بتنظيم تدفق المواد إلى الخلية. تحدث عملية النقل بشكل سلبي (دون استهلاك الطاقة) للمركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض. يرتبط النقل النشط بإنفاق الطاقة المنطلقة أثناء تحلل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). تستخدم هذه الطريقة لنقل المركبات العضوية. |
| المشاركة في العمليات الهضمية | تترسب المواد على غشاء الخلية (الامتصاص). ترتبط المستقبلات بالركيزة وتنقلها إلى داخل الخلية. تتشكل فقاعة تقع بحرية داخل الخلية. من خلال الاندماج، تشكل هذه الحويصلات الجسيمات الحالة مع الإنزيمات المحللة. |
| الوظيفة الأنزيمية | الإنزيمات هي مكونات أساسية لعملية الهضم داخل الخلايا. التفاعلات التي تتطلب مشاركة المحفزات تحدث بمشاركة الإنزيمات. |
ما هي أهمية غشاء الخلية
يشارك غشاء الخلية في الحفاظ على التوازن بسبب الانتقائية العالية للمواد التي تدخل الخلية وتخرج منها (في علم الأحياء يسمى هذا بالنفاذية الانتقائية).
تقسم نتوءات البلازما الخلية الخلية إلى حجيرات (أقسام) مسؤولة عن أداء وظائف معينة. تضمن الأغشية المصممة خصيصًا والمتوافقة مع نمط الفسيفساء السائلة سلامة الخلية.
الجزء الخارجي من الخلية مغطى بغشاء بلازمي (أو غشاء الخلية الخارجي) يبلغ سمكه حوالي 6-10 نانومتر.
غشاء الخلية عبارة عن طبقة كثيفة من البروتينات والدهون (أساسا الدهون الفوسفاتية). يتم ترتيب جزيئات الدهون بطريقة منظمة - متعامدة مع السطح، في طبقتين، بحيث يتم توجيه أجزائها التي تتفاعل بشكل مكثف مع الماء (محبة للماء) إلى الخارج، وأجزائها الخاملة للماء (كارهة للماء) موجهة إلى الداخل.
توجد جزيئات البروتين في طبقة غير متصلة على سطح الإطار الدهني على كلا الجانبين. بعضها ينغمس في الطبقة الدهنية، وبعضها يمر عبرها، مكونًا مناطق نفاذية للماء. تؤدي هذه البروتينات وظائف مختلفة - بعضها عبارة عن إنزيمات والبعض الآخر عبارة عن بروتينات نقل تشارك في نقل مواد معينة من البيئة إلى السيتوبلازم وفي الاتجاه المعاكس.
الوظائف الأساسية لغشاء الخلية
إحدى الخصائص الرئيسية للأغشية البيولوجية هي النفاذية الانتقائية (شبه النفاذية)- تمر بعض المواد عبرها بصعوبة، والبعض الآخر بسهولة وحتى نحو تركيزات أعلى. وبالتالي، بالنسبة لمعظم الخلايا، يكون تركيز أيونات الصوديوم في الداخل أقل بكثير مما هو عليه في البيئة. العلاقة المعاكسة نموذجية بالنسبة لأيونات K: تركيزها داخل الخلية أعلى من تركيزها خارجها. لذلك، تميل أيونات Na دائمًا إلى اختراق الخلية، وتميل أيونات K دائمًا إلى الخروج. يتم منع معادلة تركيزات هذه الأيونات من خلال وجود نظام خاص في الغشاء يلعب دور المضخة التي تضخ أيونات Na خارج الخلية وتضخ في نفس الوقت أيونات K إلى الداخل.
يستخدم ميل أيونات الصوديوم للانتقال من الخارج إلى الداخل لنقل السكريات والأحماض الأمينية إلى الخلية. مع الإزالة النشطة لأيونات الصوديوم من الخلية، يتم تهيئة الظروف لدخول الجلوكوز والأحماض الأمينية إليها.
في العديد من الخلايا، يتم امتصاص المواد أيضًا عن طريق البلعمة واحتساء الخلايا. في البلعمةيشكل الغشاء الخارجي المرن منخفضًا صغيرًا يسقط فيه الجسيم الملتقط. يزداد هذا التجويف، ويحيط الجسيم بجزء من الغشاء الخارجي، وينغمس في سيتوبلازم الخلية. ظاهرة البلعمة هي سمة من سمات الأميبا وبعض الأوليات الأخرى، وكذلك الكريات البيض (الخلايا البلعمية). تمتص الخلايا السوائل التي تحتوي على مواد ضرورية للخلية بطريقة مماثلة. وسميت هذه الظاهرة احتساء الخلايا.
تختلف الأغشية الخارجية للخلايا المختلفة بشكل كبير سواء في التركيب الكيميائي للبروتينات والدهون أو في محتواها النسبي. هذه الميزات هي التي تحدد التنوع في النشاط الفسيولوجي لأغشية الخلايا المختلفة ودورها في حياة الخلايا والأنسجة.
ترتبط الشبكة الإندوبلازمية للخلية بالغشاء الخارجي. بمساعدة الأغشية الخارجية، يتم تنفيذ أنواع مختلفة من الاتصالات بين الخلايا، أي. التواصل بين الخلايا الفردية.
تتميز العديد من أنواع الخلايا بوجود عدد كبير من النتوءات والطيات والميكروفيلي على سطحها. إنها تساهم في زيادة كبيرة في مساحة سطح الخلية وتحسين عملية التمثيل الغذائي، فضلاً عن تقوية الروابط بين الخلايا الفردية وبعضها البعض.
تحتوي الخلايا النباتية على أغشية سميكة على السطح الخارجي لغشاء الخلية، يمكن رؤيتها بوضوح تحت المجهر الضوئي، وتتكون من الألياف (السليلوز). أنها تخلق دعما قويا للأنسجة النباتية (الخشب).
تحتوي بعض الخلايا الحيوانية أيضًا على عدد من الهياكل الخارجية الموجودة أعلى غشاء الخلية ولها طبيعة وقائية. ومن الأمثلة على ذلك الكيتين الموجود في الخلايا الغشائية للحشرات.
وظائف غشاء الخلية (لفترة وجيزة)
| وظيفة | وصف |
|---|---|
| حاجز وقائي | يفصل عضيات الخلية الداخلية عن البيئة الخارجية |
| تنظيمية | ينظم عملية التمثيل الغذائي بين محتويات الخلية الداخلية والبيئة الخارجية |
| تحديد (التقسيم) | تقسيم المساحة الداخلية للخلية إلى كتل مستقلة (مقصورات) |
| طاقة | - تراكم الطاقة وتحويلها. - التفاعلات الضوئية لعملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء. - الامتصاص والإفراز. |
| مستقبل (إعلامي) | يشارك في تكوين الإثارة وتسييرها. |
| محرك | يقوم بحركة الخلية أو أجزائها الفردية. |
الوحدة الهيكلية الأساسية للكائن الحي هي الخلية، وهي جزء متمايز من السيتوبلازم محاط بغشاء الخلية. ونظرًا لأن الخلية تقوم بالعديد من الوظائف المهمة، مثل التكاثر والتغذية والحركة، فيجب أن يكون الغشاء بلاستيكيًا وكثيفًا.
تاريخ اكتشاف وأبحاث غشاء الخلية
في عام 1925، أجرى جريندل وجوردر تجربة ناجحة للتعرف على "ظلال" خلايا الدم الحمراء، أو الأغشية الفارغة. على الرغم من الأخطاء الجسيمة العديدة، اكتشف العلماء الطبقة الدهنية الثنائية. واصل عملهم دانييلي وداوسون في عام 1935 وروبرتسون في عام 1960. ونتيجة لسنوات عديدة من العمل وتراكم الحجج، أنشأ سينجر ونيكلسون في عام 1972 نموذجًا للفسيفساء السائلة لبنية الغشاء. وأكدت التجارب والدراسات الإضافية أعمال العلماء.
معنى
ما هو غشاء الخلية؟ بدأ استخدام هذه الكلمة منذ أكثر من مائة عام؛ وترجمتها من اللاتينية تعني "فيلم"، "جلد". هذه هي الطريقة التي يتم بها تعيين حدود الخلية، وهي حاجز طبيعي بين المحتويات الداخلية والبيئة الخارجية. يتضمن هيكل غشاء الخلية شبه نفاذية، حيث يمكن للرطوبة والمواد المغذية ومنتجات التحلل أن تمر عبره بحرية. يمكن تسمية هذه القشرة بالمكون الهيكلي الرئيسي لتنظيم الخلية.
دعونا ننظر في الوظائف الرئيسية لغشاء الخلية
1. يفصل محتويات الخلية الداخلية ومكونات البيئة الخارجية.
2. يساعد في الحفاظ على التركيب الكيميائي الثابت للخلية.
3. ينظم عملية التمثيل الغذائي السليم.
4. يوفر التواصل بين الخلايا.
5. يتعرف على الإشارات.
6. وظيفة الحماية.
"قذيفة البلازما"
غشاء الخلية الخارجي، ويسمى أيضًا غشاء البلازما، عبارة عن فيلم فائق المجهر يتراوح سمكه من خمسة إلى سبعة نانومتر. ويتكون بشكل رئيسي من مركبات البروتين والفوسفوليدات والماء. الفيلم مرن ويمتص الماء بسهولة ويستعيد سلامته بسرعة بعد التلف.
لديها هيكل عالمي. يحتل هذا الغشاء موقعًا حدوديًا، ويشارك في عملية النفاذية الانتقائية، وإزالة منتجات الاضمحلال، وتصنيعها. العلاقة مع "جيرانها" والحماية الموثوقة للمحتويات الداخلية من التلف تجعلها عنصرا هاما في أمور مثل بنية الخلية. أحيانًا يتم تغطية غشاء الخلية للكائنات الحيوانية بطبقة رقيقة - الكأس السكرية، والتي تشمل البروتينات والسكريات. تتم حماية الخلايا النباتية الموجودة خارج الغشاء بواسطة جدار خلوي يعمل بمثابة دعم ويحافظ على شكلها. المكون الرئيسي لتركيبته هو الألياف (السليلوز) - وهو عديد السكاريد غير القابل للذوبان في الماء.
وبالتالي، فإن غشاء الخلية الخارجي لديه وظيفة الإصلاح والحماية والتفاعل مع الخلايا الأخرى.
هيكل غشاء الخلية
يتراوح سمك هذه القشرة المتحركة من ستة إلى عشرة نانومتر. يحتوي غشاء الخلية على تركيبة خاصة، أساسها طبقة ثنائية الدهون. توجد ذيول كارهة للماء، خاملة للماء، في الداخل، بينما تتجه الرؤوس المحبة للماء، التي تتفاعل مع الماء، إلى الخارج. كل دهون عبارة عن فسفوليبيد، وهو نتيجة لتفاعل مواد مثل الجلسرين والسفينجوزين. الإطار الدهني محاط بشكل وثيق بالبروتينات، والتي يتم ترتيبها في طبقة غير مستمرة. بعضها مغمور في الطبقة الدهنية، والباقي يمر عبرها. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مناطق نفاذية للمياه. الوظائف التي تؤديها هذه البروتينات مختلفة. بعضها إنزيمات، والباقي عبارة عن بروتينات نقل تنقل مواد مختلفة من البيئة الخارجية إلى السيتوبلازم والعودة.
يتخلل غشاء الخلية البروتينات المتكاملة ويرتبط بها بشكل وثيق، ويكون الاتصال بالبروتينات الطرفية أقل قوة. تؤدي هذه البروتينات وظيفة مهمة، وهي الحفاظ على بنية الغشاء، واستقبال وتحويل الإشارات من البيئة، ونقل المواد، وتحفيز التفاعلات التي تحدث على الأغشية.
مُجَمَّع
أساس غشاء الخلية هو طبقة ثنائية الجزيئية. بفضل استمراريتها، تتمتع الخلية بخصائص حاجزة وميكانيكية. وفي مراحل مختلفة من الحياة، يمكن أن تتعطل هذه الطبقة الثنائية. ونتيجة لذلك، تتشكل العيوب الهيكلية من خلال المسام المحبة للماء. في هذه الحالة، يمكن تغيير جميع وظائف هذا المكون مثل غشاء الخلية. قد يعاني القلب من تأثيرات خارجية.
ملكيات
يحتوي غشاء الخلية في الخلية على ميزات مثيرة للاهتمام. نظرًا لميولته، فإن هذا الغشاء ليس هيكلًا صلبًا، ويتحرك الجزء الأكبر من البروتينات والدهون التي يتكون منها بحرية على مستوى الغشاء.
بشكل عام، غشاء الخلية غير متماثل، لذلك يختلف تكوين طبقات البروتين والدهون. تحتوي أغشية البلازما في الخلايا الحيوانية، على جانبها الخارجي، على طبقة بروتين سكري تؤدي وظائف المستقبلات والإشارات، كما تلعب دورًا كبيرًا في عملية دمج الخلايا في الأنسجة. غشاء الخلية قطبي، أي أن الشحنة الخارجية موجبة والشحنة الداخلية سالبة. بالإضافة إلى كل ما سبق، فإن غشاء الخلية لديه رؤية انتقائية.
وهذا يعني أنه، بالإضافة إلى الماء، يُسمح فقط لمجموعة معينة من الجزيئات والأيونات من المواد الذائبة بالدخول إلى الخلية. يكون تركيز مادة مثل الصوديوم في معظم الخلايا أقل بكثير منه في البيئة الخارجية. أيونات البوتاسيوم لها نسبة مختلفة: كميتها في الخلية أعلى بكثير منها في البيئة. وفي هذا الصدد، تميل أيونات الصوديوم إلى اختراق غشاء الخلية، وتميل أيونات البوتاسيوم إلى الخروج إلى الخارج. في ظل هذه الظروف، يقوم الغشاء بتنشيط نظام خاص يلعب دور "الضخ"، حيث يقوم بتسوية تركيز المواد: يتم ضخ أيونات الصوديوم إلى سطح الخلية، ويتم ضخ أيونات البوتاسيوم إلى الداخل. وتعتبر هذه الخاصية من أهم وظائف غشاء الخلية.
يلعب ميل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم للتحرك من السطح إلى الداخل دورًا كبيرًا في نقل السكر والأحماض الأمينية إلى داخل الخلية. في عملية إزالة أيونات الصوديوم بشكل فعال من الخلية، يخلق الغشاء الظروف الملائمة لاستقبال كميات جديدة من الجلوكوز والأحماض الأمينية في الداخل. على العكس من ذلك، في عملية نقل أيونات البوتاسيوم إلى الخلية، يتم تجديد عدد "ناقلات" منتجات الاضمحلال من داخل الخلية إلى البيئة الخارجية.
كيف تتم تغذية الخلية من خلال غشاء الخلية؟
تتناول العديد من الخلايا المواد من خلال عمليات مثل البلعمة واحتساء الخلايا. في الخيار الأول، يخلق الغشاء الخارجي المرن انخفاضًا صغيرًا ينتهي فيه الجسيم الملتقط. ثم يصبح قطر التجويف أكبر حتى يدخل الجسيم المغلق إلى السيتوبلازم في الخلية. من خلال البلعمة، يتم تغذية بعض الأوليات، مثل الأميبا، وكذلك خلايا الدم - الكريات البيض والخلايا البلعمية. وبالمثل، تمتص الخلايا السوائل التي تحتوي على العناصر الغذائية الضرورية. وتسمى هذه الظاهرة كثرة الكريات.
يرتبط الغشاء الخارجي ارتباطًا وثيقًا بالشبكة الإندوبلازمية للخلية.
تحتوي العديد من أنواع مكونات الأنسجة الرئيسية على نتوءات وطيات وزغيبات صغيرة على سطح الغشاء. الخلايا النباتية الموجودة على السطح الخارجي لهذه القشرة مغطاة بطبقة أخرى سميكة ومرئية بوضوح تحت المجهر. تساعد الألياف المصنوعة منها على توفير الدعم للأنسجة النباتية، مثل الخشب. تحتوي الخلايا الحيوانية أيضًا على عدد من الهياكل الخارجية التي تقع أعلى غشاء الخلية. إنها ذات طبيعة وقائية حصريًا، ومثال على ذلك الكيتين الموجود في الخلايا الغشائية للحشرات.
بالإضافة إلى الغشاء الخلوي، هناك غشاء داخل الخلايا. وتتمثل مهمتها في تقسيم الخلية إلى عدة حجرات مغلقة متخصصة - حجرات أو عضيات، حيث يجب الحفاظ على بيئة معينة.
وبالتالي، من المستحيل المبالغة في تقدير دور هذا المكون من الوحدة الأساسية للكائن الحي مثل غشاء الخلية. يشير الهيكل والوظائف إلى توسع كبير في إجمالي مساحة سطح الخلية وتحسين عمليات التمثيل الغذائي. يتكون هذا التركيب الجزيئي من البروتينات والدهون. بفصل الخلية عن البيئة الخارجية، يضمن الغشاء سلامتها. بمساعدتها، يتم الحفاظ على الاتصالات بين الخلايا عند مستوى قوي إلى حد ما، مما يشكل الأنسجة. وفي هذا الصدد يمكننا أن نستنتج أن غشاء الخلية يلعب أحد أهم الأدوار في الخلية. يختلف الهيكل والوظائف التي تؤديها بشكل جذري في الخلايا المختلفة، اعتمادًا على الغرض منها. ومن خلال هذه الميزات يتم تحقيق مجموعة متنوعة من الأنشطة الفسيولوجية لأغشية الخلايا ودورها في وجود الخلايا والأنسجة.
بناءً على خصائصه الوظيفية، يمكن تقسيم غشاء الخلية إلى 9 وظائف يؤديها.
وظائف غشاء الخلية:
1. النقل. ينقل المواد من خلية إلى أخرى؛
2. الحاجز. لديه نفاذية انتقائية، ويضمن التمثيل الغذائي اللازم.
3. المستقبل. بعض البروتينات الموجودة في الغشاء هي مستقبلات؛
4. ميكانيكية. يضمن استقلالية الخلية وبنيتها الميكانيكية؛
5. مصفوفة. يضمن التفاعل الأمثل والتوجه للبروتينات المصفوفة؛
6. الطاقة. تحتوي الأغشية على أنظمة نقل الطاقة أثناء التنفس الخلوي في الميتوكوندريا.
7. الأنزيمية. تكون بروتينات الغشاء في بعض الأحيان إنزيمات. على سبيل المثال، أغشية الخلايا المعوية.
8. وضع العلامات. يحتوي الغشاء على مستضدات (بروتينات سكرية) تسمح بتحديد الخلية؛
9. التوليد. ينفذ توليد وتوصيل القدرات الحيوية.
يمكنك أن ترى كيف يبدو غشاء الخلية باستخدام مثال بنية الخلية الحيوانية أو الخلية النباتية.
يوضح الشكل بنية غشاء الخلية.
تشتمل مكونات غشاء الخلية على بروتينات غشاء الخلية المختلفة (الكروي، المحيطي، السطحي)، بالإضافة إلى دهون غشاء الخلية (الجليكوليبيد، الفوسفوليبيد). يوجد أيضًا في بنية غشاء الخلية الكربوهيدرات والكوليسترول والبروتين السكري وبروتين ألفا الحلزون.
تكوين غشاء الخلية
التكوين الرئيسي لغشاء الخلية يشمل:
1. البروتينات - المسؤولة عن خصائص الغشاء المختلفة.
2. ثلاثة أنواع من الدهون (الدهون الفسفورية والجليكوليبيدات والكوليسترول) المسؤولة عن صلابة الغشاء.
بروتينات غشاء الخلية:
1. البروتين الكروي.
2. البروتين السطحي.
3. البروتين المحيطي.
الغرض الرئيسي من غشاء الخلية
الغرض الرئيسي من غشاء الخلية:
1. تنظيم التبادل بين الخلية والبيئة؛
2. فصل محتويات أي خلية عن البيئة الخارجية بما يضمن سلامتها.
3. تقسم الأغشية داخل الخلايا الخلية إلى حجرات مغلقة متخصصة - عضيات أو حجرات يتم فيها الحفاظ على ظروف بيئية معينة.
هيكل غشاء الخلية
هيكل غشاء الخلية عبارة عن محلول ثنائي الأبعاد من البروتينات المتكاملة الكروية المذابة في مصفوفة الفسفوليبيد السائلة. تم اقتراح هذا النموذج لبنية الغشاء من قبل عالمين نيكلسون وسينجر في عام 1972. وبالتالي، فإن أساس الأغشية هو طبقة دهنية ثنائية الجزيئات، مع ترتيب منظم للجزيئات، كما ترون في.
فرع علم الأحياء المسمى علم الخلايا يدرس بنية الكائنات الحية، وكذلك النباتات والحيوانات والبشر. لقد وجد العلماء أن محتويات الخلية الموجودة بداخلها معقدة للغاية. وهو محاط بما يسمى بالجهاز السطحي، والذي يتضمن غشاء الخلية الخارجي، وهياكل الغشاء فوق: الكنان السكري، وكذلك الخيوط الدقيقة، والحبيبات، والأنابيب الدقيقة التي تشكل مجمع الغشاء تحته.
في هذه المقالة سوف ندرس بنية ووظائف غشاء الخلية الخارجي، وهو جزء من الجهاز السطحي لأنواع مختلفة من الخلايا.
ما هي الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجي؟
كما هو موضح سابقًا، يعد الغشاء الخارجي جزءًا من الجهاز السطحي لكل خلية، والذي يفصل محتوياتها الداخلية بنجاح ويحمي العضيات الخلوية من الظروف البيئية المعاكسة. وظيفة أخرى هي ضمان التمثيل الغذائي بين محتويات الخلية وسائل الأنسجة، فيقوم غشاء الخلية الخارجي بنقل الجزيئات والأيونات التي تدخل إلى السيتوبلازم، كما يساعد على إزالة النفايات والمواد السامة الزائدة من الخلية.
هيكل غشاء الخلية
تختلف الأغشية، أو الأغشية البلازمية، لأنواع مختلفة من الخلايا بشكل كبير عن بعضها البعض. بشكل رئيسي، من خلال تركيبها الكيميائي، وكذلك المحتوى النسبي للدهون والبروتينات السكرية والبروتينات، وبالتالي طبيعة المستقبلات الموجودة فيها. ويشارك الجزء الخارجي، الذي يتم تحديده في المقام الأول من خلال التركيب الفردي للبروتينات السكرية، في التعرف على المحفزات البيئية وفي تفاعلات الخلية نفسها مع أفعالها. يمكن لبعض أنواع الفيروسات أن تتفاعل مع البروتينات والجليكوليبيدات الموجودة في أغشية الخلايا، ونتيجة لذلك تخترق الخلية. يمكن استخدام فيروسات الهربس والأنفلونزا لبناء قشرتها الواقية.
والفيروسات والبكتيريا، التي تسمى العاثيات، تلتصق بغشاء الخلية وتذيبها عند نقطة التلامس باستخدام إنزيم خاص. ثم يمر جزيء الحمض النووي الفيروسي إلى الحفرة الناتجة.
ملامح هيكل غشاء البلازما في حقيقيات النوى
ولنتذكر أن غشاء الخلية الخارجي يؤدي وظيفة النقل، أي نقل المواد داخل وخارج الخلية إلى البيئة الخارجية. لتنفيذ مثل هذه العملية، مطلوب هيكل خاص. في الواقع، البلازماليما هي نظام عالمي دائم للأجهزة السطحية. إنه فيلم رقيق (2-10 نانومتر) ولكنه متعدد الطبقات كثيف جدًا ويغطي الخلية بأكملها. تمت دراسة بنيتها في عام 1972 من قبل علماء مثل د.سينغر وجي.نيكلسون، وقاموا أيضًا بإنشاء نموذج فسيفساء سائل لغشاء الخلية.
المركبات الكيميائية الرئيسية التي تشكلها هي جزيئات مرتبة من البروتينات وبعض الدهون الفوسفاتية، والتي تكون مدمجة في وسط دهني سائل وتشبه الفسيفساء. وبالتالي، يتكون غشاء الخلية من طبقتين من الدهون، حيث توجد "ذيول" غير قطبية كارهة للماء داخل الغشاء، وتواجه الرؤوس القطبية المحبة للماء سيتوبلازم الخلية والسائل بين الخلايا.
يتم اختراق الطبقة الدهنية بواسطة جزيئات بروتينية كبيرة تشكل مسام محبة للماء. ومن خلالها يتم نقل المحاليل المائية للجلوكوز والأملاح المعدنية. توجد بعض جزيئات البروتين على الأسطح الخارجية والداخلية للبلازما. وهكذا، يوجد على الغشاء الخلوي الخارجي في خلايا جميع الكائنات الحية ذات النواة جزيئات كربوهيدرات مرتبطة بروابط تساهمية مع الدهون السكرية والبروتينات السكرية. يتراوح محتوى الكربوهيدرات في أغشية الخلايا من 2 إلى 10٪.
هيكل البلازما للكائنات بدائية النواة
يؤدي غشاء الخلية الخارجي في بدائيات النوى وظائف مشابهة للأغشية البلازمية لخلايا الكائنات النووية، وهي: إدراك ونقل المعلومات الواردة من البيئة الخارجية، ونقل الأيونات والمحاليل داخل وخارج الخلية، وحماية السيتوبلازم من الأجسام الغريبة. الكواشف من الخارج. يمكن أن تشكل الجسيمات المتوسطة - الهياكل التي تنشأ عندما يتم اختراق غشاء البلازما في الخلية. قد تحتوي على إنزيمات تشارك في التفاعلات الأيضية لبدائيات النوى، على سبيل المثال، تكرار الحمض النووي وتخليق البروتين.
تحتوي الجسيمات المتوسطة أيضًا على إنزيمات الأكسدة والاختزال، وتحتوي مواد التمثيل الضوئي على بكتيريا كلوروفيل (في البكتيريا) وفيكوبيلين (في البكتيريا الزرقاء).
دور الأغشية الخارجية في الاتصالات بين الخلايا
لمواصلة الإجابة على سؤال ما هي الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجي، دعونا نتناول دورها. في الخلايا النباتية، تتشكل المسام في جدران غشاء الخلية الخارجي، والتي تمر إلى طبقة السليلوز. من خلالها، يمكن أن يخرج سيتوبلازم الخلية إلى الخارج؛ وتسمى هذه القنوات الرقيقة بلازموديسماتا.
وبفضلهم، فإن العلاقة بين الخلايا النباتية المجاورة قوية جدًا. في الخلايا البشرية والحيوانية، تسمى نقاط الاتصال بين أغشية الخلايا المتجاورة الديسموسومات. وهي مميزة للخلايا البطانية والظهارية، وتوجد أيضًا في الخلايا العضلية القلبية.
التشكيلات المساعدة للبلازما
إن فهم كيفية اختلاف الخلايا النباتية عن الخلايا الحيوانية يساعد في دراسة السمات الهيكلية لأغشيتها البلازمية، والتي تعتمد على وظائف غشاء الخلية الخارجي. وفوقه في الخلايا الحيوانية توجد طبقة من الجليكالوكسي. يتكون من جزيئات السكاريد المرتبطة بالبروتينات والدهون الموجودة في غشاء الخلية الخارجي. بفضل الجليكوكليكس، يحدث الالتصاق (الالتصاق معًا) بين الخلايا، مما يؤدي إلى تكوين الأنسجة، وبالتالي فهو يشارك في وظيفة الإشارة للبلازما - التعرف على المحفزات البيئية.
كيف يتم النقل السلبي لبعض المواد عبر أغشية الخلايا؟
كما ذكرنا سابقاً فإن غشاء الخلية الخارجي يشارك في عملية نقل المواد بين الخلية والبيئة الخارجية. هناك نوعان من النقل عبر البلازما: السلبي (الانتشار) والنقل النشط. الأول يشمل الانتشار، والانتشار الميسر، والتناضح. تعتمد حركة المواد على طول تدرج التركيز، في المقام الأول، على كتلة وحجم الجزيئات التي تمر عبر غشاء الخلية. على سبيل المثال، تذوب الجزيئات الصغيرة غير القطبية بسهولة في الطبقة الدهنية الوسطى من البلازما، وتتحرك عبرها وتنتهي في السيتوبلازم.
تخترق جزيئات كبيرة من المواد العضوية السيتوبلازم بمساعدة بروتينات حاملة خاصة. لديهم خصوصية الأنواع، وعند الاتصال بجسيم أو أيون، يتم نقلهم بشكل سلبي عبر الغشاء على طول تدرج التركيز دون إنفاق الطاقة (النقل السلبي). تكمن هذه العملية في أساس خاصية البلازما مثل النفاذية الانتقائية. خلال هذه العملية، لا يتم استخدام طاقة جزيئات ATP، وتقوم الخلية بحفظها لتفاعلات التمثيل الغذائي الأخرى.
النقل النشط للمركبات الكيميائية من خلال البلازما
نظرًا لأن غشاء الخلية الخارجي يضمن نقل الجزيئات والأيونات من البيئة الخارجية إلى الخلية والعودة، يصبح من الممكن إزالة منتجات التفكيك، وهي السموم، من الخارج، أي إلى السائل بين الخلايا. يحدث ضد تدرج التركيز ويتطلب استخدام الطاقة في شكل جزيئات ATP. كما أنه يتضمن بروتينات حاملة تسمى ATPases، وهي أيضًا إنزيمات.
مثال على هذا النقل هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (تنتقل أيونات الصوديوم من السيتوبلازم إلى البيئة الخارجية، ويتم ضخ أيونات البوتاسيوم إلى السيتوبلازم). الخلايا الظهارية في الأمعاء والكلى قادرة على ذلك. أصناف طريقة النقل هذه هي عمليات احتساء الخلايا والبلعمة. وهكذا، بعد دراسة الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجي، يمكن إثبات أن الطلائعيات غيرية التغذية، وكذلك خلايا الكائنات الحيوانية العليا، على سبيل المثال، الكريات البيض، قادرة على عمليات البلعمة والبلعمة.
العمليات الكهربائية الحيوية في أغشية الخلايا
لقد ثبت أن هناك فرق جهد بين السطح الخارجي للبلازما (وهي مشحونة بشكل إيجابي) وطبقة جدار السيتوبلازم، وهي مشحونة سلبا. وكان يطلق عليها إمكانات الراحة، وهي متأصلة في جميع الخلايا الحية. والأنسجة العصبية لا تتمتع بإمكانية الراحة فحسب، بل إنها قادرة أيضًا على إجراء تيارات حيوية ضعيفة، وهو ما يسمى بعملية الإثارة. تبدأ الأغشية الخارجية للخلايا العصبية - الخلايا العصبية، التي تتلقى تهيجًا من المستقبلات، في تغيير الشحنات: تدخل أيونات الصوديوم بشكل كبير إلى الخلية ويصبح سطح البلازما سالبًا للكهرباء. والطبقة القريبة من الجدار من السيتوبلازم، بسبب وجود فائض من الكاتيونات، تتلقى شحنة موجبة. وهذا ما يفسر سبب إعادة شحن غشاء الخلية الخارجي للخلية العصبية، مما يتسبب في توصيل النبضات العصبية التي تكمن وراء عملية الإثارة.