تعريف الغشاء الخلوي
غشاء الخلية، المعروف أيضًا باسم غشاء البلازما ، هو طبقة مزدوجة من الدهون و البروتينات التي تحيط بالخلية وتفصل السيتوبلازما (محتويات الخلية) عن البيئة المحيطة بها. وهو قابل للاختراق بشكل انتقائي، ما يعني أنه يسمح فقط لجزيئات معينة بالدخول والخروج. كما يمكنه التحكم في كمية بعض المواد التي تدخل أو تخرج من الخلايا. جميع الخلايا لديها غشاء الخلية.
وظيفة الغشاء الخلوي
يعطي غشاء الخلية الخلية هيكلها وينظم المواد التي تدخل وتغادر الخلية. مثل الجسر المتحرك الذي يهدف إلى حماية القلعة وإبعاد الأعداء، فإن غشاء الخلية يسمح فقط لجزيئات معينة بالدخول أو الخروج مثل الأكسجين الذي تحتاج إليه الخلايا من أجل القيام بوظائف التمثيل الغذائي مثل التنفس الخلوي، وثاني أكسيد الكربون، وهو منتج ثانوي من هذه الوظائف، يمكنه بسهولة الدخول والخروج من خلال الغشاء. يمكن للماء أيضًا عبور الغشاء بحرية، على الرغم من أنه يفعل ذلك بمعدل أبطأ.
الغشاء الخلوي
ومع ذلك، فإن الجزيئات المشحونة بشدة، مثل الأيونات، لا يمكن أن تمر مباشرةً، ولا الجزيئات الكبيرة مثل الكربوهيدرات أو الأحماض الأمينية. بدلًا من ذلك، يجب أن تمر هذه الجزيئات من خلال البروتينات التي هي جزء لا يتجزأ من الغشاء. وبهذه الطريقة، يمكن للخلية التحكم في معدل انتشار هذه المواد.
طريقة أخرى لغشاء الخلية يمكن أن تجلب الجزيئات داخله هي من خلال الالتقام. ويشمل ذلك البلعمة “أكل الخلايا” والاحتساء “شرب الخلايا”. خلال هذه العمليات، يشكل غشاء الخلية انخفاضًا ويحيط بالجسيم الذي يغمره.
ثم يضغط لتشكيل فسحة صغيرة من الغشاء تسمى حويصلة تحتوي على الجزيء وينقلها إلى أي مكان سيتم استخدامه في الخلية. يتم أيضًا إنشاء الحويصلات من غشاء الخلية عند عدم حدوث الاستئصال، ويتم استخدامها لنقل الجزيئات إلى مناطق مختلفة داخل الخلية.
يمكن للخلايا أيضًا التخلص من الجزيئات من خلال الطرد الخلوي، وهو عكس الالتقام (اختراق جدار الخلية). خلال الطرد الخلوي، تأتي الحويصلات إلى سطح غشاء الخلية، تندمج معها، وتطلق محتوياتها إلى خارج الخلية. الإزالة الخلوية تزيل مخلفات الخلية “أجزاء من جزيئات لا تستخدمها الخلية”.
يلعب غشاء الخلية أيضًا دورًا في إعطاء إشارات للخلايا والتواصل معها. يمكن للبروتينات المستقبلة على غشاء الخلية أن ترتبط بجزيئات من المواد التي تنتجها مناطق أخرى من الجسم، مثل الهرمونات.
عندما يرتبط الجزيء بمستقبلاته المستهدفة على الغشاء، فإنه يبدأ مسار نقل الإشارة داخل الخلية التي تنقل الإشارة إلى الجزيئات المناسبة. ثم يمكن للخلية تنفيذ الإجراء المحدد بواسطة جزيء الإشارة، مثل إنتاج أو إيقاف إنتاج بروتين معين.
هيكل الغشاء الخلوي
هيكل الغشاء الخلوي
الفوسفوليبيدات هي المكون الرئيسي لغشاء الخلية. وهي عبارة عن جزيئات دهنية تتكون من رأس من مجموعة فوسفات وذيلين من الأحماض الدهنية. خصائص جزيئات الفوسفوليبيد تسمح لهم بشكل عفوي تشكيل غشاء مزدوج الطبقات.
عندما تكون في الماء أو محلول مائي، والذي يتواجد داخل الجسم، فإن رؤوس الدهن الفوسفاتية المحبة للماء ستوجه نفسها لتكون في الخارج، في حين أن ذيول الكارهة للماء ستكون في الداخل. المصطلح التقني لهذه الطبقة المزدوجة من الفوسفوليبيدات التي تشكل غشاء الخلية هو غشاء ثنائي الفوسفوليبيد (طبقة ثنائية فوسفورية)
الخلايا حقيقية النواة، التي تتكون منها أجسام جميع الكائنات الحية، باستثناء البكتيريا والعتائق، تحتوي أيضًا على نواة محاطة بغشاء ذي طبقة ثنائية فوسفورية.
بالإضافة إلى ذلك، يحتوي غشاء الخلية على جلايكوليبيدات وستيرولات. واحدة من أهم الستيرولات هو الكولسترول الذي ينظم سيولة غشاء الخلية في الخلايا الحيوانية.
عندما يكون هناك نقص في الكوليسترول، تصبح الأغشية أكثر سلاسة، ولكنها أكثر قابلية لنفاذ الجزيئات. تساعد كمية الكولسترول في الغشاء على الحفاظ على نفاذيته فيمكن للكميات الصحيحة من الجزيئات أن تدخل الخلية في وقت واحد، ليس عددًا كبيرًا جدًا أو قليلًا جدًا.
يحتوي غشاء الخلية أيضًا على العديد من البروتينات المختلفة. البروتينات تشكل حوالي نصف مكونات غشاء الخلية. العديد من هذه البروتينات هي بروتينات عابرة للغشاء، والتي هي جزء لا يتجزأ من الغشاء ولكنها تبرز على كلا الجانبين.
بعض هذه البروتينات عبارة عن مستقبلات ترتبط بجزيئات الإشارة، في حين أن بعضها الآخر عبارة عن قنوات أيونية وهي الوسيلة الوحيدة للسماح للأيونات بالدخول إلى الخلية أو الخروج منها. يستخدم العلماء نموذج الفسيفساء السائل لوصف بنية غشاء الخلية.
مصطلحات علم الأحياء ذات الصلة
- Cytoplasm السيتوبلازم: كل العضيات ومحتويات الخلية باستثناء النواة.
- Phospholipid الفوسفوليبيد: أحد المكونات الرئيسية لغشاء الخلية. تتكون من رأس الفوسفات hydrophilic محب للماء وذيلين من حمض دهني Hydrophobic كاره للماء.
- Endocytosis الالتقام: هي العملية التي يتغير بها شكل الغشاء الخلوي ليحتوي الجزيئات، ما يجعلها في داخل الخلية.
- Fluid mosaic model نموذج الفسيفساء السائل: نموذج هيكل غشاء الخلية. حيث تشكل الدهون والبروتينات الغشاء وتتحرك بحرية عبره.
الغشاء، في علم الأحياء، الطبقة الرقيقة التي تشكل الحد الخارجي لخلية حية أو لمقصوره داخليه منفصلة، الحدود الخارجية هي غشاء البلازما، وتسمى المقصورات التي تحيط بها الأغشية الداخلية بـ العضيات.
تحتوي الأغشية البيولوجية على ثلاث وظائف أساسية:
(1) تبقي المواد السامة خارج الخلية.
(2) أنها تحتوي على مستقبلات وقنوات تسمح بمرور جزيئات محددة، مثل الأيونات والمغذيات والنفايات والمنتجات الأيضية، التي تتوسط الأنشطة الخلوية والخارجية لتمريرها بين العضيات وبين الخلية والبيئة الخارجية.
(3) فصل العمليات الأيضية الحيوية غير المتوافقة التي أجريت داخل العضيات.
تتكون الأغشية بشكل كبير من طبقة ثنائية من الدهون، وهي طبقة مزدوجة من جزيئات الفوسفوليبيد والكوليسترول والجليكوليبيد التي تحتوي على سلاسل من الأحماض الدهنية وتحدد ما إذا كان الغشاء يتشكل في صفائح مسطحة طويلة أو حويصلات مستديرة.
تعطي الدهون الأغشية الخلوية طابعًا مائعًا، مع تناسق يقترب من زيت خفيف. تسمح سلاسل الأحماض الدهنية للعديد من الجزيئات الصغيرة القابلة للذوبان في الدهون، مثل الأكسجين، بالتخلل في الغشاء، ولكنها تنفر الجزيئات الكبيرة القابلة للذوبان في الماء، مثل السكر، والأيونات المشحونة كهربائيًا، مثل الكالسيوم.
جزء لا يتجزأ من الطبقة ثنائية الدهون هي البروتينات الكبيرة، وكثير من أيونات النقل والجزيئات القابلة للذوبان في الماء عبر الغشاء. بعض البروتينات في غشاء البلازما تشكل مسام مفتوحة، تسمى قنوات الغشاء، والتي تسمح بمرور الأيونات بحرية داخل وخارج الخلية. يرتبط البعض الآخر بجزيئات محددة على جانب واحد من الغشاء وينقل الجزيئات إلى الجانب الآخر.
في بعض الأحيان ينقل بروتين واحد نوعين من الجزيئات في نفس الوقت في اتجاهين متعاكسين. عند معظم أغشية البلازما يشكل البروتين من حيث الوزن حوالي 50٪، في حين أن أغشية بعض العضيات النشطة الأيضية هي 75٪ من البروتين. يتعلق مع البروتينات على السطح الخارجي لغشاء البلازما جزيئات من الكربوهيدرات الطويلة .
الأشكال المختلفة للنقل الغشائي
يحتوي غشاء الخلية على بروتينات تنقل الأيونات والجزيئات القابلة للذوبان في الماء داخل الخلية أو خارجها. بعض الجزيئات قادرة على الانتشار بحرية عبر الغشاء في عملية تعرف بالانتشار البسيط.
العديد من الوظائف الخلوية، بما في ذلك امتصاص وتحويل المغذيات، توليف الجزيئات الجديدة، وإنتاج الطاقة، وتنظيم تسلسل التمثيل الغذائي، تجري في العضيات الغشائية.
النواة، التي تحتوي على المادة الوراثية للخلية، محاطة بغشاء مزدوج مع مسام كبيرة تسمح بتبادل المواد بين النواة والسيتوبلازم. الغشاء النووي الخارجي هو امتداد لغشاء الشبكة الإندوبلازمية، والتي تقوم بتخليق الدهون لجميع أغشية الخلايا.
يتم تصنيع البروتينات عن طريق الريبوسومات التي تشبك على الشبكة الإندوبلازمية أو تنتشر بحرية في محتويات الخلية. الميتوكوندريا، الوحدات المؤكسدة والطاقة المخزنة في الخلية، لها غشاء خارجي يمكن اختراقه بسهولة من العديد من المواد، وغشاء داخلي أقل اندماجًا مدمجًا مع بروتينات نقل وإنزيمات منتجة للطاقة.
اقرأ أيضًا:
- لأول مرة: صورة نانوية لغشاء خلية حية
- علماء يعثرون على العنصر المفقود في محاولات خلق خلايا اصطناعية بدائية
- كيميائيون يكتشفون الية ذاتية التنظيم قد تساعدنا على فهم نشاة الحياة على الأرض
- علماء يكتشفون أن البكتيريا تتواصل كهربائيا كما في الخلايا العصبية
إعداد: جورج شكور
تدقيق: حسام التهامي
