4.6: الاتصالات بين الخلايا والأنشطة الخلوية

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196320

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

المهارات اللازمة للتطوير

وصف المصفوفة خارج الخلية
ضع قائمة بأمثلة للطرق التي تتواصل بها الخلايا النباتية والخلايا الحيوانية مع الخلايا المجاورة
لخص أدوار التقاطعات الضيقة والديسموسومات والتقاطعات الفوقية والبلازموديماتا

أنت تعلم بالفعل أن مجموعة من الخلايا المتشابهة التي تعمل معًا تسمى الأنسجة. كما قد تتوقع، إذا كانت الخلايا ستعمل معًا، فيجب عليها التواصل مع بعضها البعض، تمامًا كما تحتاج إلى التواصل مع الآخرين إذا كنت تعمل في مشروع جماعي. دعونا نلقي نظرة على كيفية تواصل الخلايا مع بعضها البعض.

مصفوفة الخلايا الحيوانية خارج الخلية

تطلق معظم الخلايا الحيوانية المواد في الفضاء خارج الخلية. المكونات الأساسية لهذه المواد هي البروتينات، والبروتين الأكثر وفرة هو الكولاجين. تتشابك ألياف الكولاجين مع جزيئات البروتين المحتوية على الكربوهيدرات والتي تسمى البروتيوغليكان. بشكل جماعي، تسمى هذه المواد المصفوفة خارج الخلية (الشكل\(\PageIndex{1}\)). لا تقوم المصفوفة خارج الخلية فقط بربط الخلايا معًا لتكوين نسيج، ولكنها تسمح أيضًا للخلايا داخل الأنسجة بالتواصل مع بعضها البعض. كيف يمكن أن يحدث هذا؟

يوضح هذا الرسم التوضيحي غشاء البلازما. تشتمل غشاء البلازما على بروتينات غشائية متكاملة تسمى الإنتيجرين. على السطح الخارجي للخلية توجد شبكة واسعة من ألياف الكولاجين. ترتبط الألياف بالإنسترين عن طريق بروتين يسمى فيبرونيكتين. تمتد مجمعات البروتيوغليكان أيضًا من غشاء البلازما إلى المصفوفة خارج الخلية. يُظهر العرض عن قرب أن كل مركب بروتيوجليكان يتكون من نواة السكاريد. تتفرع البروتينات من هذه النواة، وتتفرع الكربوهيدرات من البروتينات. الجزء الداخلي من الغشاء السيتوبلازمي مبطن بخيوط دقيقة من الهيكل الخلوي. — الشكل\(\PageIndex{1}\): تتكون المصفوفة خارج الخلية من شبكة من البروتينات والكربوهيدرات.

تحتوي الخلايا على مستقبلات بروتينية على الأسطح خارج الخلية لأغشية البلازما. عندما يرتبط جزيء داخل المصفوفة بالمستقبل، فإنه يغير التركيب الجزيئي للمستقبل. يقوم المستقبل بدوره بتغيير شكل الشعيرات الدقيقة الموضوعة داخل غشاء البلازما. تحفز هذه التغييرات التوافقية إشارات كيميائية داخل الخلية تصل إلى النواة وتقوم بتشغيل أو «إيقاف» نسخ أقسام معينة من الحمض النووي، مما يؤثر على إنتاج البروتينات المرتبطة، وبالتالي تغيير الأنشطة داخل الخلية.

يوفر تخثر الدم مثالاً لدور المصفوفة خارج الخلية في التواصل الخلوي. عندما تتلف الخلايا المبطنة للأوعية الدموية، فإنها تعرض مستقبلات بروتينية تسمى عامل الأنسجة. عندما يرتبط عامل الأنسجة بعامل آخر في المصفوفة خارج الخلية، فإنه يتسبب في التصاق الصفائح الدموية بجدار الوعاء الدموي التالف، ويحفز خلايا العضلات الملساء المجاورة في الأوعية الدموية على الانقباض (وبالتالي تضيق الأوعية الدموية)، ويبدأ سلسلة من الخطوات التي تحفز الصفائح الدموية لإنتاج عوامل التخثر.

التقاطعات بين الخلايا

يمكن للخلايا أيضًا التواصل مع بعضها البعض عبر الاتصال المباشر، والذي يشار إليه باسم التقاطعات بين الخلايا. هناك بعض الاختلافات في الطرق التي تقوم بها الخلايا النباتية والحيوانية بذلك. Plasmodesmata عبارة عن تقاطعات بين الخلايا النباتية، في حين أن اتصالات الخلايا الحيوانية تشمل التقاطعات الضيقة والتقاطعات الفجائية والديسموسومات.

بلاسموديماتا

بشكل عام، لا يمكن أن تلمس الامتدادات الطويلة لأغشية البلازما للخلايا النباتية المجاورة بعضها البعض لأنها مفصولة بجدار الخلية الذي يحيط بكل خلية. كيف إذن، هل يمكن للنبات أن ينقل الماء ومغذيات التربة الأخرى من جذوره، عبر سيقانه، وإلى أوراقه؟ يستخدم هذا النقل الأنسجة الوعائية (الزيلم والفلوم) في المقام الأول. توجد أيضًا تعديلات هيكلية تسمى plasmodesmata (singular = plasmodesma)، والعديد من القنوات التي تمر بين جدران الخلايا للخلايا النباتية المجاورة، وتربط السيتوبلازم، وتمكن من نقل المواد من خلية إلى أخرى، وبالتالي في جميع أنحاء النبات (الشكل\(\PageIndex{2}\)).

يُظهر هذا الرسم التوضيحي خليتين نباتيتين جنبًا إلى جنب تسمح الفجوة في جدار الخلية، وهي بلاسموديسما، للسائل والجزيئات الصغيرة بالمرور من السيتوبلازم في إحدى الخلايا إلى السيتوبلازم في الخلية الأخرى. — الشكل\(\PageIndex{2}\): البلازما هي قناة بين جدران الخلايا لخليتين نباتيتين متجاورتين. تسمح Plasmodesmata للمواد بالمرور من السيتوبلازم لخلية نباتية واحدة إلى السيتوبلازم للخلية المجاورة.

تقاطعات ضيقة

الوصلة الضيقة عبارة عن ختم مانع لتسرب الماء بين خليتين حيوانيتين متجاورتين (الشكل\(\PageIndex{3}\)). يتم تثبيت الخلايا بإحكام ضد بعضها البعض بواسطة البروتينات (في الغالب بروتينين يسمى الكلودين والأوكلودين).

يُظهر هذا الرسم التوضيحي غشاءين من الخلايا ملتصقين معًا بمصفوفة من الوصلات الضيقة. — الشكل\(\PageIndex{3}\): تشكل الوصلات الضيقة روابط مانعة لتسرب الماء بين الخلايا الحيوانية المجاورة. تخلق البروتينات ارتباطًا وثيقًا بالوصلات. (الائتمان: تعديل العمل من قبل ماريانا رويز فيلاريال)

يمنع هذا الالتصاق الشديد المواد من التسرب بين الخلايا؛ عادة ما توجد الوصلات الضيقة في الأنسجة الظهارية التي تبطن الأعضاء الداخلية والتجاويف، وتشمل معظم الجلد. على سبيل المثال، تمنع الوصلات الضيقة للخلايا الظهارية المبطنة للمثانة البولية البول من التسرب إلى الفضاء خارج الخلية.

ديسموسومات

توجد أيضًا الديزموسومات فقط في الخلايا الحيوانية، والتي تعمل مثل اللحامات الموضعية بين الخلايا الظهارية المجاورة (الشكل\(\PageIndex{4}\)). تتصل البروتينات القصيرة التي تسمى الكادرينات في غشاء البلازما بشعيرات وسيطة لإنشاء ديسموسومات. تربط الكادرينات خليتين متجاورتين معًا وتحافظ على الخلايا في تكوين يشبه الصفيحة في الأعضاء والأنسجة التي تتمدد، مثل الجلد والقلب والعضلات.

يُظهر هذا الرسم التوضيحي خليتين مدمجتين معًا بواسطة ديسموسوم. تمتد الكادرينات من كل خلية وتربط الخليتين معًا. تتصل الشعيرات المتوسطة بالكادرين في داخل الخلية. — الشكل\(\PageIndex{4}\): يشكل الديسموسوم نقطة لحام قوية جدًا بين الخلايا. يتم إنشاؤه عن طريق ربط الكادرين والخيوط الوسيطة. (الائتمان: تعديل العمل من قبل ماريانا رويز فيلاريال)

تقاطعات الفجوة

تشبه تقاطعات الفجوات في الخلايا الحيوانية بلاسمودماتا في الخلايا النباتية من حيث أنها قنوات بين الخلايا المجاورة تسمح بنقل الأيونات والمواد المغذية والمواد الأخرى التي تمكن الخلايا من التواصل (الشكل\(\PageIndex{5}\)). لكن من الناحية الهيكلية، تختلف تقاطعات الفجوات والبلازموديماتا.

تتطور تقاطعات الفجوة عندما تقوم مجموعة من ستة بروتينات (تسمى connexins) في غشاء البلازما بترتيب نفسها في تكوين ممدود يشبه الكعك يسمى connexon. عند محاذاة المسامات («الثقوب الدائرية») للروابط في خلايا الحيوانات المجاورة، تتشكل قناة بين الخليتين. تعتبر تقاطعات الفجوات مهمة بشكل خاص في عضلة القلب: يتم تمرير الإشارة الكهربائية للعضلة لتنقبض بكفاءة من خلال تقاطعات الفجوة، مما يسمح لخلايا عضلة القلب بالتقلص جنبًا إلى جنب.

ملخص

تتواصل الخلايا الحيوانية عبر مصفوفاتها خارج الخلية وترتبط ببعضها البعض عبر التقاطعات الضيقة والديسموسومات والتقاطعات الفجائية. يتم توصيل الخلايا النباتية والتواصل مع بعضها البعض عبر plasmodesmata.

عندما ترتبط مستقبلات البروتين الموجودة على سطح الغشاء البلازمي لخلية حيوانية بمادة في المصفوفة خارج الخلية، تبدأ سلسلة من التفاعلات التي تغير الأنشطة التي تحدث داخل الخلية. Plasmodesmata هي قنوات بين الخلايا النباتية المجاورة، في حين أن تقاطعات الفجوة هي قنوات بين الخلايا الحيوانية المجاورة. ومع ذلك، فإن هياكلها مختلفة تمامًا. الوصلة الضيقة عبارة عن ختم مانع لتسرب الماء بين خليتين متجاورتين، بينما يعمل الديزموسوم مثل اللحام النقطي.

مسرد المصطلحات

ديزموسوم: الروابط بين الخلايا الظهارية المجاورة التي تتشكل عندما تلتصق الكادرينات في غشاء البلازما بشعيرات وسيطة

مصفوفة خارج الخلية: مادة (في المقام الأول الكولاجين والبروتينات السكرية والبروتيوغليكان) تفرز من الخلايا الحيوانية التي توفر الحماية الميكانيكية وتثبيت الخلايا في الأنسجة

مفرق الفجوة: قناة بين خليتين حيوانيتين متجاورتين تسمح للأيونات والمواد المغذية والمواد منخفضة الوزن الجزيئي بالمرور بين الخلايا، مما يمكّن الخلايا من التواصل

بلاسموديسما: قناة (الجمع = plasmodesmata) التي تمر بين جدران خلايا الخلايا النباتية المجاورة، وتربط السيتوبلازم، وتسمح بنقل المواد من خلية إلى أخرى

تقاطع ضيق: ختم ثابت بين خليتين حيوانيتين متجاورتين تم إنشاؤها عن طريق الالتزام بالبروتين