Skip to main content
Global

3.4: غشاء الخلية

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    191334

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

    يحدد الغشاء البلازمي للخلية حدود الخلية ويحدد طبيعة اتصالها بالبيئة. تستبعد الخلايا بعض المواد، وتستوعب مواد أخرى، وتفرز مواد أخرى، كل ذلك بكميات خاضعة للرقابة. تغطي أغشية البلازما حدود الخلايا، ولكن بدلاً من أن تكون كيسًا ثابتًا، فهي ديناميكية ومتغيرة باستمرار. يجب أن يكون غشاء البلازما مرنًا بدرجة كافية للسماح لخلايا معينة، مثل خلايا الدم الحمراء وخلايا الدم البيضاء، بتغيير شكلها أثناء مرورها عبر الشعيرات الدموية الضيقة. هذه هي الوظائف الأكثر وضوحًا لغشاء البلازما. بالإضافة إلى ذلك، يحمل سطح غشاء البلازما علامات تسمح للخلايا بالتعرف على بعضها البعض، وهو أمر حيوي مع تشكل الأنسجة والأعضاء أثناء التطور المبكر، والذي يلعب لاحقًا دورًا في التمييز «الذاتي» مقابل «غير الذاتي» للاستجابة المناعية.

    يحمل غشاء البلازما أيضًا المستقبلات، وهي مواقع ربط لمواد معينة تتفاعل مع الخلية. تم تصميم كل مستقبل بحيث يرتبط بمادة معينة. على سبيل المثال، تخلق المستقبلات السطحية للغشاء تغييرات في الداخل، مثل التغيرات في إنزيمات مسارات التمثيل الغذائي. قد تكون هذه المسارات الأيضية ضرورية لتزويد الخلية بالطاقة، أو صنع مواد محددة للخلية، أو تكسير النفايات الخلوية أو السموم للتخلص منها. تتفاعل المستقبلات الموجودة على السطح الخارجي لغشاء البلازما مع الهرمونات أو الناقلات العصبية، وتسمح بإرسال رسائلها إلى الخلية. تستخدم الفيروسات بعض مواقع التعرف كنقاط إرفاق. على الرغم من أنها محددة للغاية، إلا أن مسببات الأمراض مثل الفيروسات قد تتطور لاستغلال المستقبلات للدخول إلى الخلية عن طريق محاكاة المادة المحددة التي من المفترض أن يربطها المستقبل. تساعد هذه الخصوصية في تفسير سبب غزو فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) أو أي من الأنواع الخمسة من فيروسات التهاب الكبد لخلايا معينة فقط.

    نموذج الفسيفساء السائل

    في عام 1972، اقترح S. J. Singer و Garth L. Nicolson نموذجًا جديدًا لغشاء البلازما الذي، مقارنة بالفهم السابق، يفسر بشكل أفضل الملاحظات المجهرية ووظيفة غشاء البلازما. كان هذا يسمى نموذج الفسيفساء السائل. لقد تطور النموذج إلى حد ما بمرور الوقت، ولكنه لا يزال يمثل بشكل أفضل بنية ووظائف غشاء البلازما كما نفهمها الآن. يصف نموذج الفسيفساء السائلة بنية غشاء البلازما كفسيفساء من المكونات - بما في ذلك الدهون الفوسفورية والكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات - حيث تكون المكونات قادرة على التدفق وتغيير الموضع، مع الحفاظ على السلامة الأساسية للغشاء. كل من جزيئات الفوسفوليبيد والبروتينات المضمنة قادرة على الانتشار بسرعة وبشكل جانبي في الغشاء. تعتبر سيولة غشاء البلازما ضرورية لأنشطة بعض الإنزيمات وجزيئات النقل داخل الغشاء. تتراوح أغشية البلازما من 5 إلى 10 نانومتر. وعلى سبيل المقارنة، يبلغ سمك خلايا الدم الحمراء البشرية، التي يمكن رؤيتها عن طريق الفحص المجهري الضوئي، حوالي 8 ميكرومتر، أو حوالي 1000 مرة أكثر سمكًا من غشاء البلازما. (الشكل\(\PageIndex{1}\))

    رسم توضيحي لمكونات غشاء البلازما، بما في ذلك البروتينات المتكاملة والمحيطية، وخيوط الهيكل الخلوي، والكوليسترول، والكربوهيدرات، والقنوات
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يصف نموذج الفسيفساء السائل لهيكل غشاء البلازما غشاء البلازما كمزيج سائل من الفوسفوليبيدات والكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات.

    يتكون غشاء البلازما بشكل أساسي من طبقة ثنائية من الفسفوليبيدات مع البروتينات المضمنة والكربوهيدرات والجليكوليبيدات والبروتينات السكرية والكوليسترول في الخلايا الحيوانية. تنظم كمية الكوليسترول في أغشية البلازما الحيوانية سيولة الغشاء وتتغير بناءً على درجة حرارة بيئة الخلية. بمعنى آخر، يعمل الكوليسترول كمضاد للتجمد في غشاء الخلية وهو أكثر وفرة في الحيوانات التي تعيش في المناخات الباردة.

    يتكون النسيج الرئيسي للغشاء من طبقتين من جزيئات الفوسفوليبيد، والنهايات القطبية لهذه الجزيئات (التي تبدو كمجموعة من الكرات في عرض الفنان للنموذج) (الشكل\(\PageIndex{1}\)) تتلامس مع سائل مائي داخل وخارج الخلية. وبالتالي، فإن كلا سطحي غشاء البلازما محبان للماء. في المقابل، يعتبر الجزء الداخلي للغشاء، بين السطحين، منطقة كارهة للماء أو غير قطبية بسبب ذيول الأحماض الدهنية. لا تجذب هذه المنطقة الماء أو الجزيئات القطبية الأخرى.

    تشكل البروتينات المكون الكيميائي الرئيسي الثاني لأغشية البلازما. يتم تضمين البروتينات المتكاملة في غشاء البلازما وقد تمتد على كل الغشاء أو جزء منه. قد تعمل البروتينات المتكاملة كقنوات أو مضخات لنقل المواد داخل الخلية أو خارجها. توجد البروتينات الطرفية على الأسطح الخارجية أو الداخلية للأغشية، وترتبط إما بالبروتينات المتكاملة أو بجزيئات الفوسفوليبيد. قد تعمل كل من البروتينات المتكاملة والمحيطية كإنزيمات أو كمرفقات هيكلية لألياف الهيكل الخلوي أو كجزء من مواقع التعرف على الخلية.

    الكربوهيدرات هي المكون الرئيسي الثالث لأغشية البلازما. توجد دائمًا على السطح الخارجي للخلايا وترتبط إما بالبروتينات (التي تشكل البروتينات السكرية) أو الدهون (التي تشكل الجليكوليبيدات). قد تتكون سلاسل الكربوهيدرات هذه من 2-60 وحدة أحادية السكاريد وقد تكون إما مستقيمة أو متفرعة. إلى جانب البروتينات الطرفية، تشكل الكربوهيدرات مواقع متخصصة على سطح الخلية تسمح للخلايا بالتعرف على بعضها البعض.

    التطور في العمل: كيف تصيب الفيروسات أعضاء معينة

    تستغل العديد من الفيروسات جزيئات البروتين السكري المحددة المكشوفة على سطح أغشية الخلايا في الخلايا المضيفة لإصابة أعضاء معينة. على سبيل المثال، يستطيع فيروس نقص المناعة البشرية اختراق أغشية البلازما لأنواع معينة من خلايا الدم البيضاء تسمى الخلايا التائية المساعدة والخلايا الأحادية، وكذلك بعض خلايا الجهاز العصبي المركزي. يهاجم فيروس التهاب الكبد خلايا الكبد فقط.

    هذه الفيروسات قادرة على غزو هذه الخلايا، لأن الخلايا لها مواقع ربط على أسطحها استغلتها الفيروسات ببروتينات سكرية محددة بنفس القدر في طبقاتها (الشكل\(\PageIndex{2}\)). يتم خداع الخلية من خلال محاكاة جزيئات معطف الفيروس، والفيروس قادر على دخول الخلية. تتفاعل مواقع التعرف الأخرى على سطح الفيروس مع جهاز المناعة البشري، مما يدفع الجسم إلى إنتاج أجسام مضادة. يتم تصنيع الأجسام المضادة استجابة للمستضدات (أو البروتينات المرتبطة بمسببات الأمراض الغازية). تعمل هذه المواقع نفسها كأماكن للأجسام المضادة للالتصاق، وتقوم إما بتدمير نشاط الفيروس أو تثبيطه. لسوء الحظ، يتم ترميز هذه المواقع الخاصة بفيروس نقص المناعة البشرية بواسطة جينات تتغير بسرعة، مما يجعل إنتاج لقاح فعال ضد الفيروس أمرًا صعبًا للغاية. تتطور أعداد الفيروس داخل الفرد المصاب بسرعة من خلال التحول إلى مجموعات سكانية أو متغيرات مختلفة تتميز بالاختلافات في مواقع التعرف هذه. هذا التغيير السريع في علامات السطح الفيروسي يقلل من فعالية الجهاز المناعي للشخص في مهاجمة الفيروس، لأن الأجسام المضادة لن تتعرف على الاختلافات الجديدة في أنماط السطح.

    يُظهر هذا الرسم التوضيحي الغشاء البلازمي للخلية التائية. تمتد مستقبلات CD4 من الغشاء إلى الفضاء خارج الخلية. يتعرف فيروس نقص المناعة البشرية على جزء من مستقبل CD4 ويرتبط به.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يستقر فيروس نقص المناعة البشرية ويرتبط بمستقبلات CD4، وهو بروتين سكري على سطح الخلايا التائية، قبل دخول الخلية أو إصابتها بالعدوى. (الائتمان: تعديل العمل من قبل المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة/المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية).

    ملخص

    يشار إلى الفهم الحديث للغشاء البلازمي بنموذج الفسيفساء السائل. يتكون غشاء البلازما من طبقة ثنائية من الفسفوليبيدات، حيث تتلامس ذيولها الحمضية الدهنية الكارهة للماء مع بعضها البعض. المناظر الطبيعية للغشاء مرصعة بالبروتينات التي يمتد بعضها عبر الغشاء. تعمل بعض هذه البروتينات على نقل المواد داخل الخلية أو خارجها. ترتبط الكربوهيدرات ببعض البروتينات والدهون الموجودة على السطح الخارجي للغشاء. هذه الأشكال من المجمعات التي تعمل على تحديد الخلية للخلايا الأخرى. تعود الطبيعة السائلة للغشاء إلى تكوين ذيول الأحماض الدهنية، ووجود الكوليسترول المضمن في الغشاء (في الخلايا الحيوانية)، والطبيعة الفسيفسائية للبروتينات ومجمعات البروتين والكربوهيدرات، التي لا يتم تثبيتها بإحكام في مكانها. تغطي أغشية البلازما حدود الخلايا، ولكن بدلاً من أن تكون كيسًا ثابتًا، فهي ديناميكية ومتغيرة باستمرار.

    مسرد المصطلحات

    نموذج الفسيفساء السائل
    نموذج لبنية غشاء البلازما كفسيفساء من المكونات، بما في ذلك الفوسفوليبيدات والكوليسترول والبروتينات والجليكوليبيدات، مما ينتج عنه طابع سائل وليس ثابت

    المساهمون والصفات