غشاء الخلية الحيوانية

تعريف غشاء الخلية الحيوانية:

غشاء الخلية المعروف أيضًا باسم غشاء البلازما، هو طبقة مزدوجة من الدهون والبروتينات التي تحيط بالخلية، إذ يفصل السيتوبلازم (محتويات الخلية) عن البيئة الخارجية، حيث إنها سمة لجميع الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة.

وظيفة غشاء الخلية:

يعطي غشاء الخلية الخلية هيكلها وينظم المواد التي تدخل الخلية وتخرج منها، حيث إنه حاجز قابل للاختراق بصوره انتقائية مما يعني أنه يسمح لبعض المواد بالمرور دون غيرها، مثل الجسر المتحرك الذي يهدف إلى حماية القلعة وإبعاد الأعداء إذ يسمح غشاء الخلية فقط لجزيئات معينة بالدخول أو الخروج.

عبور الغشاء:

غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى الجزيئات التي يمكنها عبور أغشية الخلايا بسهولة في الأبحاث البيولوجية والطب، حيث تشتمل الجزيئات القابلة للنفاذ والمفيدة للبحث البيولوجي على مؤشرات لتركيزات الأيونات ودرجة الحموضة والأصباغ الفلورية وجزيئات التشابك وركائز الإنزيم الفلوروجينيك ومثبطات البروتين المختلفة.

في الطب العديد من الأدوية عبارة عن جزيئات صغيرة تعمل على أهداف داخل الخلايا مثل الستاتينات التي تثبط إنتاج الكوليسترول ومثبطات النسخ العكسي المستخدمة لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية، ونظرًا للمستوى العالي من الاهتمام عبر مجالات متعددة من الدراسة في تعديل الأهداف داخل الخلايا، حيث يمكن أن تساهم نظرة عامة واسعة على استراتيجيات توصيل العصارة الخلوية في توجيه الباحثين الذين يدخلون المجال حديثًا والجمع بين الحلول التي تم اقتراحها لشحنات مختلفة.

يمكن للجزيئات الصغيرة مثل الأكسجين التي تحتاجها الخلايا من أجل القيام بوظائف التمثيل الغذائي مثل التنفس الخلوي،  وهو العملية التي تقوم الخلايا من خلالها بتحويل السكريات إلى طاقة؛ لإنشاء ATP وأشكال أخرى من الطاقة لتشغيل التفاعلات الخلوية، حيث تتطلب الخلايا وقودًا ومستقبلًا للإلكترون يقود العملية الكيميائية لتحويل الطاقة إلى شكل قابل للاستخدام، وثاني أكسيد الكربون وهو منتج ثانوي لهذه الوظائف أن تدخل وتخرج بسهولة من خلال الغشاء، حيث يمكن للماء أيضًا عبور الغشاء بحرية على الرغم من أنه يفعل ذلك بمعدل أبطأ.

ومع ذلك فإن الجزيئات عالية الشحنة مثل الأيونات لا يمكن أن تمر مباشرة ولا الجزيئات الكبيرة مثل الكربوهيدرات أو الأحماض الأمينية، بدلاً من ذلك يجب أن تمر هذه الجزيئات عبر البروتينات المضمنة في الغشاء، وبهذه الطريقة يمكن للخلية التحكم في معدل انتشار هذه المواد.

هناك طريقة أخرى يمكن لغشاء الخلية من خلالها جلب الجزيئات إلى السيتوبلازم، وهي من خلال الالتقام الخلوي وهو عملية نقل الجزيئات بفعالية إلى الخلية عن طريق غمرها بغشائها، وتستخدم جميع الخلايا الالتقام الخلوي والإفراز الخلوي لنقل الجزيئات التي لا يمكن أن تمر عبر الغشاء بشكل سلبي.

يوفر خروج الخلايا الوظيفة المعاكسة ويدفع الجزيئات خارج الخلية مثل جميع أنظمة جسم الإنسان، فإن الحاجة إلى التوازن تتيح تدفقًا متساويًا للجزيئات داخل وخارج الخلية، وهذا يعني أن كمية الجزيئات التي تدخل الخلية عن طريق الالتقام الخلوي تساوي كمية الجزيئات الخارجة من الخلية عن طريق طرد الخلايا.

تضمن العمليتان مجتمعتان وجود توازن بين العناصر الغذائية والنفايات من أجل حياة الخلية ووظيفتها بشكل منتظم، إذ تسمى العملية العكسية، حيث تسلم الخلية محتويات خارج حاجز الغشاء خروج الخلايا، كما يشمل الالتقام الخلوي البلعمة “أكل الخلايا” وكثرة الخلايا “شرب الخلايا”، وخلال هذه العمليات يشكل غشاء الخلية اكتئابًا يحيط بالجسيم الذي يبتلعها، ثم “يقرص” ليشكل كرة صغيرة من الغشاء تسمى الحويصلة التي تحتوي على الجزيء، وتنقله إلى أي مكان سيتم استخدامه في الخلية.

يمكن للخلايا أيضًا توصيل المواد عبر غشاء الخلية إلى البيئة الخارجية من خلال الإفراز الخلوي، وهو عكس عملية الالتقام الخلوي، وأثناء خروج الخلايا تتشكل الحويصلات في السيتوبلازم وتنتقل إلى سطح غشاء الخلية، حيث هنا تندمج مع الغشاء ويطلقون محتوياتهم إلى خارج الخلية إذ يزيل خروج الخلايا نفايات الخلية، وهي أجزاء من الجزيئات لا تستخدمها الخلية بما في ذلك العضيات القديمة.

التشوير في غشاء الخلية:

يلعب غشاء الخلية أيضًا دورًا مهمًا في إشارات الخلية والتواصل، حيث يحتوي الغشاء على العديد من البروتينات المضمنة التي يمكنها ربط الجزيئات الموجودة خارج الخلية وتمرير الرسائل إلى داخل الخلية، والأهم من ذلك يمكن أن ترتبط بروتينات المستقبلات الموجودة على غشاء الخلية بالمواد التي تنتجها مناطق أخرى من الجسم مثل الهرمونات.

عندما يرتبط جزيء بمستقبلاته المستهدفة على الغشاء فإنه يبدأ مسار تحويل الإشارة داخل الخلية الذي ينقل الإشارة إلى الجزيئات المناسبة، ونتيجة لهذه المسارات المعقدة للإشارات في كثير من الأحيان يمكن للخلية أن تؤدي الإجراء المحدد بواسطة جزيء الإشارة مثل صنع أو إيقاف إنتاج بروتين معين.

هيكل غشاء الخلية:

طبقة ثنائية الفوسفوليبيد:

يتكون غشاء الخلية من طبقة ثنائية فسفوليبيد، والفسفوليبيدات عبارة عن جزيئات دهنية تتكون من رأس مجموعة فوسفات وذيول من الأحماض الدهنية، والأهم من ذلك أن خصائص جزيئات الفسفوليبيد تسمح لها بتكوين غشاء مزدوج الطبقات تلقائيًا، إذ أن رأس مجموعة الفوسفات في الفسفوليبيد هو ماء في حين أن ذيل الفسفوليبيد يكره الماء، وهذا يعني أن مجموعة الفوسفات تنجذب إلى الماء في حين أن الذيل ينفر بالماء.

عندما تكون في الماء أو في محلول مائي (بما في ذلك داخل الجسم) فإن رؤوس الفوسفوليبيد الكارهة للماء ستوجه نفسها لتكون في الداخل بعيدًا عن الماء قدر الإمكان، وفي المقابل ستكون الرؤوس المحبة للماء في الخارج وتلامس الماء، والنتيجة هي أن طبقة مزدوجة من الفوسفوليبيد تتشكل مع تجمع الرؤوس الكارهة للماء معًا في المركز، وتشكل ذيول الماء الجزء الخارجي من الهيكل، إن المصطلح التقني لهذه الطبقة المزدوجة من الفسفوليبيدات التي تشكل غشاء الخلية هو طبقة ثنائية الفوسفوليبيد.

العوامل المرتبطة بالغشاء:

بالإضافة إلى طبقة ثنائية الفسفوليبيد يحتوي غشاء الخلية أيضًا على جزيئات دهنية خاصةً الدهون السكرية والستيرولات، والستيرول المهم هو الكوليسترول الذي ينظم سيولة غشاء الخلية في الخلايا الحيوانية، إذ عندما يكون الكوليسترول أقل تصبح الأغشية أكثر سيولة، ولكنها أيضًا أكثر نفاذية للجزيئات، كما تساعد كمية الكوليسترول في الغشاء في الحفاظ على نفاذه، بحيث يمكن للكمية المناسبة من الجزيئات أن تدخل الخلية في وقت واحد.

يحتوي غشاء الخلية أيضًا على العديد من البروتينات المختلفة، حيث تشكل البروتينات حوالي نصف غشاء الخلية، والعديد من هذه البروتينات عبارة عن بروتينات عبر الغشاء، والتي يتم تضمينها في الغشاء، ولكنها تلتصق بالجانبين (أي أنها تمتد عبر طبقة الدهون الثنائية بأكملها).

بالعادة تكون البروتينات عبارة عن مستقبلات ترتبط بجزيئات الإشارة، وبعضها الآخر عبارة عن قنوات أيونية وهي الوسيلة الوحيدة للسماح للأيونات بالدخول أو الخروج من الخلية، حيث يستخدم العلماء نموذج الفسيفساء السائل لوصف بنية غشاء الخلية، كما يمتلك غشاء الخلية قوامًا سائلًا نظرًا لأنه يتكون في جزء كبير من الدهون الفوسفورية وبسبب هذا تتحرك البروتينات بحرية عبر سطحها، وتضفي العديد من البروتينات والدهون المختلفة في غشاء الخلية مظهر الفسيفساء.