فيزيولوجيا الخلية

التنظيم والتواصل الخلوي:

يعد البحث في القنوات الأيونية والناقلات والإشارات من أبسط العلوم الحياتية، حيث إنه يدعم فهم النشاط الخلوي ووظيفة الأعضاء والأمراض ويلهم تطوير علاجات جديدة، إذ ربما تكون القنوات الأيونية والناقلات هي الواجهة الأساسية بين الخلايا ومحيطها، مما يجعل فهم وظيفتها جزءًا حيويًا من فهم كيفية عمل الجسم.

يتم ذلك عن طريق تحديد كيفية تأثير قنوات البوتاسيوم على إفراز الأنسولين من خلال دور ناقلات المغذيات في نمو السرطان، وإشراك قنوات الكالسيوم في التعبير الجيني إلى فهم الإشارات الأيضية في القلب، حيث تأخذ جميع الأعمال في الاعتبار السلوك المجهري للخلية، ولكنها تساعد في تفسير الوظيفة العيانية للجسم.

نتيجة لذلك فإن لدراستها آثار واسعة النطاق تتناقض مع تركيزهم الضيق، ومن خلال فهم كيفية ارتباط وظيفة الخلية الأساسية بالظروف واسعة النطاق تأتي قدرة متزايدة على توجيه الانتباه والتركيز على أهم الأسئلة الفسيولوجية، بينما يدور العمل بشكل أساسي حول تحسين فهم علم وظائف الأعضاء البشرية، فإنه يفسح المجال بشكل طبيعي لترجمة العلوم الأساسية إلى علاجات.

في الآونة الأخيرة أدى الفهم لقنوات البوتاسيوم بشكل مباشر إلى اعتماد السلفونيل يوريا في علاج مرض السكري عند الأطفال حديثي الولادة، في حين أدت نظرة ثاقبة لسلوك القنوات التي تنشط بإفراز الكالسيوم إلى ظهور علاج محتمل للربو التحسسي الذي يتم تطويره حاليًا من أجل التجارب السريرية، ومع الاستمرار في تبني التقنيات الجديدة وتعزيز الفهم النظري هناك تطلع إلى الإجابة على العديد من الأسئلة العلمية والسريرية في السنوات القادمة.

ديناميكية غشاء الخلية:

الخلية هي الوحدة الهيكلية والوظيفية للحياة، حيث يحدها غشاء الخلية الذي يحافظ على التوازن الداخلي للخلية وتحتوي على العديد من الأجزاء أو العضيات المرتبطة بالغشاء داخلها، والتي تقوم بوظائف متخصصة، وهذه العضيات المرتبطة بالغشاء مميزة لجميع الخلايا حقيقية النواة بما في ذلك تلك الموجودة في البشر.

يحد غشاء الخلية جميع الخلايا في جسم الإنسان، ويشكل واجهة ديناميكية بين البيئات داخل الخلايا وخارجها، حيث أنه يخدم أو يسهل الوظائف التالية:

• الحفاظ على شكل الخلية وهيكلها: إذ يتم تحقيق ذلك من خلال وجود مواقع إرساء لخيوط الهيكل الخلوي ومكونات المصفوفة خارج الخلية.

• وظيفة النقل: يحدث هذا من خلال النفاذية الانتقائية للأيونات والجزيئات الكبيرة، مما يسمح بالحفاظ على التركيب الأيوني العصاري والضغط الاسموزي ودرجة الحموضة (حوالي 7.2-7.4).

• الاتصال بين الخلايا: بما في ذلك نقل الإشارة أي الكشف عن الإشارات الكيميائية (المرسلين) من الخلايا الأخرى، إذ تتوسط هذه الإشارات في انتقال الأعصاب وإطلاق الهرمونات وتقلص العضلات وتحفيز النمو، وهذا هو نتيجة ارتباط جزيئات الإشارة بواسطة مستقبلات الغشاء.

• التصاق بين الخلايا: حيث يحدث هذا من خلال اندماج الغشاء مع أغشية الخلايا الأخرى عبر تقاطعات متخصصة.

• توجيه حركة الخلية.

هيكل أغشية الخلايا:

يتراوح سمك أغشية الخلايا من 6-10 نانومتر، وعادة ما يكون حوالي 7.5 نانومتر، حيث أن النانومتر الواحد يساوي 10-9 متر، وتتكون أغشية الخلايا بشكل أساسي من الدهون والبروتينات، تعتبر الدهون هي المكونات الرئيسية للأغشية بما في ذلك الجليسيروفوسفوليبيدات (الفوسفوجليسريد)، السفينجوليبيدات (السفينجوميلين) والكوليسترول.

يعتبر السيفالين (فوسفاتيديليثانولامين) والليسيثين (فوسفاتيديل كولين) أكثر شحميات الجلسروفوسفول شيوعًا في الأغشية، حيث تشكل الدهون الغشائية طبقات ثنائية ذاتية الختم، إذ إنها جزيئات أمفيباثيك مع شقوق مسعورة ومحبة للماء، وتشكل المجموعات الكارهة للماء سلاسل جانبية أسيل الدهنية الطويلة اللب، مع المجموعات القطبية المحبة للماء التي تبطن كلا السطحين.

تتكون الكربوهيدرات من 5٪ إلى 10٪ من أغشية الخلايا، وهي تتكون من جليكوليبيدات وبروتينات سكرية وتشكل طبقة غليوكاليكس على سطح غشاء البلازما، إذ أن هذه الطبقة مسؤولة عن الخصائص المناعية للخلية وتحمل مستقبلات سطحية تشارك في التعرف الجزيئي.

وفقًا لنموذج الفسيفساء المائع الخاص بأغشية الخلايا (Singer وNicolson) تمتلك هياكل سائلة، حيث تُعتبر حلولًا ثنائية الأبعاد للبروتينات الكروية الموجهة والدهون، وإنها تأخذ شكل سائل مستمر، ولكنه ثابت ثنائي الطبقة مرصع بمجموعة من البروتينات المرتبطة بالغشاء أو الغشاء.

التنظيم والتحكم في الخلايا:

ينقسم فسيولوجيا الجسم إلى مستويات مختلفة من التنظيم الوظيفي، حيث تحدد الحدود الطبيعية ثلاثة مستويات رئيسية الأيض والوظيفة الخلوية وأنظمة الأعضاء، وتشكل آليات التحكم في كل مستوى جزءًا أساسيًا من علم وظائف الأعضاء ووظيفة مباشرة نحو الهدف النهائي المتمثل في التوازن، إذ يمكن تعريف الاستتباب بأنه الحفاظ على تكوين وخصائص السائل خارج الخلية.

التمثيل الغذائي والتحكم في التمثيل الغذائي:

التمثيل الغذائي هو مصطلح عالمي يشمل كتلة المسارات الكيميائية الحيوية التي تشكل الآلة الكيميائية التي توفر الطاقة والمواد اللازمة للحفاظ على الحياة، حيث يتم التحكم في هذه المسارات على مستوى الكيمياء الحيوية من خلال عوامل مختلفة تحدد معدل التفاعلات الأيضية، بما في ذلك:

• العوامل الكيميائية التي تؤثر على معدلات التفاعل على سبيل المثال تركيز المواد المتفاعلة، درجة الحرارة، متطلبات طاقة التنشيط، وجود المحفزات.

• تركيز الانزيم ونشاطه وتشمل العوامل التي تؤثر على معدل التفاعلات بوساطة الإنزيم تركيز الركيزة، ووجود العوامل المساعدة أو الإنزيمات المساعدة والتنشيط أو التثبيط بواسطة منتجات التفاعل.

التحكم في التغذية الراجعة:

على المستوى الجهازي يتم التحكم في التمثيل الغذائي إلى حد كبير بواسطة هرمونات الغدد الصماء، حيث تنتج هذه المواد تغيرات فسيولوجية واسعة في الجسم من خلال ممارسة تأثيرات متعددة على الكيمياء الحيوية للخلية، ويتم إعطاء بعض الأمثلة على تأثيرات التمثيل الغذائي الخلوي للهرمونات.

وظيفة الخلية والتحكم فيها حيث تتضمن وظيفة الخلية كلا من العمليات داخل وخارج الخلية، إذ تشمل الوظائف داخل الخلايا المحافظة على البيئة الداخلية، استنساخ الحمض النووي، إنتاج الحمض النووي الريبي، إصلاح الهياكل الخلوية، تخليق المواد للتصدير، استقلاب المواد المستوردة، انتاج الطاقة الكيميائية وحركية الخلية.

الخلايا التي تتألف من كل أنواع من الأنسجة التي تختلف في الشكل والحجم والهيكل الداخلي للسماح بوظيفتها الفسيولوجية المحددة داخل الأنسجة، وأحد المفاهيم المهمة التي يجب وضعها في الاعتبار أثناء دراسة علم وظائف الأعضاء هو أن الهيكل يحدد الوظيفة، وعندما ينظر إلى شكل الخلية فإنها تعطي فكرة عن وظيفتها، حيث يتم تنفيذ كل عملية خلية في مكان محدد في الخلية وغالبًا ما توجد داخل أو حول عضية.

وعند التفكير في العضية على أنها مستوى من التنظيم بين الجزيئات الكبيرة والخلية، حيث تقوم العضيات بمهام متخصصة داخل الخلية ووظائف توطين مثل التكرار وإنتاج الطاقة وتخليق البروتين ومعالجة الطعام والنفايات، كما تختلف الخلايا المختلفة في ترتيب وعدد العضيات وكذلك من الناحية الهيكلية، مما يؤدي إلى ظهور مئات أنواع الخلايا الموجودة في الجسم.