الأغشية الحيوية: الهيكل والوظائف - مادة الاحياء - 2026

و biomembranes هي هياكل وديناميكية جدا وانتقائية طبيعة أساسا الدهون، وهي جزء من خلايا جميع الكائنات الحية. في جوهرها ، هم مسؤولون عن إنشاء الحدود بين الحياة والفضاء خارج الخلية ، بالإضافة إلى تحديد ما يمكن أن يدخل الخلية ويغادرها بطريقة مسيطر عليها.

يتم تحديد خصائص الغشاء (مثل السيولة والنفاذية) بشكل مباشر من خلال نوع الدهون وتشبع وطول هذه الجزيئات. يحتوي كل نوع من الخلايا على غشاء ذو ​​تركيبة مميزة من الدهون والبروتينات والكربوهيدرات ، مما يسمح لها بأداء وظائفها.

المصدر: عمل مشتق: داتفيلد (نقاش) Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg: * عمل مشتق: داتفيلد (نقاش) Cell_membrane_detailed_diagram.svg: LadyofHats ماريانا رويز

بناء

يُطلق على النموذج المقبول حاليًا لوصف بنية الأغشية البيولوجية "فسيفساء السوائل". تم تطويره في عام 1972 من قبل الباحثين S. Jon Singer و Garth Nicolson.

الفسيفساء هي اتحاد عناصر مختلفة غير متجانسة. في حالة الأغشية ، تشتمل هذه العناصر على أنواع مختلفة من الدهون والبروتينات. هذه المكونات ليست ثابتة: على العكس من ذلك ، يتميز الغشاء بكونه ديناميكيًا للغاية ، حيث تكون الدهون والبروتينات في حركة ثابتة.

في بعض الحالات ، يمكننا أن نجد الكربوهيدرات المرتبطة ببعض البروتينات أو في الدهون التي تشكل الغشاء. بعد ذلك سوف نستكشف المكونات الرئيسية للأغشية.

- الدهون

الدهون عبارة عن بوليمرات بيولوجية تتكون من سلاسل كربون ، وتتمثل الخاصية الرئيسية لها في عدم الذوبان في الماء. على الرغم من أنها تؤدي وظائف بيولوجية متعددة ، فإن أبرزها هو دورها الهيكلي في الأغشية.

تتكون الدهون القادرة على تكوين أغشية بيولوجية من جزء قطبي (غير قابل للذوبان في الماء) وجزء قطبي (قابل للذوبان في الماء). تُعرف هذه الأنواع من الجزيئات باسم amphipathic. هذه الجزيئات هي فوسفوليبيدات.

كيف تتصرف الدهون في الماء؟

عندما تتلامس الفسفوليبيدات مع الماء ، فإن الجزء القطبي هو الجزء الذي يتلامس معه بالفعل. في المقابل ، تتفاعل "ذيول" الكارهة للماء مع بعضها البعض ، في محاولة للهروب من السائل. في المحلول ، يمكن أن تكتسب الدهون نمطين من التنظيم: المذيلات أو طبقات ثنائية الدهون.

الميسيلات عبارة عن تجمعات صغيرة من الدهون ، حيث تتجمع الرؤوس القطبية معًا "تنظر" إلى الماء وتقوم ذيولها ببعضها البعض داخل الكرة. الطبقات الثنائية ، كما يوحي اسمها ، هي طبقتان من الفوسفوليبيد حيث تواجه الرؤوس الماء ، وتتفاعل ذيول كل طبقة مع بعضها البعض.

تحدث هذه التكوينات بشكل عفوي. أي أنه لا توجد حاجة إلى طاقة لدفع تكوين المذيلات أو الطبقات الثنائية.

هذه الخاصية الأمفيباثية هي ، بلا شك ، الأهم من بين بعض الدهون ، لأنها سمحت بتقسيم الحياة.

ليست كل الأغشية متشابهة

من حيث تركيبها الدهني ، ليست كل الأغشية البيولوجية متماثلة. هذه تختلف من حيث طول سلسلة الكربون والتشبع بينهما.

نعني بالتشبع عدد الروابط الموجودة بين الكربون. عندما تكون هناك روابط مزدوجة أو ثلاثية ، تكون السلسلة غير مشبعة.

سيحدد التركيب الدهني للغشاء خواصه ، لا سيما السيولة. عندما تكون هناك روابط مزدوجة أو ثلاثية ، فإن سلاسل الكربون "تلتف" ، مما يخلق فراغات ويقلل من تغليف ذيول الدهون.

تقلل الخلل من منطقة التلامس مع ذيول المجاورة (على وجه التحديد قوى تفاعل فان دير فال) ، مما يضعف الحاجز.

في المقابل ، عندما يزداد تشبع السلسلة ، تكون تفاعلات van der Waals أقوى بكثير ، مما يزيد من كثافة وقوة الغشاء. وبالمثل ، يمكن زيادة قوة الحاجز إذا زاد طول سلسلة الهيدروكربونات.

الكوليسترول هو نوع آخر من الدهون يتكون من اندماج أربع حلقات. يساعد وجود هذا الجزيء أيضًا في تعديل سيولة ونفاذية الغشاء. يمكن أن تتأثر هذه الخصائص أيضًا بالمتغيرات الخارجية ، مثل درجة الحرارة.

- البروتينات

في الخلية الطبيعية ، يكون أقل بقليل من نصف تركيبة الغشاء عبارة عن بروتينات. يمكن العثور عليها مضمنة في مصفوفة الدهون بطرق متعددة: مغمورة تمامًا ، أي متكاملة ؛ أو محيطيًا ، حيث يرتبط جزء فقط من البروتين بالدهون.

تستخدم بعض الجزيئات البروتينات كقنوات أو ناقلات (للمسار النشط أو السلبي) لمساعدة الجزيئات الكبيرة المحبة للماء على عبور الحاجز الانتقائي. وأبرز مثال على ذلك هو البروتين الذي يعمل كمضخة للصوديوم والبوتاسيوم.

- الكربوهيدرات

يمكن ربط الكربوهيدرات بالجزيئين المذكورين أعلاه. توجد بشكل عام حول الخلية وتلعب دورًا في وضع العلامات الخلوية العامة والتعرف والتواصل.

على سبيل المثال ، تستخدم خلايا الجهاز المناعي هذا النوع من العلامات للتمييز بين ما هو خاص بها وما هو غريب ، وبالتالي معرفة الخلية التي يجب مهاجمتها وأيها لا ينبغي.

المميزات

ضع الحدود

كيف يتم تحديد حدود الحياة؟ من خلال الأغشية الحيوية. الأغشية ذات الأصل البيولوجي مسؤولة عن تحديد المساحة الخلوية في جميع أشكال الحياة. خاصية التقسيم هذه ضرورية لتوليد الأنظمة الحية.

بهذه الطريقة ، يمكن إنشاء بيئة مختلفة داخل الخلية ، مع التركيزات اللازمة وحركات المواد التي تعتبر مثالية للكائنات العضوية.

بالإضافة إلى ذلك ، تحدد الأغشية البيولوجية أيضًا حدودًا داخل الخلية ، مما يؤدي إلى إنشاء الأجزاء النموذجية للخلايا حقيقية النواة: الميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراء ، والفجوات ، إلخ.

الانتقائية

تتطلب الخلايا الحية دخولًا وخروجًا مستمرين لعناصر معينة ، على سبيل المثال التبادل الأيوني مع البيئة خارج الخلية وإخراج النفايات ، من بين أمور أخرى.

إن طبيعة الغشاء تجعله منفذاً لبعض المواد ومنيعاً للآخرين. لهذا السبب ، يعمل الغشاء ، جنبًا إلى جنب مع البروتينات الموجودة فيه ، كنوع من "حارس البوابة" الجزيئي الذي ينظم عملية تبادل المواد مع البيئة.

يمكن للجزيئات الصغيرة ، التي ليست قطبية ، عبور الغشاء دون أي مشكلة. في المقابل ، كلما كان الجزيء أكبر وكلما كان أكثر قطبية ، تزداد صعوبة المرور بشكل متناسب.

لإعطاء مثال محدد ، يمكن لجزيء الأكسجين السفر عبر غشاء بيولوجي أسرع بمليار مرة من أيون الكلوريد.

المراجع

1. فريمان ، س. (2016). علم الاحياء. بيرسون.
2. كايزر ، كاليفورنيا ، كريجر ، إم ، لوديش ، هـ ، وبيرك ، أ. (2007). بيولوجيا الخلية الجزيئية. WH فريمان.
3. بينيا ، أ. (2013). أغشية الخلايا. صندوق الثقافة الاقتصادية.
4. سنجر ، إس جيه ، ونيكلسون ، جي إل (1972). نموذج الفسيفساء المائع لهيكل أغشية الخلايا. علم، 175 (4023) ، 720-731.
5. شتاين ، و. (2012). حركة الجزيئات عبر أغشية الخلايا. إلسفير.