الهيكل الخلوي: الخصائص والوظائف والهيكل - مادة الاحياء - 2025

و الهيكل الخلوي هو البنية الخلوية مكونة من خيوط. إنه منتشر في جميع أنحاء السيتوبلازم ووظيفته داعمة بشكل أساسي ، للحفاظ على بنية الخلية وشكلها. من الناحية الهيكلية ، تتكون من ثلاثة أنواع من الألياف ، مصنفة حسب حجمها.

هذه هي ألياف الأكتين ، والخيوط الوسيطة ، والأنابيب الدقيقة. كل واحد يمنح خاصية معينة للشبكة. داخل الخلية عبارة عن بيئة يحدث فيها إزاحة المواد وعبورها. يتوسط الهيكل الخلوي هذه الحركات داخل الخلايا.

على سبيل المثال ، العضيات - مثل الميتوكوندريا أو جهاز جولجي - ثابتة في البيئة الخلوية ؛ هذه تتحرك باستخدام الهيكل الخلوي كمسار.

على الرغم من أن الهيكل الخلوي يسود بوضوح في الكائنات حقيقية النواة ، فقد تم الإبلاغ عن بنية مماثلة في بدائيات النوى.

الخصائص العامة

الهيكل الخلوي هو هيكل ديناميكي للغاية يمثل "سقالة جزيئية". الأنواع الثلاثة من الخيوط التي تتكون منها هي وحدات متكررة يمكن أن تشكل هياكل مختلفة جدًا ، اعتمادًا على الطريقة التي يتم بها دمج هذه الوحدات الأساسية.

إذا أردنا إنشاء تشابه مع الهيكل العظمي البشري ، فإن الهيكل الخلوي يعادل نظام العظام ، بالإضافة إلى الجهاز العضلي.

ومع ذلك ، فهي ليست متطابقة مع العظام حيث يمكن تجميع المكونات وتفكيكها ، مما يسمح بتغيير الشكل وإعطاء مرونة للخلية. مكونات الهيكل الخلوي غير قابلة للذوبان في المنظفات.

المميزات

شكل

كما يوحي اسمها ، فإن الوظيفة "البديهية" للهيكل الخلوي هي توفير الاستقرار والشكل للخلية. عندما يتم دمج الخيوط في هذه الشبكة المعقدة ، فإنها تعطي الخلية خاصية مقاومة التشوه.

بدون هذه البنية ، لن تتمكن الخلية من الحفاظ على شكل معين. ومع ذلك ، فهي بنية ديناميكية (على عكس الهيكل العظمي البشري) تمنح الخلايا خاصية تغيير الشكل.

حركة الخلية وتقاطعاتها

ترتبط العديد من المكونات الخلوية بهذه الشبكة من الألياف المنتشرة في السيتوبلازم ، مما يساهم في ترتيبها المكاني.

فالخلية لا تشبه الحساء بعناصر مختلفة تطفو على غير هدى ؛ كما أنه ليس كيانًا ثابتًا. بل هي عبارة عن مصفوفة منظمة بها عضيات تقع في مناطق محددة ، وتحدث هذه العملية بفضل الهيكل الخلوي.

يشارك الهيكل الخلوي في الحركة. يحدث هذا بفضل البروتينات الحركية. يتحد هذان العنصران ويسمحان بالحركة داخل الخلية.

كما أنه يشارك في عملية البلعمة (عملية تلتقط فيها الخلية جسيمًا من البيئة الخارجية ، والذي قد يكون أو لا يكون طعامًا).

يسمح الهيكل الخلوي للخلية بالاتصال ببيئتها الخارجية ، جسديًا وكيميائيًا. دور الموصل هذا هو ما يسمح بتكوين الأنسجة وتقاطعات الخلايا.

الهيكل والمكونات

يتكون الهيكل الخلوي من ثلاثة أنواع مختلفة من الخيوط: الأكتين ، والخيوط الوسيطة ، والأنابيب الدقيقة.

يُقترح حاليًا مرشح جديد كسلسلة رابعة من القيلة الخلوية: سبتين. يتم وصف كل جزء من هذه الأجزاء بالتفصيل أدناه:

خيوط الأكتين

يبلغ قطر خيوط الأكتين 7 نانومتر. وهي معروفة أيضًا باسم الخيوط الدقيقة. المونومرات التي تتكون منها الخيوط هي جزيئات بالون على شكل.

على الرغم من أنها هياكل خطية ، إلا أنها ليست على شكل "شريط": فهي تدور حول محورها وتشبه الحلزون. وهي مرتبطة بسلسلة من البروتينات المحددة التي تنظم سلوكها (التنظيم والموقع والطول). يوجد أكثر من 150 بروتينًا قادرًا على التفاعل مع الأكتين.

يمكن التمييز بين المتطرفين ؛ أحدهما يسمى زائد (+) والآخر ناقص (-). في هذه النهايات ، يمكن أن ينمو الخيط أو يقصر. تكون البلمرة أسرع بشكل ملحوظ في الطرف الموجب ؛ لكي تحدث البلمرة ، يلزم ATP.

يمكن أن يكون الأكتين أيضًا مونومرًا وخاليًا في العصارة الخلوية. ترتبط هذه المونومرات بالبروتينات التي تمنع بلمرتها.

وظائف خيوط الأكتين

خيوط الأكتين لها دور متعلق بحركة الخلية. إنها تسمح لأنواع مختلفة من الخلايا ، كائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا (على سبيل المثال خلايا جهاز المناعة) ، بالتحرك في بيئاتها.

يشتهر الأكتين بدوره في تقلص العضلات. جنبا إلى جنب مع الميوسين يتجمعون معًا في ساركوميرات. كلا الهيكلين يجعل مثل هذه الحركة المعتمدة على ATP ممكنة.

المتوسطة الشعيرات

يبلغ القطر التقريبي لهذه الخيوط 10 ميكرومتر ؛ ومن هنا جاء اسم "وسيط". قطرها متوسط ​​فيما يتعلق بالمكونين الآخرين للهيكل الخلوي.

يتكون كل خيوط على النحو التالي: رأس على شكل بالون عند الطرف N وذيل مشابه الشكل عند طرف الكربون. ترتبط هذه الأطراف ببعضها البعض من خلال بنية خطية مكونة من حلزونات ألفا.

هذه "الخيوط" لها رؤوس كروية لها خاصية الالتفاف مع خيوط وسيطة أخرى ، مما يؤدي إلى تكوين عناصر متشابكة أكثر سمكًا.

توجد خيوط وسيطة في جميع أنحاء سيتوبلازم الخلية. تمتد إلى الغشاء وغالبًا ما تكون مرتبطة به. توجد هذه الخيوط أيضًا في النواة ، وتشكل بنية تسمى "الصفيحة النووية".

تصنف هذه المجموعة بدورها إلى مجموعات فرعية من الخيوط الوسيطة:

- خيوط الكيراتين.

- خيوط فيمنتين.

- الخيوط العصبية.

- الصفائح النووية.

دور الخيوط الوسيطة

إنها عناصر قوية للغاية ومقاومة. في الواقع ، إذا قارناها مع الخيوط الأخرى (الأكتين والأنابيب الدقيقة) ، فإن الخيوط الوسيطة تكتسب الاستقرار.

بفضل هذه الخاصية ، فإن وظيفتها الرئيسية هي الميكانيكية ، ومقاومة التغيرات الخلوية. توجد بكثرة في أنواع الخلايا التي تعاني من ضغط ميكانيكي مستمر ؛ على سبيل المثال ، في الخلايا العصبية والظهارية والعضلية.

على عكس المكونين الآخرين للهيكل الخلوي ، لا يمكن للخيوط الوسيطة أن تتجمع وتتفكك عند نهاياتها القطبية.

إنها هياكل صلبة (لتكون قادرة على أداء وظيفتها: دعم الخلية والاستجابة الميكانيكية للإجهاد) وتجميع الخيوط هي عملية تعتمد على الفسفرة.

تشكل الخيوط الوسيطة هياكل تسمى ديسموسومات. جنبا إلى جنب مع سلسلة من البروتينات (كاديرين) ، يتم إنشاء هذه المجمعات التي تشكل تقاطعات بين الخلايا.

أنابيب مجهرية

الأنابيب الدقيقة هي عناصر مجوفة. هم أكبر الخيوط التي تشكل الهيكل الخلوي. يبلغ قطر الأنابيب الدقيقة في الجزء الداخلي حوالي 25 نانومتر. الطول متغير تمامًا ، في حدود 200 نانومتر إلى 25 ميكرومتر.

هذه الخيوط لا غنى عنها في جميع الخلايا حقيقية النواة. تظهر (أو تولد) من هياكل صغيرة تسمى الجسيمات المركزية ، ومن هناك تمتد إلى حواف الخلية ، على عكس الخيوط الوسيطة ، التي تمتد في جميع أنحاء البيئة الخلوية.

تتكون الأنابيب الدقيقة من بروتينات تسمى توبولين. Tubulin هو ديمر مكون من وحدتين فرعيتين: α-tubulin و β-tubulin. يتم ربط هذين المونومرين بواسطة روابط غير تساهمية.

واحدة من أكثر خصائصه صلة هي القدرة على النمو والتقصير ، كونها هياكل ديناميكية تمامًا ، كما هو الحال في خيوط الأكتين.

يمكن تمييز طرفي الأنابيب الدقيقة عن بعضهما البعض. لهذا السبب يقال أن هناك "قطبية" في هذه الخيوط. في كل من الطرفين - يسمى موجب p وسالب أو سلبي - تحدث عملية التجميع الذاتي.

تؤدي عملية تجميع الخيوط وتدهورها إلى ظهور ظاهرة "عدم الاستقرار الديناميكي".

وظيفة الأنابيب الدقيقة

يمكن أن تشكل الأنابيب الدقيقة هياكل متنوعة للغاية. يشاركون في عمليات انقسام الخلايا ، وتشكيل المغزل الانقسامي. تساعد هذه العملية كل خلية ابنة في الحصول على عدد متساوٍ من الكروموسومات.

كما أنها تشكل الزوائد الشبيهة بالسوط المستخدمة في حركة الخلايا ، مثل الأهداب والسوط.

تعمل الأنابيب الدقيقة كمسارات أو "طرق سريعة" تتحرك فيها البروتينات المختلفة التي لها وظائف نقل. تصنف هذه البروتينات إلى عائلتين: كينيسين وداينينز. يمكنهم السفر لمسافات طويلة داخل الخلية. يتم النقل عبر مسافات قصيرة بشكل عام على الأكتين.

هذه البروتينات هي "المشاة" في طرق الأنابيب الدقيقة. تشبه حركتها إلى حد بعيد المشي على الأنابيب الدقيقة.

يشمل النقل حركة أنواع مختلفة من العناصر أو المنتجات ، مثل الحويصلات. هذه العملية معروفة في الخلايا العصبية لأن الناقلات العصبية يتم إطلاقها في الحويصلات.

تشارك الأنابيب الدقيقة أيضًا في تعبئة العضيات. على وجه الخصوص ، يعتمد جهاز جولجي والشبكة الداخلية على هذه الخيوط لاتخاذ موقعها الصحيح. في غياب الأنابيب الدقيقة (في الخلايا المتحولة تجريبيًا) ، تغير هذه العضيات موقعها بشكل ملحوظ.

الآثار الأخرى للهيكل الخلوي

في البكتيريا

في الأقسام السابقة ، تم وصف الهيكل الخلوي لحقيقيات النوى. تمتلك بدائيات النوى أيضًا بنية مماثلة وتحتوي على مكونات مماثلة للألياف الثلاثة التي تشكل الهيكل الخلوي التقليدي. يضاف إلى هذه الخيوط واحدة تنتمي إلى البكتيريا: مجموعة MinD-ParA.

تتشابه وظائف الهيكل الخلوي في البكتيريا تمامًا مع الوظائف التي تؤديها في حقيقيات النوى: الدعم ، وانقسام الخلايا ، والحفاظ على شكل الخلية ، من بين أمور أخرى.

في السرطان

سريريًا ، ارتبطت مكونات الهيكل الخلوي بالسرطان. نظرًا لأنهم يتدخلون في عمليات الانقسام ، فإنهم يعتبرون "أهدافًا" لفهم ومهاجمة تطور الخلايا غير المنضبط.

المراجع

1. ألبرتس ، بي ، براي ، دي ، هوبكين ، ك ، جونسون ، إيه ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… و والتر ، بي (2013). بيولوجيا الخلية الأساسية. علوم جارلاند.
2. فليتشر ، DA ، & Mullins ، RD (2010). ميكانيكا الخلية والهيكل الخلوي. الطبيعة، 463 (7280) ، 485-492.
3. هول ، أ. (2009). الهيكل الخلوي والسرطان. مراجعات السرطان والورم الخبيث ، 28 (1-2) ، 5-14.
4. موسلي ، جي بي (2013). عرض موسع للهيكل الخلوي حقيقيات النوى. البيولوجيا الجزيئية للخلية، 24 (11) ، 1615-1618.
5. مولر-إسترل ، و. (2008). الكيمياء الحيوية. أساسيات الطب وعلوم الحياة. أنا عكس.
6. شيه ، واي إل ، وروثفيلد ، إل (2006). الهيكل الخلوي البكتيري. مراجعات علم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا الجزيئية ، 70 (3) ، 729-754.
7. سيلفرثورن دي ، يو (2008). فسيولوجيا الإنسان ، نهج متكامل. عموم أمريكا الطبية. الطبعة الرابعة. بكالوريوس As.
8. سفيتكينا ، ت. (2009). تصوير مكونات الهيكل الخلوي بالمجهر الإلكتروني. في طرق وبروتوكولات الهيكل الخلوي (ص 187 - 06). مطبعة هيومانا.