الغشاء البلازمي: التركيب الكيميائي والوظيفة الحيوية

plasma membrane chemistry

الغشاء البلازمي ذو أهمية حيوية بالغة، تنشأ عن التركيب الكيميائي له والذي يمكنه من الوظائف الحيوية، والتي من أهمها عملية التوازن المائي.

يعتبر الغشاء البلازمي سمة أساسية للخلايا الحية. فهو يرسم لها حدودها ويعطيها هويتها المميزة. وهو ليس بحاجز جامد ذو بنية متزمتة، بل يتميز بديناميكيته المرنة الناشئة عن التركيب الكيميائي الفسيفسائي المتناوب بين الدهون والبروتينات المكونة للغشاء البلازمي. والتي تعطي للغشاء البلازمي أهمية حيوية تتمثل بقدرته على أداء عدد من الوظائف الحيوية مثل الحفاظ على التوازن المائي بين داخل الخلية وخارجها.


الأهمية الحيوية للغشاء البلازمي

الأهمية الحيوية للغشاء البلازمي
الأهمية الحيوية للغشاء البلازمي

الأغشية عبارة عن هياكل ديناميكية عالية السيولة. حيث تشكل أغشية البلازما حجرات مغلقة حول الأنظمة الخلوية لتحديد حدود الخلية. لذلك يمتلك غشاء البلازما نفاذية انتقائية ليعمل كحاجز، وبالتالي يحافظ على الاختلافات في التركيب بين داخل الخلية وخارجها.

خاصية النفوذية الانتقائية

 تتمثل الأهمية الحيوية للغشاء البلازمي بتوفير النفاذية الانتقائية للركائز والأيونات بعدة طرق، فبشكل أساسي تجرى هذه العملية بواسطة بروتينات محددة تسمى الناقلات والقنوات الأيونية.  كما تكمن الأهمية الحيوية للغشاء البلازمي بالقيام بتبادل المواد مع البيئة خارج الخلية عن طريق الإفراز الخلوي والالتقام الخلوي ، كذلك هناك مناطق خاصة من تقاطعات بينية في الفجوة الفاصلة بين الأغشية والتي من خلالها تتبادل الخلايا المجاورة المواد مع بعضها.  

الوظائف الحيوية للغشاء البلازمي

 تلعب الوظائف الحيوية للغشاء البلازمي أدوارًا رئيسية في تفاعلات الخلية الخلوية وفي إرسال الإشارات عبر الغشاء.  تشكل الأغشية أيضًا حجرات متخصصة داخل الخلية.  تساعد هذه الأغشية داخل الخلايا في تشكيل العديد من الهياكل المميزة شكليًا (العضيات) ، على سبيل المثال:

  • الميتوكوندريا.
  • ER.
  • الشبكة الساركوبلازمية.
  • مركبات جولجي.
  • الحبيبات الإفرازية.
  • الجسيمات الحالة.
  • الغشاء النووي.

ويمكن تلخيص الوظائف الحيوية للغشاء البلازمي، في النقاط التالية:

  • تعمل الأغشية على توطين الإنزيمات
  • تعمل الأغشية كعناصر متكاملة في اقتران الاستثارة والاستجابة
  • توفر الأغشية مواقع لنقل الطاقة، كما هو الحال في التمثيل الضوئي والفسفرة التأكسدية

الانعكاسات الناشئة عن تغيرات بنية الغشاء

إن التغييرات في بنية الغشاء (على سبيل المثال ، بسبب نقص التروية) يمكن أن تؤثر على توازن الماء _ وهي عملية ذات أهمية حيوية بالغة_ وتدفق الأيونات وبالتالي على كل عملية داخل الخلية.  تؤدي أوجه القصور أو التغييرات المحددة في مكونات معينة من الغشاء (على سبيل المثال بسبب الطفرات الجينية التي تشفر بروتينات الغشاء) إلى مجموعة متنوعة من الأمراض. ويمكن الإيجاز بأن الوظائف الحيوية الطبيعية تعتمد على الأغشية الطبيعية.

اقرأ أيضا: الهيدروجين في الحياة


الغشاء البلازمي والتوازن المائي 

التوازن المائي في الغشاء البلازمي
التوازن المائي في الغشاء البلازمي

إن الحفاظ على التوازن المائي داخل وخارج الخلايا أمر بالغ في الأهمية الحيوية، فالماء أساس الحياة، بحيث أن التفاعلات الإنزيمية والعمليات الخلوية وتحت الخلوية وما إلى ذلك من الوظائف الحيوية مهيئة لتعمل في البيئة المائية. 

أهمية الأغشية لخلايا الثديات

بما أن الثدييات تعيش في بيئة غازية، فلنا أن نتساءل عن كيفية الحفاظ على الحالة المائية؟  تحقق الأغشية ذلك عن طريق استيعاب مياه الجسم وتقسيمها. ليتجلى لنا أن أحد أهم الوظائف الحيوية للغشاء البلازمي أن يحافظ على التوازن المائي بين الخلية والبيئة المحيطة بها.

الماء الداخلي للجسم مقسم إلى أجزاء ، بحيث يشكل الماء حوالي 60٪ من كتلة الجسم النحيل من جسم الإنسان ويتم توزيعه في جزأين كبيرين:

السائل داخل الخلايا 

 يشكل هذا الحيز ثلثي إجمالي ماء الجسم ويوفر بيئة متخصصة للخلية، بحيث تقوم بوظائفها في جو من التوازن المائي. 

السائل خارج الخلية 

تحتوي هذه الحجرة على حوالي ثلث إجمالي ماء الجسم ويتم توزيعها بين البلازما والأجزاء الخلالية. حيث أن السائل خارج الخلية يعمل كنظام للتوصيل.  يجلب إلى الخلايا المغذيات (مثل الجلوكوز والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية) والأكسجين والأيونات المختلفة والمعادن النزرة ومجموعة متنوعة من الجزيئات التنظيمية (الهرمونات) التي تنسق الوظائف، كما أنه يعمل على تصيف ثاني أكسيد الكربون، ونفايات المنتجات والمواد السامة.

اقرأ أيضا: تركيب العين وتشريحها


الاختلافات على جانبي الغشاء البلازمي

التركيب الكيميائي للغشاء البلازمي
التركيب الكيميائي للغشاء البلازمي

تختلف التركيبات الأيونية للسوائل داخل الخلايا وخارج الخلايا اختلافًا كبيرًا، البيئة الداخلية غنية بلكالسيوم والمغنسيوم، والفوسفات الذي يعتبر كأنيون الرئيسي. يتميز السائل خارج الخلية بمحتوى عالٍ من الصوديوم والكالسيوم والذي يعتبر أنيون رئيسي، كما يلاحظ أيضًا أن تركيز الجلوكوز أعلى في السائل خارج الخلية منه في الخلية. بينما العكس هو الصحيح بالنسبة للبروتينات. فهذه الاختلافات مهمة لاستمرار التبادل المواد على جانبي الغشاء مما يضمن بقاء الخلية في حركة دائمة.


التركيب الكيميائي للغشاء البلازمي 

الأغشية عبارة عن هياكل معقدة تتكون من الدهون والبروتينات والكربوهيدرات.  للأغشية الخلوية المختلفة تركيبات مختلفة، كما ينعكس هذا الاختلاف على النسبة بين البروتين إلى الدهون. مما يعني أن نسبة الدهن إلى البروتين ليس ثابتة. هذا ليس مفاجئًا ، نظرًا لوظائفها المتباينة.  الأغشية عبارة عن هياكل مغلقة شبيهة بالصفائح. التركيب الكيميائي للغشاء البلازمي عبارة عن طبقة ثنائية من الدهون غير متماثلة مع أسطح داخلية وخارجية مميزة.  هذه الهياكل الشبيهة بالصفائح عبارة عن تجمعات غير تساهمية تتشكل تلقائيًا في الماء بسبب الطبيعة ( النافرة من الماء) للدهون.  كما تم الكشف عن التركيب الكيميائي لعدد من البروتينات المكونة للغشاء البلازمي، حيث أنها تؤدي وظائف محددة.

الدهون الرئيسية في أغشية الثدييات

  •  الفوسفوليبيدات.
  •  الجليكوسفينجوليبيد.
  • الكوليسترول.

الدهون البرمائية في الغشاء البلازمي

التركيب الكيميائي للدهون الغشائية يخلق لها طبيعة مزدوجة، بحيث أن جميع الدهون الرئيسية في الأغشية تحتوي على مناطق كارهة للماء ومحبة للماء. وبالتالي يطلق عليها اسم البرمائيات. وذلك يعني أنه إذا تم فصل المنطقة الكارهة للماء عن باقي الجزيء، فستكون غير قابلة للذوبان في الماء ولكنها قابلة للذوبان في الزيت.  على العكس من ذلك، إذا تم فصل المنطقة المحبة للماء عن باقي الجزيء ، ستكون غير قابلة للذوبان في الزيت ولكنها قابلة للذوبان في الماء. فمجموعات الرأس القطبية من الفسفوليبيدات ومجموعة الهيدروكسيل للكوليسترول تتفاعل مع البيئة المائية وتحبها.

الذيول المستقيمة والملتوية لدهون الغشاء

الأحماض الدهنية المشبعة لها ذيول مستقيمة. بينما للأحماض الدهنية غير المشبعة ذيولًا ملتوية. مع إدخال المزيد من مكامن الخلل في الذيول ، يصبح الغشاء أقل إحكامًا وبالتالي يصبح أكثر مرونة. 


الغشاء البلازمي وهيكله الدهني

توفر الطبقة الثنائية المغلقة واحدة من أهم الخصائص الأساسية للأغشية. فهي غير منفذة لمعظم الجزيئات القابلة للذوبان في الماء، لأن ذلك سيجعلها غير قابلة للذوبان في الصفيحة الكارهة للماء من للطبقة الثنائية.  تتكون طبقات ثنائية الدهن بالتجميع الذاتي. مدفوعة بتأثير كاره للماء.

المواد العابرة للغشاء البلازمي

  تنتشر غازات مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وجزيئات النيتروجين الصغيرة مع القليل من التفاعل مع الذوبان بسهولة عبر مناطق الغشاء الكارهة للماء.  تعبر ثلاثة إلكتروليتات (Na ، K ، و CI) الطبقة الثنائية بشكل أبطأ بكثير من الماء. بشكل عام ، ترتبط معاملات نفاذية جزيئات في طبقة ثنائية دهنية بقابليتها للذوبان في المذيبات غير القطبية. على سبيل المثال ، المنشطات أكثر  اجتياز طبقة الدهون الثنائية بسهولة مقارنة بالإلكتروليتات. يعتبر معامل النفاذية المرتفع للماء نفسه مفاجئًا ولكن يُفسَّر جزئيًا بصغر حجمه وقلة شحنته نسبيًا. العديد من الأدوية كارهة للماء ويمكنها عبور الأغشية بسهولة ودخول الخلايا. 

المواد غير العابرة للغشاء البلازمي 

 كيف يتم الحفاظ على تدرجات تركيز الغشاء للجزيئات غير القابلة للذوبان في الدهون؟ ذاك من خلال أن الأغشية تحتوي على بروتينات ، يتم إدخال العديد منها في طبقة ثنائية الدهون في اتجاهات فريدة. تشكل هذه البروتينات قنوات للحركة  من الأيونات والجزيئات الصغيرة وتعمل كناقلات للجزيئات الأكبر التي لا يمكن أن تعبر الطبقة الثنائية.

اقرأ أيضا: قائمة بأهم أنواع الكيمياء وأهم استخدامات علم الكيمياء


طبيعة بروتينات الغشاء البلازمي

ترتبط بروتينات الغشاء بغشاء الليبيد ثنائي الطبقة، بحيث تعمل الفسفوليبيدات كمذيب لبروتينات الغشاء، مما يخلق بيئة يمكن أن مناسبة لعمل البروتينات. لذلك فإن التركيب الحلزوني للبروتينات يقلل من الطابع المحب للماء للروابط الببتيدية.  وبالتالي ، يمكن أن تكون البروتينات برمائية وتشكل جزءًا لا يتجزأ من الغشاء من خلال وجود مناطق محبة للماء بارزة في الوجوه الداخلية والخارجية للغشاء ولكنها متصلة عن طريق منطقة كارهة للماء تعبر النواة الكارهة للماء للطبقة الثنائية.  في الواقع ، تلك الأجزاء من بروتينات الغشاء التي تعبر الأغشية تحتوي بالفعل على أعداد كبيرة من الأحماض الأمينية المائيّة ولها محتوى حلزوني عالٍ بشكل دائم تقريبًا.   

الصور الوظيفية الفعالة للبروتينات

البروتينات هي الجزيئات الوظيفية الرئيسية للأغشية وتأخذ صورا متوافقة مع وظائفها، مثل:

  • الإنزيمات.
  • المضخات.
  • القنوات.
  • دعائم هيكلية.
  • المستضدات.
  • المستقبلات الجزيئية.
  نظرًا لأن كل غشاء يمتلك مجموعة مختلفة من البروتينات ، فلا يوجد شيء اسمه بنية غشاء نموذجية.

الغشاء البلازمي وديناميكيته

هناك مؤشرات تشي بالطبيعة الديناميكية للأغشية وهو أن مجموعة متنوعة من الدراسات أظهرت أن الدهون وبعض البروتينات تظهر انتشارًا جانبيًا في مستوى أغشيتها.  لا تظهر بعض البروتينات انتشارًا جانبيًا لأنها مرتبطة بالهيكل الخلوي الأساسي للأكتين.  في المقابل ، فإن الحركة العرضية للدهون عبر الغشاء بطيئة للغاية ، ولا تحدث على الإطلاق في حالة بروتينات الغشاء. مما يعني أن للغشاء طبيعة ديناميكية مرنة.


السطح الداخلي والخارجي للغشاء البلازمي

الأغشية هي هياكل غير متماثلة البروتينات لها اتجاهات فريدة في الأغشية ، مما يجعل الأسطح الخارجية مختلفة عن الأسطح الداخلية.  يتم توفير عدم تناسق داخلي – خارجي أيضًا من خلال الموقع الخارجي للكربوهيدرات المرتبطة ببروتينات الغشاء.  بالإضافة إلى ذلك ، توجد بروتينات معينة حصريًا على الجوانب الخارجية أو داخل الأغشية ، كما هو الحال في أغشية الميتوكوندريا والبلازما. 

الاختلافات بين سطحي الغشاء البلازمي

هناك تغايرات إقليمية في الأغشية.  بعضها ، كما يحدث عند الحدود الزغبية للخلايا المخاطية ، يكاد يكون مرئيًا بشكل مجهري.  البعض الآخر ، مثل تلك الموجودة عند تقاطعات الفجوة ، والتقاطعات الضيقة ، والمشابك ، يشغلون مناطق أصغر بكثير من الغشاء ويولدون تباينات محلية أصغر في المقابل.  يوجد أيضًا عدم تناسق داخلي وخارجي (عرضي) للفوسفوليبيدات.  توجد الفوسفوليبيدات المحتوية على مادة الكولين (فسفاتيديل كولين وسفينجوميلين) بشكل أساسي في الطبقة الجزيئية الخارجية،  بينما توجد في الطبقة الداخلية الأمينوفوسفوليبيدات. ، فلا بد أن يكون هناك حركة عرضية محدودة (قلاب) للفوسفوليبيدات الغشائية.


تتمثل الأهمية الحيوية للغشاء البلازمي بقدرته على أداء عدد من الوظائف الحيوية وذلك من خلال التركيب الكيميائي الذي يميزه، بحيث يعتمد على الدهون كهيكل أساسي حاجز يحافظ على التوازن المائي. على أساسه تعتمد المرونة الخلوية. بينما يعتمد على البروتينات في الوظائف التخصصية. فتتميز الخلايا عن بعضها بنوعية البروتينات الداخلة في تركيب الغشاء

فهرس على قوقل نيوز

تابعنا الأن