الهيكل الخلوي: الخصائص والوظائف والبنية والمكونات
الهيكل الخلوي عبارة عن هيكل خلوي يتكون من خيوط. يتم تفريقه من خلال السيتوبلازم ووظيفته هي الدعم بشكل رئيسي ، للحفاظ على الهندسة المعمارية والشكل الخلوي. هيكليا يتكون من ثلاثة أنواع من الألياف ، مصنفة حسب حجمها.
هذه هي ألياف الأكتين والخيوط الوسيطة والأنابيب الدقيقة. كل واحد يمنح خاصية محددة للشبكة. الداخلية الخلوية هي بيئة حيث يحدث النزوح وعبور المواد. يتوسط الهيكل الخلوي هذه الحركات داخل الخلايا.
على سبيل المثال ، العضيات - مثل الميتوكوندريا أو جهاز Golgi - ثابتة في بيئة الخلية ؛ ينتقلون باستخدام الهيكل الخلوي كطريق.
على الرغم من أن الهيكل الخلوي يسود بوضوح في الكائنات حقيقية النواة ، فقد تم الإبلاغ عن وجود بنية مماثلة في بدائيات النوى.
الخصائص العامة
الهيكل الخلوي عبارة عن هيكل ديناميكي للغاية يمثل "سقالة جزيئية". الأنواع الثلاثة من الشعيرات التي تشكلها هي وحدات متكررة يمكنها تكوين 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 العظم ، بالإضافة إلى النظام العضلي.
ومع ذلك ، فهي ليست متطابقة مع العظم حيث يمكن تجميع المكونات وتفككها ، مما يسمح بتغيير الشكل ويعطي اللدونة للخلية. مكونات الهيكل الخلوي ليست قابلة للذوبان في المنظفات.
وظائف
شكل
كما يوحي الاسم ، فإن الوظيفة "البديهية" للهيكل الخلوي هي توفير الاستقرار وتشكيل الخلية. عندما يتم دمج الشعيرات في هذه الشبكة المعقدة ، فإنها تمنح الخلية خاصية مقاومة التشوه.
بدون هذه البنية ، لن تكون الخلية قادرة على الحفاظ على شكل معين. ومع ذلك ، فهي بنية ديناميكية (على عكس الهيكل العظمي البشري) التي تعطي الخلايا خاصية لتغيير الشكل.
حركة وتقاطع الخلايا
ترتبط العديد من المكونات الخلوية بهذه الشبكة من الألياف المشتتة في السيتوبلازم ، مما يساهم في الترتيب المكاني لها.
لا تشبه الخلية مرقًا به عناصر مختلفة تطفو على السطح ؛ ولا هو كيان ثابت. على العكس من ذلك ، إنها مصفوفة منظمة مع العضيات الموجودة في مناطق محددة ، وتحدث هذه العملية بفضل الهيكل الخلوي.
الهيكل الخلوي متورط في الحركة. يحدث هذا بفضل البروتينات الحركية. الجمع بين هذين العنصرين والسماح التشريد داخل الخلية.
وتشارك أيضًا في عملية البلعمة (العملية التي تلتقط فيها الخلية جسيمًا من البيئة الخارجية ، والتي قد تكون أو لا تكون غذاء).
يسمح الهيكل الخلوي بتوصيل الخلية ببيئتها الخارجية ، ماديًا وكيميائيًا. دور الموصل هو ما يسمح بتكوين الأنسجة وتقاطعات الخلايا.
هيكل ومكونات
يتكون الهيكل الخلوي من ثلاثة أنواع مختلفة من خيوط: الأكتين ، خيوط وسيطة وأنابيب دقيقة.
في الوقت الحالي ، يُقترح مرشح جديد كخانة رابعة من الهيكل الخلوي: septina. فيما يلي وصف لكل جزء من هذه الأجزاء بالتفصيل:
خيوط الأكتين
خيوط الأكتين يبلغ قطرها 7 نانومتر. ومن المعروف أيضا باسم microfilaments. المونومرات المكونة للخيوط هي جزيئات على شكل بالون.
على الرغم من أنها هياكل خطية ، إلا أنها لا تملك شكل "شريط": فهي تدور حول محورها وتشبه المروحة. إنها مرتبطة بسلسلة من البروتينات المحددة التي تنظم سلوكها (التنظيم ، الموقع ، الطول). هناك أكثر من 150 بروتينات قادرة على التفاعل مع الأكتين.
يمكن التمييز بين الأطراف. يسمى واحد زائد (+) والآخر ناقص (-). بهذه الظواهر المتطرفة ، يمكن أن تنمو الشعيرة أو تقصر. البلمرة هي أسرع بشكل ملحوظ على الأكثر تطرفا ؛ من أجل حدوث البلمرة ، مطلوب ATP.
يمكن أن يكون الأكتين أيضًا مونومر ويكون حراً في العصارة الخلوية. ترتبط هذه المونومرات بالبروتينات التي تمنع البلمرة.
وظائف خيوط الأكتين
خيوط الأكتين لها دور في حركة الخلية. إنها تسمح لأنواع مختلفة من الخلايا ، ككائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا (مثال على ذلك خلايا الجهاز المناعي) ، بالتحرك في بيئاتها.
الأكتين معروف لدوره في تقلص العضلات. جنبا إلى جنب مع الميوسين يتم تجميعها في ساركوميرس. كلا الهيكلين يجعل هذه الحركة المعتمدة على ATP ممكنة.
خيوط وسيطة
القطر التقريبي لهذه الشعيرات هو 10 ميكرون. ومن هنا جاء اسم "الوسيط". قطرها متوسط فيما يتعلق بالمكونين الآخرين في الهيكل الخلوي.
كل خيوط مبنية على النحو التالي: رأس على شكل بالون في الطرف N وذيل له شكل مماثل في الكربون الطرفي. ترتبط هذه النهايات ببعضها البعض بواسطة هيكل خطي يتكون من هيلات ألفا.
هذه "الحبال" لها رؤوس كروية لها خاصية اللف مع خيوط وسيطة أخرى ، مما يخلق عناصر متداخلة أكثر سمكًا.
وتقع خيوط وسيطة في جميع أنحاء السيتوبلازم الخلية. إنها تمتد إلى الغشاء وغالبًا ما ترتبط به. توجد هذه الشعيرات أيضًا في النواة ، وتشكل بنية تسمى "الصفيحة النووية".
تم تصنيف هذه المجموعة في مجموعات فرعية ذات فتيلة وسيطة:
- خيوط القرتين.
- شعيرات الفيمنتين.
- الأعصاب.
- لوحات النووية.
وظيفة خيوط وسيطة
فهي عناصر قوية للغاية ومقاومة. في الواقع ، إذا قارناها مع خيوط أخرى (الأكتين و microtubules) ، فإن خيوط وسيطة كسب الاستقرار.
بفضل هذه الخاصية ، وظيفتها الرئيسية هي الميكانيكية ، ومقاومة التغييرات الخلوية. تم العثور عليها بكثرة في أنواع الخلايا التي تعاني من الإجهاد الميكانيكي المستمر. على سبيل المثال ، في الخلايا العصبية ، الظهارية والعضلية.
على عكس المكونين الآخرين من الهيكل الخلوي ، لا يمكن تجميع الخيوط الوسيطة والتخلص منها عند نهايتها القطبية.
وهي هياكل صلبة (لتكون قادرة على أداء وظيفتها: الدعم الخلوي والاستجابة الميكانيكية للإجهاد) وتجميع الخيوط هي عملية تعتمد على الفسفرة.
وتشكل الخيوط الوسيطة هياكل تسمى الديزموسومات. جنبا إلى جنب مع سلسلة من البروتينات (الكادرين) ، يتم إنشاء هذه المجمعات التي تشكل الروابط بين الخلايا.
ميكروتثبول
الأنابيب الدقيقة هي عناصر مجوفة. إنها أكبر الشعيرات التي تشكل الهيكل الخلوي. قطر الأنابيب الدقيقة في الجزء الداخلي لها حوالي 25 نانومتر. طول متغير تماما ، في حدود 200 نانومتر إلى 25 ميكرون.
هذه الخيوط لا غنى عنها في جميع الخلايا حقيقية النواة. تنشأ (أو تولد) من هياكل صغيرة تسمى النواة المركزية ، ومن هناك تمتد إلى حواف الخلية ، على عكس الخيوط الوسيطة ، التي تمتد في جميع أنحاء البيئة الخلوية.
تتشكل الأنابيب الدقيقة بواسطة بروتينات تسمى الأنابيب. Tubulin هو dimer يتكون من وحدتين فرعيتين: α-tubulin و β-tubulin. يرتبط هذان المونومرات بروابط غير تساهمية.
واحدة من أهم خصائصها هي القدرة على النمو والتقصير ، كونها هياكل ديناميكية تمامًا ، كما في خيوط الأكتين.
يمكن التمييز بين طرفي الأنابيب الدقيقة عن بعضها البعض. لذلك يقال أنه في هذه الشعيرات هناك "قطبية". في كل نهاية تسمى أكثر إيجابية وأقل أو سلبية ، تحدث عملية التجميع الذاتي.
تؤدي عملية التجميع وتدهور الشعيرة إلى ظهور ظاهرة "عدم الاستقرار الديناميكي".
وظيفة الأنابيب الدقيقة
يمكن أن تشكل الأنابيب الدقيقة هياكل متنوعة للغاية. يشاركون في عمليات انقسام الخلايا ، وتشكيل المغزل الانقسام. هذه العملية تساعد كل خلية ابنة لديها عدد متساو من الكروموسومات.
كما أنها تشكل الزوائد الشبيهة بالسياط المستخدمة لتنقل الخلايا ، مثل الأهداب والسوط.
تعمل الأنابيب الدقيقة كالممرات أو "الطرق" التي تتحرك فيها البروتينات المختلفة التي لها وظيفة النقل. تصنف هذه البروتينات إلى عائلتين: كينيسين ودينين. يمكنهم السفر لمسافات طويلة داخل الخلية. يتم إجراء النقل عبر مسافات قصيرة عادة على الأكتين.
هذه البروتينات هي "المشاة" للطرق التي تشكلها الأنابيب المجهرية. حركتها تشبه إلى حد بعيد المشي على الأنبوب الصغير.
ينطوي النقل على حركة أنواع مختلفة من العناصر أو المنتجات ، مثل الحويصلات. في الخلايا العصبية هذه العملية معروفة جيدًا لأن الناقلات العصبية يتم إطلاقها في الحويصلات.
تشارك الأنابيب الدقيقة أيضًا في تعبئة العضيات. على وجه الخصوص ، يعتمد جهاز جولجي والشبكة الإندوسبلازمية على هذه الشعيرات لاتخاذ موقفها الصحيح. في غياب الأنابيب الدقيقة (في الخلايا المتحولة تجريبيا) ، فإن هذه العضيات تغير موقفها بشكل ملحوظ.
الآثار الأخرى للهيكل الخلوي
في البكتيريا
في الأقسام السابقة تم وصف الهيكل الخلوي لخلايا حقيقية النواة. تشتمل بدائيات النوى أيضًا على هيكل مشابه وله مكونات مماثلة للألياف الثلاثة التي تشكل الهيكل الخلوي التقليدي. تضاف إلى هذه الخيوط واحدة خاصة بها للبكتيريا: مجموعة MinD-ParA.
تتشابه وظائف الهيكل الخلوي في البكتيريا تمامًا مع الوظائف التي تؤديها في حقيقيات النوى: الدعم ، تقسيم الخلايا ، صيانة شكل الخلية ، من بين أشياء أخرى.
في السرطان
سريريا ، ارتبطت مكونات الهيكل الخلوي بالسرطان. نظرًا لأنها تتدخل في عمليات التقسيم ، فإنها تعتبر "أهدافًا" لتكون قادرة على فهم ومهاجمة نمو الخلايا غير المنضبط.
