غشای سلولی، دیواری قابل اعتماد

غشای سلولی (Cell Membarane) که به آن غشای پلاسمایی (Plasma Membrane) هم گفته می‌شود به عنوان یک سد نیمه نفوذ ناپذیر (Semi-Permeable)، بوده و سلول را از محیط اطرافش جدا می‌کند؛ همچنین این غشای سلولی در نقل و انتقال ترکیبات مختلف مثل ماکرومولکول‌ها (درشت مولکول‌ها) و یون‌ها به داخل و خارج سلول نقش اساسی دارد.

گفتنی است که سلول‌های گیاهی و همچنین مخمرها و باکتری‌ها برخلاف سلول‌های جانوری، علاوه بر غشای سلولی، ساختار محکمی به اسم دیواره سلولی (Cell Wall) دارند که در جداسازی فضای داخلی سلول از محیط نقش داشته و از سلول در برابر فشارهای محیطی حفاظت می‌کند.

بیشتر بخوانید: با انواع سلول عصبی آشنا شوید

غشای سلولی چیست؟

غشای سلولی همچون پوشش دولایه‌ای است که دور تا دورسلول قرار دارد که مواد مهم را حفظ و ترکیبات سمی را از سلول دور نگه می‌دارد. به عبارت دیگر در حفظ تعادلِ مواد بین سلول و محیط نقش داشته و همچنین وظیفه‌ی کنترل سیگنال‌های بیوشیمیایی و جریان مواد غذایی را بر عهده دارد.

فسفولیپید (Phospholipid) که بیشترین مولکول‌های غشا را تشکیل می‌دهد در دولایه قرار گرفته و در پایداری غشا موثراند. پس از فسفولیپیدها، پروتئین‌ها در غشای سلولی نقش مهمی دارند زیرا در بسیاری از نقل و انتقالات نقش داشته و مسیر تردد بسیاری از مولکول‌ها برای عبور از غشای سلولی هستند.

نقش غشای سلولی آنقدر مهم است که اختلال در عملکرد انتقالی آن می‌تواند منجر به بیماری شود. به طور مثال، بیماری نورون‌های حرکتی (Motor Neuron Disease) به دلیل ناتوانی سلول‌های ماهیچه‌ای در تحریک و بازکردن کانال‌ها و اختلال در عملکرد طبیهی کانال‌های غشای سلول ماهیچه‌ای به وجود می‌آید.

از جمله نقش‌های مهم دیگر غشای سلولی می‌توان به سازماندهی سلول‌های منفرد برای ایجاد بافت‌ها اشاره کرد. همچنین اتصال برخی ترکیبات به لایه خارجی غشا باعث تغییر، خاموش یا فعال شدن برخی از عملکردهای درون سلولی می‌شود. انتقال از طریق غشای سلولی در تسهیل فرآیندهای فیزیولوژیکی مثل ضربان قلب در حیوانات و یا بازشدن روزنه‌های برگ در گیاهان به جهت تبادل گاز با محیط موثر است.

ساختار غشای سلولی

ساختار غشای سلولی در تمام سلول ها یکسان است اما ترکیبات تشکیل دهنده‌ی آن در هر سلول متفاوت است. ترکیبات اصلی در ساختمان غشای سلولی فسفولیپیدها، پروتئین‌ها، کلسترول و ترکیبات کربوهیدراتی هستند که تمامی این ترکیبات در غشای سلول به گونه‌ای است که به غشای سلولی ساختمانی نیمه نفوذ پذیر با انعطاف پذیری بالا داده است. این ساختمان وظیفه ارتباط سلول با محیط و انتقال ترکیبات مورد نیاز سلول را بر عهده دارد.

مهم‌ترین قسمت تشکیل دهنده‌ی غشای سلولی، فسفولیپیدها هستند که دارای یک سر آب‌دوست و دو دم آب‌گریز هستند. این مولکول‌ها سرتاسر غشای سلولی را پوشش داده و در دولایه قرار گرفته‌اند، به طوری که دو دم آب‌گریز آن‌ها به سمت داخلی دولایه و چسبیده به هم، و سرهای آب‌دوست آن‌ها به سمت داخل و خارج سلول قرار دارند.

لیپیدها

لیپیدها از ترکیبات اصلی ساختمان غشای سلولی هستند که 3 نوع آن بیش‌ترین فراوانی را در غشای سلولی داشته که در ادامه به توضیح هریک از آن‌ها می‌پردازیم:

1- فسفولیپیدها

2- گلیکولیپیدها

3- مولکول‌های کلسترول

فسفولیپید

فسفولیپید مولکولی است که دارای یک سر آب‌دوست و دو دم آبگریز است که در واقع سر آب دوست آن قطبی (یک گروه فسفات با بار منفی) و دم آبگریز آن ، قسمت غیر قطبی (دو زنجیر اسید چرب) است.

به دلیل وجود قسمت‌های قطبی و غیرقطبی در مولکول‌های فسفولیپید، به آن‌ها مولکول‌های آمفی پاتیک (Amphipathic) گفته می‌شود. خاصیت آمفی پاتیک به مولکول‌های فسفولیپید کمک می کند تا در صورت قرار گیری در محیط‌های آبی، به طور طبیعی ساختارهای سه بعدی دولایه تشکیل دهند که ساختمان اصلی غشای سلولی نیز این گونه ساخته می‌شود.

با بررسی دقیق‌ترِ بیوشیمیِ مولکول‌های فسفولیپید می‌توان به جواب این سوال که: چرا فسفولیپیدها دولایه هستند؟ دست یافت.

در صورت قرارگیری دو مولکول فسفولیپید در محیط آبی، تمایل به اتصال دو مولکول فسفولیپید از طریق دم‌های آب‌گریز در آن‌ها زیاد می‌شود، بنابراین در صورت افزایش تعداد، مولکول‌های فسفولیپید در کنار هم قرار گرفته و صفحات طویل دولایه‌ای را می‌سازند که با اتصال دو سمت آن به یکدیگر، ساختاری کروی شکل (بنیاد غشای سلولی) را تشکیل می‌دهند.

گلیکولیپیدها

منظور از گلیکولیپیدها ترکیباتی هستند که از کربوهیدرات به همراه لیپید ساخته شده و این دو نوع مولکول از طریق پیوندهای کوالانسی به یکدیگر اتصال می‌یابند.

گلیکولیپیدها در ارتباطات سلولی به عنوان گیرنده عمل کرده، پروتئین‌ها را به دام می‌اندازند؛ همچنین این مولکول‌ها بیشتر در سطح بیرونی غشای سلولی مشاهده می‌شوند و نقش ساختاری، و حفظ پایداری غشا را هم بر عهده دارند.

کلسترول

کلسترول (Cholesterol) که باعث حفظ تمامیت و پایداری مکانیکی غشا در سلول های جانوری می‌شود، در غشای سلول‌های گیاهی وجود ندارد، زیرا در اطراف غشای سلولی گیاه، دیواره‌ی سلولی که سخت و محکم است قرار دارد و از تمامیت آن در برابر صدمات مکانیکی جلوگیری می‌کند.

کلسترول هم مانند فسفولیپید، مولکولی آمفی پاتیک است و از دو بخش غیر قطبی و آب‌گریز و بخش قطبی آب‌دوست تشکیل شده است که بخش قطبی این مولکول را گروه می سازد.

در غشای سلولی در اثر برهم کنش و کنار هم بودن کلسترول با زنجیره‌های اسید چرب فسفولیپیدها، باعث تنظیم سیالیت غشا می‌شود.

پروتئین‌ها

غشای سلولی شامل 2 نوع پروتئین است:

پروتئین‌های سطحی خارجی یا پروتئین‌های محیطی که توسط پیوندهای قطبی به غشای سلولی متصل شده‌اند.

پروتئین‌های درونی یا پروتئین‌های غشایی اینتگرال که تمام طول سمت درونی غشا را در بر می‌گیرد.

پروتئین‌های غشای سلولی به خصوص پروتئین‌های اینتگرال در سرتاسر غشای سلولی ممکن است به عنوان کانال یا انتقال دهنده و گاهی به عنوان گیرنده اطلاعات بیوشیمیایی در پاسخ به عوامل محیطی عمل کنند.

پیرو این موضوع که در بالا به آن پرداختیم، جالب است بدانیم که عملکرد تخصصی سلول، تعداد نسبی پروتئین و لیپید ها در غشای سلولی را تعیین می‌کند. برای مثال برخی از نورون‌های محصور در غلاف میلین از خواص لیپیدها به عنوان عایق استفاده می‌کنند که در هر 70 لیپید در غشای آن فقط یک پروتئین وجود دارد.

مدل موزائیک سیال

تا به الان درباره‌ی مولکول‌های سازنده‌ی غشای سلولی آموختیم و دریافتیم که هر یک از آن‌ها چه نقشی را ایفا می‌کنند. حال از شما دعوت می‌کنیم تا با خواندن این بخش از مطلب، درباره‌ی رفتار و دینامیک غشای سلولی نیز اطلاعات جالبی کسب کنید.

مدل موزائیک سیال مدلی است که اغلب ساختمان و عملکرد غشای سلولی را با آن توصیف می‌کنند. براساس این مدل غشای سلولی یک سیال دو بعدی از لیپیدهای آزاد است که پروتئین‌ها در آن قرار گرفته است.

در این مدل پروتئین‌ها در ماتریس لیپید آزاد هستند و می‌توانند در جهت‌های گوناگونی حرکت داشته باشند، مگر این‌که پروتئین‌ها توسط برهم کنش‌های خاصی با برخی از مولکول‌های غشایی محدود شوند، اما در حالت کلی نمی‌توانند از یک لایه به لایه‌ی دیگر بروند.

مدل موزائیک سیال برای اولین بار توسط جاناتان سینپر در سال 1971 به عنوان یک مدل پروتئین – لیپید پیشنهاد شد. همچنین در مقاله‌ای که در سال 1972 توسط کارت نیک لسون نوشته و در مجله ساینس به چاپ رسید به ویژگی سیالیت غشا پرداخته شد و به اثبات رسید.

سایر عملکردهای غشای سلولی

همان‌طور که تا به اینجا به اهمیت غشای سلولی و نقش مهم آن پی بردیم، لازم است بدانیم که علاوه بر موارد بیان شده درمورد وظایف غشای سلولی، می‌توان به موارد زیر هم اشاره کرد:

سازماندهی سلول برای تشکیل بافت ها

در سطح خارجی غشای سلولی گیرنده‌های خاصی وجود دارد که به عنوان یک نشانه (آنتی‌ژن) عمل کرده تا سلول‌ها یکدیگر را شناسایی و برای تشکیل بافت‌ها به درستی در کنار یکدیگر قرار گیرند.

پردازش اطلاعات

پروتئین‌های غشای سلولی می‌توانند در دریافت پیام‌های شیمیایی مختلف که بین سلول‌ها تبادل می‌شود به عنوان گیرنده عمل کنند. برای مثال پاسخ سلول‌های هدف به هورمون‌های انسولین و یا حرکت باکتری‌ها به سمت مواد غذایی دو نمونه از موارد تشخیص پیام توسط یک گیرنده خاص در غشای سلولی هستند.

ارتباطات بیولوژیکی

برخی از غشاها توانایی تولید سیگنال‌ها و پیام‌های شیمیایی یا الکتریکی را دارند. مثلا سلول‌های ماهیچه‌ای، عصبی و برخی از سلول‌های تخم (زیگوت) از نظر الکتریکی تحریک پذیر هستند.

سازماندهی و جمع آوری آنزیم

غشای سلولی می‌تواند سازماندهی آنزیم‌های خاصِ درگیر در یک مسیر متابولیکی را به عهده گرفته و بستری برای فعالیت آنزیم‌ها باشد.

جمع بندی

در این مطلب آموختیم که غشای سلولی یک دیوار مستحکم و هوشمند از جنس فسفولیپید است که محیط داخلی سلول را از فضای بیرون آن جدا می‌کند. این سدِ بیولوژیک، علاوه بر فسفولیپید حاوی مولکول‌های دیگری همچون، کلسترول، گلیکولیپید و پروتئین نیز می‌باشد که ویژگی‌های منحصر به فرد غشا را تعیین می‌کنند.