- صف نموذج الفسيفساء السائلة لبنية الغشاء مع الإشارة إلى التفاعلات الكارهة والمحبّة للماء التي تفسر تكوين طبقة الدهون المزدوجة وترتيب البروتينات
- صف ترتيب الكوليسترول و الدهون السكرية و البروتينات السكرية في أغشية سطح الخلية
- صف أدوار الفوسفوليبيدات والكوليسترول والدهون السكرية والبروتينات والبروتينات السكرية في أغشية سطح الخلية، مع الإشارة إلى الاستقرار والسلاسة والنفاذية والنقل (بروتينات ناقلة و بروتينات قنوات) و إشارة الخلية (مستقبلات سطح الخلية) و التعرف الخلوي (مستضدات سطح الخلية - انظر 11.1.2)
- استعرض المراحل الرئيسية في عملية الإشارات الخلوية التي تؤدي إلى استجابات محددة: • إفراز مواد كيميائية محددة (ligands) من الخلايا • نقل ligands إلى الخلايا المستهدفة • ارتباط ligands بمستقبلات سطح الخلية على الخلايا المستهدفة
غشاء الخلية والنقل
A-Level علم الأحياء · الموضوع 4
14:03
غشاء الخلية
يجب أن تحتفظ كل خلية بالمواد الصحيحة داخلها والمواد الخاطئة خارجها. يقع هذا الدور على طبقة واحدة رقيقة بشكل مذهل — غشاء سطح الخلية، الذي يبلغ سمكه… فقط
سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية
4.1
غشاء سطح الخلية
المنهج
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
كل خلية محاطة بـ غشاء سطح الخلية. نصف هيكله باستخدام نموذج الجزيئات السائلة.
طبقة الفوسفوليبيد المزدوجة
يتكون الغشاء بشكل رئيسي من الفوسفوليبيدات. كل فوسفوليبيد له رأس محبي للماء ("يعشق الماء") وذيلان كارهان للماء ("يخاف الماء"). يوجد ماء على جانبي الغشاء، لذا تصطف الفوسفوليبيدات في طبقتين — طبقة مزدوجة — برؤوسها مواجهة الماء في الخارج والداخل، وأذيالها مخفية في الوسط بعيداً عن الماء. يتشكل هذا الترتيب تلقائياً بسبب تلك التفاعلات المحبة وكارهة للماء.
يسمى النموذج "سائلاً" لأن الفوسفوليبيدات ليست ثابتة: بل تنزلق فوق بعضها البعض، مما يسمح للغشاء بالحركة والانحناء. ويسمى "جزيئياً" لأن العديد من البروتينات منتشرة فيه، مثل بلاط الصورة.
ما يطفو في الغشاء
| الجزء | موقعه | الأدوار الرئيسية |
|---|---|---|
| فوسفوليبيدات | الطبقتين | تكوين الحاجز الأساسي |
| بروتينات | عبر الغشاء أو على سطحه | النقل، الدعم والإشارة |
| بروتينات ناقلة | تمتد عبر الغشاء | نقل جزيئات محددة عبره |
| بروتينات قنوية | تمتد عبر الغشاء | تكوين ثقوب مملوءة بالماء لمرور الأيونات |
| كوليسترول | بين أذيال الفوسفوليبيدات | التحكم في السوائل وإضافة القوة |
| دهون سكرية وبروتينات سكرية | سلاسل سكرية على السطح الخارجي | التعرف الخلوي؛ تعمل بعضها كـأنتيجينات |
لذلك تمنح جزيئات الغشاء معاً الغشاء استقرارته، وسائلته، نفاذيته (التحكم في ما يمر)، وظائف النقل، وظائف الإشارة، والتعرف الخلوي.
الغشاء شبه نفاذ: يسمح بمرور بعض المواد بسهولة لكنه يحجب أخرى.
استكشف
استكشف غشاء الخلية
اضغط على كل جزء من نموذج الفاصلة السائلة — طبقة مزدوجة بالإضافة للبروتينات والجزيئات الأخرى المبعثرة فيها.
4.1
الإشارات الخلوية
تتواصل الخلايا مع بعضها عن طريق الإشارات الخلوية. المراحل الرئيسية هي:
- تفرز خلية مادة إشارة تسمى ليغاند (مثل هرمون).
- يُنقل الليغاند (غالباً في الدم) إلى خلية مستهدفة.
- يرتبط الليغاند بمستقبل محدد على غشاء سطح الخلية المستهدفة. شكل المستقبل يطابق هذا الليغاند فقط. ثم يحفز الارتباط استجابة معينة داخل الخلية المستهدفة.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| cell surface membrane/sel ˈsɜːfɪs ˈmembreɪn/ | cell surface membrane |
| fluid mosaic model/ˈfluːɪd məˈseɪɪk ˈmɒdl/ | fluid mosaic model |
| phospholipid/ˈfɒsfəlɪpɪd/ | الفوسفوليبيد |
| hydrophilic/ˌhaɪdrəˈfɪlɪk/ | محبي للماء |
| hydrophobic/ˌhaɪdrəˈfəʊbɪk/ | hydrophobic |
| bilayer/ˈbɪleɪə/ | bilayer |
| protein/ˈprəʊtiːn/ | بروتين |
| carrier protein/ˈkærɪə ˈprəʊtiːn/ | بروتين حامل |
| channel protein/ˈtʃænl ˈprəʊtiːn/ | channel protein |
| cholesterol/kəˈlestərɒl/ | كوليسترول |
| fluidity/fluːˈɪdɪti/ | المرونة |
| glycolipid/ˈɡlaɪkəlɪpɪd/ | دهون سكرية |
| glycoprotein/ˈɡlaɪkəprəʊtiːn/ | بروتينات سكرية |
| antigen/ˈæntɪdʒen/ | antigen |
| stability/stəˈbɪlɪti/ | الاستقرار |
| permeability/ˌpɜːməˈbɪlɪti/ | النفاذية |
| partially permeable membrane/ˈpɑːʃəli ˈpɜːməbl ˈmembreɪn/ | غشاء شبه منفذ |
| cell signalling/sel ˈsɪɡnəlɪŋ/ | إشارة خلوية |
| ligand/ˈlɪɡænd/ | ليجاند |
| hormone/ˈhɔːməʊn/ | هرمون |
| target cell/ˈtɑːɡɪt sel/ | الخلية المستهدفة |
| receptor/rɪˈseptə/ | مستقبل |
| passive/ˈpæsɪv/ | سلبية |
| energy/ˈenədʒi/ | طاقة |
4.2
نقل المواد عبر الغشاء
المنهج
- صف وفسر عمليات الانتشار البسيط، الانتشار المساعَد، الانتشار الأسموزي، النقل النشط، الإدخال الخلوي والإخراج الخلوي
- حَقِّق الانتشار البسيط والانتشار الأسموزي باستخدام أنسجة نباتية ومواد غير حية، بما في ذلك أنابيب الغشاء الدائز (Visking) والأجار
- توضيح المبدأ القائلاً بأن نسب المساحة السطحية إلى الحجم تقل مع زيادة الحجم عن طريق حساب المساحات السطحية والأحجام لأشكال بسيطة 3-بعدية (كما هو موضح في المتطلبات الرياضية)
- حَقِّق تأثير تغيير نسبة مساحة السطح إلى الحجم على الانتشار باستخدام كتل أجار ذات أحجام مختلفة
- حَقِّق تأثير غمر الأنسجة النباتية في محاليل ذات طاقات مائية مختلفة، واستخدم النتائج لتقدير الطاقة المائية للأنسجة
- اشرح حركة الماء بين الخلايا والمحاليل بدلالة الطاقة المائية واشرح التأثيرات المختلفة لحركة الماء على الخلايا النباتية والخلايا الحيوانية (لا يُتوقع معرفة الجهد المحلولي والجهد الضغطي)
المصدر: منهج كامبريدج الدولي
هناك ستة عمليات. بعضها سلبي (لا يحتاج إلى طاقة)، وبعضها نشط (يستخدم الطاقة من ATP).
الانتشار البسيط
الانتشار هو الحركة الصافية للجسيمات من حيث تكون بتركيز عالي إلى حيث تكون بتركيز منخفض، حتى تتوزع بالتساوي. الانتشار البسيط يحدث عندما تمر الجسيمات مباشرة عبر الطبقة المزدوجة، نزولاً على التدرج التركيزي. فقط الجزيئات الصغيرة أو غير القطبية يمكنها القيام بذلك — مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. وهو عملية سلبية.
الانتشار المساعد
أيونات مشحونة وجزيئات قطبية كبيرة (مثل الجلوكوز) لا تستطيع عبور الطبقة المزدوجة الدهنية بمفردها. في الانتشار المساعد تعبر هذه الجزيئات عبر بروتينات قنوية أو بروتينات ناقلة، ولا تزال تتحرك نزولاً على التدرج التركيزي. وهي أيضاً عملية سلبية.
الانتفاذ
الانتفاذ هو انتشار الماء عبر غشاء شبه منفذ، من إمكانية ماء أعلى إلى إمكانية ماء أقل. وهو عملية سلبية.
النقل النشط
النقل النشط ينقل مادة ضد تدرج تركيزها — من التركيز المنخفض إلى التركيز العالي. يتطلب هذا بروتينات ناقلة وطاقة من ATP.
الإدخال الخلوي والإخراج الخلوي
تنقل هذه العمليات كميات كبيرة من المواد بشكل جماعي، باستخدام ATP.
- في الإدخال الخلوي، تنطوي الغشاء حول المادة وتختزل形成 حويصلة لإدخالها إلى الخلية.
- في الإخراج الخلوي، تندمج الحويصلة مع الغشاء وتطلق محتوياتها خارج الخلية.
استكشف
الانتشار عبر غشاء
حدد التركيز على كل جانب. تنتشر الجزيئات من العالي إلى المنخفض حتى تتساوى الجانبان.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| diffusion/dɪˈfjuːʒn/ | الانتشار |
| concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ | التركيز |
| simple diffusion/ˈsɪmpl dɪˈfjuːʒn/ | الانتشار البسيط |
| concentration gradient/ˌkɒnsənˈtreɪʃn ˈɡreɪdɪənt/ | concentration gradient |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | الأكسجين |
| carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ | ثاني أكسيد الكربون |
| ion/ˈaɪɒn/ | أيون |
| glucose/ˈɡluːkəʊs/ | جلوكوز |
| facilitated diffusion/fəˈsɪlɪteɪtɪd dɪˈfjuːʒn/ | انتشار مساعد |
| osmosis/ɒzˈməʊsɪs/ | التنضح |
| water potential/ˈwɔːtə pəˈtenʃl/ | water potential |
| active transport/ˈæktɪv ˈtrænspɔːt/ | النقل النشط |
| endocytosis/ˌendəʊsɪˈtəʊsɪs/ | الإدخال الخلوي |
| vesicle/ˈvesɪkl/ | vesicle |
| exocytosis/eɡˌzɒsɪˈtəʊsɪs/ | الإخراج الخلوي |
4.2
نسبة مساحة السطح إلى الحجم
تأخذ الخلية وتزيل المواد عبر سطحها. ومع تكبر الجسم، ينمو الحجم أسرع من مساحة السطح. لذلك تصبح نسبة مساحة السطح إلى الحجم أصغر كلما زاد الحجم.
لمكعب ضلعه $L$:
$$\text{surface area} = 6L^2, \qquad \text{volume} = L^3, \qquad \text{ratio} = \frac{6}{L}.$$
حجم كبير $L$ يعطي نسبة صغيرة. ولهذا السبب الخلايا الصغيرة (والأشكال الرقيقة المسطحة) تتبادل المواد بسرعة، بينما لا تستطيع الخلايا الكبيرة الاعتماد على الانتشار وحدها.
مثال محلل. قارن نسبة مساحة السطح : الحجم لخلية مكعبة الشكل حافة $4$ مع خلية أخرى حافة $10$.
بالنسبة لحافة $4$: مساحة السطح $= 6 \times 4^2 = 96$ والحجم $= 4^3 = 64$، إذن النسبة هي $96 : 64 = 1.5 : 1$. بالنسبة لحافة $10$: مساحة السطح $= 6 \times 10^2 = 600$ والحجم $= 10^3 = 1000$، إذن النسبة هي $600 : 1000 = 0.6 : 1$. الخلية الأكبر لديها نسبة أصغر، لذا تتبادل مواد عبر سطحها أبطأ بالنسبة لحجمها — وهذا هو السبب الذي يجعل الكائنات الكبيرة تحتاج إلى أسطح تبادل متخصصة مثل الرئتين والخياشيم.
يمكنك إظهار ذلك باستخدام كتل agar بأحجام مختلفة مغموسة في صبغة أو حمض: الكتلة الأصغر، ذات أكبر نسبة مساحة سطح إلى حجم، يتغير لونها بالكامل أسرع. يمكن أيضاً دراسة الانتشار عبر المواد غير الحية باستخدام أنابيب التحلل الدقيق (Visking tubing).
استكشف
مساحة السطح : الحجم
كبير المكعب: حجمه ينمو أسرع من سطحه، فتقل نسبة SA:V — وهذا سبب بقاء أسطح التبادل والخلايا صغيرة.
استكشف
الانتشار عبر السطح
الجسيمات تتناثر تلقائياً من المناطق المزدحمة إلى الفارغة. الخلية الصغيرة لها نسبة مساحة سطح إلى حجم كبيرة، لذا تنتشر المواد داخلها وخارجها بسرعة كافية.
مفردات
تدريب
| English | العربية |
|---|---|
| volume/ˈvɒljuːm/ | الحجم |
| surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ | مساحة السطح |
| agar/ˈeɪɡɑː/ | agar |
| dialysis tubing/daɪˈæləsɪs ˈtjuːbɪŋ/ | dialysis tubing |
| solute/ˈsɒljuːt/ | المذاب |
| distilled water/dɪˈstɪld ˈwɔːtə/ | ماء مقطر |
| turgid/ˈtɜːdʒɪd/ | منتفخة |
| plasmolysis/plæzˈmɒləsɪs/ | plasmolysis |
| haemolysis/hiːˈmɒləsɪs/ | haemolysis |
4.2
إمكانات الماء والخلايا الحية
إمكانية الماء تقيس مدى احتمال مغادرة الماء لمحلول. الماء النقي له أعلى إمكانات ماء. إضافة مذاب (مادة مذابة) تقللها. يتحرك الماء دائماً عن طريق الانتفاذ من إمكانية ماء أعلى إلى إمكانية ماء أقل.
لتقدير إمكانات ماء الأنسجة النباتية، تضع قطعاً منها في محاليل سكرية ذات إمكانات ماء مختلفة. المحلول الذي لا يسبب تغييراً في الكتلة أو الطول يكون لديه إمكانات ماء مماثلة تقريباً للأنسجة.
التأثير على الخلايا النباتية
- في محلول أعلى إمكانات ماء (مثل الماء المقطر)، يدخل الماء إلى الخلية. تنتفخ الخلية وتصبح متوترة، لكن جدار الخلية القوي يمنع انفجارها.
- في محلول أقل إمكانات ماء، يخرج الماء. تنكمش محتويات الخلية ويسحب الغشاء بعيداً عن جدار الخلية — وهذا هو انقلاص البروتوبلازم.
التأثير على الخلايا الحيوانية
الخلايا الحيوانية ليس لها جدار خلوي لحمايتها.
- في محلول ذو إمكانات ماء أعلى، يدخل الماء وقد تنفجر الخلية. في خلية الدم الحمراء يسمى الانفجار تحطم كريات الدم الحمراء.
- في محلول ذو إمكانات ماء أقل، يخرج الماء وتنكمش الخلية.
استكشف
إمكانية الماء
يتبع الماء الانحدار
اسحب التركيزات. إنحدار إمكانية الماء يقود الحركة الصافية — ويتوقف فقط عندما تتساوى الجانبان.
4.2
نصائح للامتحان
- صف الغشاء بأنه نموذج الفسيفساء السائلة: طبقة مزدوجة من الدهون الفسفورية تحتوي على بروتينات وكوليسترول وجليكوبروتينات.
- رتب كل عملية: الانتشار والانتشار المسهل والتناضح هي عمليات سلبية (على طول التدرج)؛ النقل النشط والإدخال/الإخراج الخلوي يتطلبان ATP ويمكن أن يسير عكس التدرج.
- بالنسبة للتناضح، استخدم دائماً الجهد المائي ($\Psi$): يتحرك الماء من عالي (أقل سلبية) إلى منخفض (أكثر سلبية) $\Psi$؛ الماء النقي هو $0$، وهو الأعلى.
- حدد النتيجة حسب نوع الخلية: الخلية النباتية منتفحة/متقلصة؛ الخلية الحيوانية تتحلل/تنكمش — ربط ذلك بتدرج الجهد المائي.
دروس تفاعلية حول هذا الموضوع
ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.