أهمية احتواء خلية الـ”إيشريشيا كولاي” على الجدار الخلوي

2013 آلات الحياة

د.ديفيد س. جودسل

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الجدار الخلوي خلية الإيشريشيا كولاي البيولوجيا وعلوم الحياة

هناك جدار خلوي متعدد الطبقات يحيط بكل خلية إيشريشيا كولاي (شكل 4.4).

ويلعب هذا الجدار العديد من الأدوار المهمة، إلا أن الدور الأكثر أهمية له هو دوره كحاجز واقٍ يعمل على عزل الآلات الخلوية عن أخطار البيئة المحيطة بها.

 

ويعتبر الغشاء الخارجي في الجدار الخلوي خط الدفاع الأول عن الخلية، وهو يتركب من طبقة دهنية مزدوجة بها نوع خاص من الدهون، يطلق عليه "دهون ذات سكريّات عديدة" (Lipopolysaccharides)، والتي تكون أغلب الواجهة الخارجية لهذا الغشاء.

وتتركب الدهون ذات السكريّات العديدة من خيوط طويلة من السكريّات العديدة تتصل بها حزم من الدهون عند إحدى نهايتيها.

 

شكل 4.4 جدار الخلية: يتكون جدار الخلية من غشائين لهما مركز مشترك ويفصلهما فراغ يُسمى "بيريبلازم".

كما يظهر بالشكل فإن الغشاء الخارجي يحتوي على جزيئات "الدهون ذات السكريّات العديدة" (A)، والبروتينات الدهنية (B)، والبروتينات المكونة للثقوب(Porins)  (C)، وبروتين OmpA (D) ، والأجزاء الموجهة لشعيرات "الفمبري" (E)، وشعيرات "الفمبري" (F)، والبروتين الناقل لأيونات الحديد والمسمي FhnA  ((G.

 

يحتوي فراغ "البيريبلازم" على طبقة مدعمة تسمي "ببتيدوجلاكن" (H)، بالإضافة إلى العديد من الإنزيمات الواقية مثل "البيتا لاكتاميز" (I) "وسوبر اكسيد الديسميوتيز" (J) .

يوجد بالبيريبلازم أيضاً مجموعة من البروتينات الرابطة (K) التي تقوم بتوصيل المغذيات إلى الناقلات في الغشاء الداخلي، مثل ناقل فيتامين 21B(L).

 

أما الغشاء الداخلي فهو يحتوي على مجموعة هائلة من الآلات الجزيئية ومن ضمنها الإنزيمات التي تقوم ببناء غلاف الببتيدوجلاكن (M). و"قنوات الاستشعار الميكانيكية"( (N

والناقل المسؤول عن مقاومة العديد من المضادات الحيوية (O)، وناقلات الأيونات مثل ناقل أيونات الماغنسيوم (P)، والبروتين الناقل لأيونات الصوديوم والهيدروجين والذي ينقل إلى إتجاهين متضادين (Antiporter) (Q).

والأمر المثير للدهشة هو أن جدران الخلايا البكتيرية يتم تدعيمها بهيكل خلوي (Cytoskeleton) بسيط يتكون من بروتين يشبه بروتين الأكتين يُطلق عليه MreB (R).

 

وتعمل الدهون على وصل هذه الجزيئات الدهنية السكرية بالغشاء، كما تقوم سلاسل السكريّات العديدة بالإمتداد خلال الدهون المحيطة بها لتكوّن غلافاً واقيا لزجاً.

وفي الحقيقة فإن جهازنا المناعي يستخدم الدهون ذات السكريّات العديدة في التعرّف على البكتيريا عندما تبدأ في مهاجمتها للجسم. حيث تقوم الأجسام المضادة (Antibodies)3 بالتعرف على الدهون ذات السكريّات العديدة لكي تحرك وسائل الجسم الدفاعية لمحاربة العدوى.

إلا أن الغشاء الخارجي ليس منيعاً بشكل تام. فهو يعمل كمرشح غير دقيق يقوم بحجز الجزيئات الكبيرة الخطيرة، بينما يسمح للجزيئات الأصغر مثل جزيئات الغذاء بالمرور بسهولة من خلاله.

 

ويمتلىء الغشاء الخارجي بالبروتينات المكونة للثقوب (Porin Proteins) والتي تكون فتحات صغيرة خلاله. وتعتبر هذه الفتحات كبيرة بشكل كافٍ لإمرار المغذيات والأيونات خلال الغشاء، إلا أنها أيضاً صغيرة بشكل كافٍ لإبقاء مجموعة الآلات الخلوية بالداخل.

ويتصل بالغشاء الخلوي أيضاً العديد من الامتدادت الشعيرية والتي تسمى"فمبري"(Fimbriae).وهذه عبارة عن معقدات بروتينية طويلة ونحيفة تمتد واحدة بواحدة من خلال أنواع خاصة من البوابات البروتينية (Gateway Proteins) في الغشاء الخارجي .

وللفمبري نهايات لزجة، تستخدمها الخلايا البكتيرية في الالتصاق بالأماكن التي تكون متاحة لتستريح فيها. وهناك أهمية لنوعية الفمبري التي تنتجها السلالات المختلفة من البكتيريا .

 

فالفمبري التي تنتجها البكتيريا الممرضة تسمح لها بالالتصاق بخلايا جسم الانسان ومقاومة هجوم الخلايا المناعية .

يوجد فراغ بين الغشائين المكونين للجدار الخلوي، يسمى بيريبلازم (Periplasm) وهو يحتوي على ما يمنح الخلية الدعم الأكبر لشكلها العصوي الممتد.

فهناك طبقة متينة من "الببتيدوجلاكن" (Peptidogylcan) ، تتكون من شبكة من السكريّات العديدة والبروتين، يتم بناؤها داخل الغشاء الخارجي.

 

ويعمل هذا التركيب الشبكي على تغليف الخلية بكاملها معطياً لها القوة والدعم.

ويرتبط غلاف الببتيدوجلاكن بالغشاء الخارجي بواسطة العديد من أنواع البروتين، مثل البروتينات الدهنية الصغيرة، والتي تتركب من بروتينات صغيرة تكون مرتبطة بدهون، وكذلك بروتين OmpA، والذي يكون مغروساً في الغشاء الخارجي ويمتد إلى أسفل ليرتبط بسلاسل الببتيدوجلاكن.

ويعتبر الدعم الذي تمنحه طبقة الببتيدوجلاكن أساسياً، وذلك بما يجعلها نقطة ضعف الخلية.

حيث تستطيع العديد من المضادات الحيوية، مثل البنسلين، قتل الخلايا البكتيرية عن طريق مهاجمة الأنزيمات التي تعمل على بناء طبقة الببتيدوجلاكن. فعند إضافة البنسلين إلى الخلايا البكتيرية فإنها تفقد شكلها وتنفجر في النهاية تحت تأثير الضغط الأسموزي.

 

يوجد أيضاً على إمتداد الببتيدوجلاكن العديد من البروتينات صغيرة الحجم والتي تطفو في البيريبلازم فيما بين الغشائين المكونين لجدار الخلية.

وهذه البروتينات هي أول من يلتقط الجزيئات الداخلة إلى الخلية، بحيث تلعب معها أدواراً مناسبةً.

حيث يعمل أكثر هذه البروتينات على التقاط مادة مغذية معينة، مثل جزيئات السكر أو الأحماض الأمينية.

 

وتقوم بتوصليها إلى الغشاء الداخلي لكي يتم نقلها إلى داخل الخلية، ويحتوي البيريبلازم أيضاً على إنزيمات تقوم بهضم جزيئات الغذاء، وذلك بتقطيعها إلى أجزاء صغيرة يمكن نقلها إلى داخل الخلية.

كما يوجد أيضاً العديد من "الأنزيمات الواقية" (Protective Enzymes) في البيريبلازم والتي تعمل على إزالة سُمِّية بعض المركبات السامة قبل أن تدخل الخلية.

وتتضمن هذه الأنزيمات "سوبر أكسيد الديسميوتيز" (Superoxide Dismutase)، والذي يقوم بتكسير الصور عالية النشاط من الأكسجين والبيتا لاكتاميز (Beta-lactamase)، والذي يقوم بتكسير العقاقير مثل البنسلين.

 

يُعرف الغشاء الداخلي من الجدار الخلوي بـ "الغشاء السيتوبلازمي" ، وهو يمتلىء ببروتينات يتم إستخدامها في عمليات النقل ، والاستشعار ، وإنتاج الطاقة ، والعديد من المهام المتنوعة. وهو يقوم بدوره ايضاً كجزء من الحاجز الواقي للخلية، حيث أنه يعمل كمرشح انتخابي للجدار الخلوي.

فعلى خلاف الغشاء الخارجي، فإن الغشاء الداخلي يكون مغلقاً، ومانعاً للمرور العشوائي للجزيئات.

حيث يحتوي الغشاء الداخلي على العديد من "البروتينات المكونة للمضخات الانتخابية" (Selective Pump Proteins) والتي تقوم بالتقاط الجزيئات المرغوبة وتعمل على نقلها إلى داخل أو خارج الخلية حسب الحاجة.

 

والبعض منها، مثل المضخات الخاصة بنقل الكالسيوم، يحتاج إلى طاقة يحصل عليها من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) لنقل حمولته.

يحتوي الغشاء السيتوبلازمي أيضاً على العديد من الأدوات الواقية لمحاربة الأخطار الشائعة الحدوث. فهناك الناقلات الخاصة بمقاومة العديد من العقاقير، والتي تمتد خلال الجدار الخلوي بكامله لكي تعمل على تجميع الجزيئات السامة مثل العقاقير والسموم وتضخها إلى خارج الخلية تماماً.

كذلك هناك "بروتين الاستشعار الميكانيكية "McsL (Mechanosensory McsL Protein) والتي تقوم باستشعار شد الغشاء الخلوي، بحيث إنه عندما يرتفع الضغط بشده داخل الخلية، فإن هذا البروتين يفتح مثل حدقة العين ويعمل على إزالة الضغط مؤقتاً.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]