محتويات
ما الذي يحد من حجم الخلية
الذي يحد من حجم الخلية هو الغشاء البلازمي.
حجم الخلية محدود بواسطة عوامل محددة متعددة، والسبب الرئيسي لتحديد حجمها هو نسبة السطح إلى الحجم، نسبة السطح إلى الحجم الأكبر تكون أكثر كفاءة من نسبة أصغر، عدم قدرة مساحة السطح على زيادة بما يكفي بسرعة إذا كانت الخلية كبيرة جدًا، لن يسمح للخلية بامتصاص ما يكفي من المواد الغذائية لعملياتها الايضية، تستفيد الخلايا عندما يكون لديها مساحة سطح عالية مقارنة بحجمها حيث يكون هناك جزء أكبر من الغشاء البلازمي بالنسبة للجزء الداخلي للخلية، وبالتالي يزيد ذلك من كفاءة الخلايا في نقل المواد إلى داخلها وخارجها.
كما أن هناك عامل محدد إضافي هو سرعة تحرك البروتين عبر الغشاء، فمع زيادة حجم الخلايا يزداد الوقت اللازم لانتشار البروتين عبرها بشكل كبير، وعلى وجه التحديد من المعروف أنه مع زيادة حجم الخلية بمعامل 10، يزداد الوقت اللازم لانتشار البروتين عبر الخلية بمعامل 100، وعندما تصل الخلايا إلى حجم 100 ميكرومتر، يمكن أن يصبح الوقت اللازم لانتشار البروتين عبر الخلية عاملاً محدداً، وهذا يعني أنه في حين يتم تقييد الخلايا الصغيرة بمعدل توليف البروتين، قد يواجه الخلايا الأكبر أيضًا قيودًا نتيجة لحركة البروتينات حول الخلية. [1]
ما المادة التي تمثل النسبة الأكبر من حجم الخلية
المادة التي تمثل النسبة الأكبر من حجم الخلية هي الماء.
الخلايا مكونة من الماء، الأيونات اللاعضوية، والجزيئات التي تحتوي على الكربون أو العضوية، والماء هو الجزيء الأكثر وفرة في الخلايا، حيث يمثل 70% أو أكثر من الكتلة الخلوية الإجمالية، وبالتالي فإن التفاعلات بين الماء والمكونات الأخرى للخلايا ذات أهمية مركزية في الكيمياء البيولوجية.
الخاصية الحرجة للماء في هذا الصدد هي أنه جزيء قطبي، حيث تحمل ذرات الهيدروجين شحنة موجبة طفيفة والأكسجين تحمل شحنة سالبة طفيفة بسبب طبيعتها القطبية، يمكن لجزيئات الماء تكوين روابط هيدروجينية مع بعضها البعض أو مع جزيئات قطبية أخرى، بالإضافة إلى التفاعل مع الأيونات الموجبة أو السالبة.
ونتيجة لهذه التفاعلات تذوب الأيونات والجزيئات القطبية بسهولة في الماء، وعلى النقيض من ذلك الجزيئات غير القطبية التي لا يمكن أن تتفاعل مع الماء، تذوب بصعوبة في بيئة مائية، وبالتالي تميل الجزيئات غير القطبية إلى تقليل اتصالها بالماء من خلال الترابط الوثيق مع بعضها بدلاً من ذلك.
ومع ذلك فإن الجزيئات العضوية تعتبر هي المكونات الفريدة للخلايا، وتنتمي معظم هذه المركبات العضوية إلى إحدى أربع فئات من الجزيئات: الكربوهيدرات، والدهون، والبروتينات، والأحماض النووية، حيث تُشكل البروتينات والأحماض النووية، ومعظم الكربوهيدرات عناصر يتم تشكيلها عن طريق انضمام مئات أو آلاف المُركَبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض. [2]
لماذا تحافظ الخلايا على حجم أصغر
تكون الخلايا صغيرة جدًا حتى تتمكن من تحقيق أقصى نسبة لسطحها إلى حجمها.
الخلايا تحتفظ بحجمها الصغير لعدة أسباب، حيث تتمتع الخلايا الصغيرة بنسبة أعلى تتيح تحرك المزيد من الجزيئات والأيونات عبر غشاء الخلية لكل وحدة من حجم السيتوبلازم، كما تكون الخلايا صغيرة جدًا لأنها تحتاج إلى القدرة على استيعاب المغذيات وإزالة الفضلات بسرعة، وتسمح نسبة سطحها المحددة بالنسبة لحجم السيتوبلازم للخلية بتنظيم تبادل الجزيئات المحددة داخل النظام.
كما أن حجم الخلايا الصغير يوفر نسبة كبيرة من المساحة السطحية إلى الحجم ويجعلها فعالة، فالخلايا الصغيرة جدًا يمكنها تحقيق أقصى نسبة ممكنة من المساحة السطحية إلى الحجم، كما تكون الخلايا صغيرة جدًا لأنها تحتاج إلى القدرة على الحصول على العناصر الغذائية بسرعة وإخراج الفضلات. [3]
كيف يزداد حجم الخلايا
نمو الخلية هو العملية التي يتراكم فيها الخلايا كتلة وتزداد حجمًا فعليًا، ففي المتوسط تتراوح أقطار الخلايا الحيوانية من حوالي 10 إلى 20 ميكرومتر مع مجموعة واسعة من الأحجام، تمتد من خلايا الدم الحمراء الصغيرة (بحوالي 5 ميكرومتر في القطر) إلى الخلايا العصبية الحركية، التي يمكن أن تصل إلى مئات الميكرومترات في الطول.
يحدث نمو الخلية الأكثر تنظيمًا في الخلايا المنقسمة، حيث يكون نمو الخلية والانقسام الخلوي عمليات واضحة، وتضطلع الخلايا بزيادة الحجم مع كل مرور من خلال دورة الانقسام الخلوي لضمان الحفاظ على متوسط حجم الخلية المستقر، كما توفر التأثيرات المجتمعة لعوامل النمو والهرمونات وتوافر المواد الغذائية المؤثرات الخارجية لنمو الخلايا، فبمجرد تحقيق الحجم الخلوي الحد الأدنى، تتعهد الخلايا بشكل لا رجعة فيه بخوض دورة على الأقل من الانقسام، وبالتالي يعتبر تحقيق الحجم الكافي شرطًا أساسيًا لتكوين الحمض النووي والانقسام.
قد يشجع حرمان الخلايا من المواد الغذائية وإشارات النمو الأخرى، كما قد يحدث في المناطق التي تعاني من نقص المواد الغذائية والأكسجين في ورم متقدم، الخلايا الطبيعية على الخروج من دورة الخلية إلى حالة السكون، ويمكن أن توفر التحورات التي تؤدي إلى تفقد خلايا القدرة على استشعار المواد الغذائية أو عوامل النمو بالتالي ميزة نمو انتقائية للخلايا الورمية، لذلك فإن الجهود المبذولة لتحديد الشبكات الداخلية للإشارات التي تتحكم في النمو تشكل دعامة أساسية في العديد من برامج البحث المركزة على مرض السرطان. [4]
ما علاقة شكل وحجم الخلية بوظيفتها
يشكل الماء حوالي 70% من وزن الخلية والمركبات الكبرى، مثل الحموض النووية والبروتينات والسكريات البوليمرية والدهون، تشكل معظم الباقي حوالي 25% وتشكل كميات ضئيلة من الأيونات والجزيئات الصغيرة، تعود أكبر مساهمة في الكتلة الجافة للخلية الحيوانية إلى البروتينات، التي تشكل حوالي 18% من وزن الخلية الإجمالي في المتوسط.
كما أن هناك العديد من العوامل الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية التي تؤثر على الحجم النهائي للخلية، ومع ذلك فإن العوامل البيولوجية، ولا سيما الشبكات الداخلية للإشارة التي تتحكم في تكوين المركبات الكبرى، فإن فساد الدوائر الخلوية التي تتحكم في تراكم الكتلة الحيوية يرتبط بطيف واسع من الأورام البشرية.
في بعض الخلايا يكون الحجم متناسبًا مع محتوى الحمض النووي، فعلى سبيل المثال يؤدي استمرار تضاعف الحمض النووي في غياب التقسيم الخلوي إلى زيادة حجم الخلية، فعادةً ما تنمو الخلايا العملاقة النواة، التي تنضج إلى الخلايا المنتجة للصفائح الدموية في نخاع العظم، بهذه الطريقة تتوقف هذه الخلايا عن التقسيم ثم تخضع لتكوين الحمض النووي، مما يزيد من القطر من حوالي 20 إلى حوالي 100 ميكرومتر بسبب زيادة محتوى الحمض النووي.
ولا يُعرف ما إذا كان زيادة محتوى الحمض النووي تؤدي ببساطة إلى زيادة في المواد الخلوية الإجمالية أم ما إذا كانت الخلايا تنمو نشطًا للتكيف مع حجم الجينوم الأكبر، حيث تلاحظ استراتيجية النمو هذه في جميع أنحاء الطبيعة في الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الفردية. [4]
