books microstructure

النواة

تكون كريات الدم الحمراء الناضجة غير منواة في الثدييات، وهذا يعني أنها تفتقر لنواة الخلية. بالمقابل، تحتوي كريات الدم الحمراء للفقاريات الأخرى على نوى، الاستثناءات الوحيدة المعروفة هي السمندرات من جنس بتراشيب وسمك من جنس موريولوس.

تم تفسير ظاهرة غياب النواة في كريات الدم الحمراء عند الفقاريات بالتراكم المتتالي للحمض النووي DNA غير المرمز في الجينوم. يدور الجدل على النحو التالي: يتطلب النقل الفعال للغاز عبور كريات الدم الحمراء عبر شعيرات دموية ضيقة للغاية، وهذا يقيد حجمها. تتواجد كريات الدم الحمراء المنواة في الثدييات في نوعين من الخلايا: الأرومات الطبيعية، وهي سلائف طبيعية منتجة للكريات الحمر الناضجة، والأرومات الضخمة، وهي سلائف غير طبيعية كبيرة تتشكل في فقر الدم الضخم الأرومات.

تكوين الغشاء

تكون كريات الدم الحمراء قادرة على تغيير شكلها، مرنة، قادرة على الالتصاق بخلايا أخرى، وتكون قادرة على التفاعل مع الخلايا المناعية. يلعب غشاء الكرية العديد من هذه الأدوار، إذ تعتمد هذه الوظائف بشكل كبير على تكوين الغشاء. يتكون غشاء كريات الدم الحمراء من ثلاث طبقات: كنان سكري موجود في الخارج، وهو غني بالسكريات، ليبيد ثنائي الطبقة يخترقه العديد من البروتينات عبر غشائية، إلى جانب مكوناتها الدهنية الرئيسية، وهيكل الغشاء، تتوضع شبكة هيكلية من البروتينات على السطح الداخلي لليبيدات ثنائية الطبقة. تشكل البروتينات حوالي 52% من كتلة الغشاء في كريات الدم الحمراء البشرية ومعظم الثدييات أما النصف الآخر دهون حوالي 40%، وهي فسفوليبيد وكوليسترول، أما السكريات تشكل حوالي 8%.

ليبيدات الغشاء

يتكون غشاء كريات الدم الحمراء من ليبيد ثنائي الطبقة نموذجي، على غرار ما يمكن العثور عليه في جميع الخلايا البشرية تقريباً. ببساطة، يتكون الليبيد ثنائي الطبقة من كوليسترول وفوسفوليبيد بنسب متساوية من حيث الوزن، كما أن تركيبة الليبيد مهمة لأنها تحدد العديد من الخصائص الفيزيائية مثل نفاذية الغشاء والسيولة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تنظيم نشاط العديد من بروتينات الغشاء من خلال التفاعلات مع الليبيدات في الطبقتين. على عكس الكوليسترول، الذي يتم توزيعه بالتساوي بين الطبقتين الداخلية والخارجية، تتوضع الأنواع الخمسة الرئيسية من الفوسفوليبيدات بشكل غير متماثل، كما هو موضح أدناه:

الطبقة الخارجية الأحادية

تتكون الطبقة الخارجية الأحادية من:

• فسفاتيديل كولين (PC)
• سفنغوميلين (SM)

الطبقة الداخلية الأحادية

تتكون الطبقة الداخلية الأحادية من:

• فسفاتيديل إيثانولامين (PE)
• إينوزيتول فوسفات (PI) (كميات صغيرة)
• فوسفاتيديل سيرين (PS)

توزيع الفوسفوليبيد غير المتماثل بين الطبقة الثنائية هو نتيجة وظيفة العديد من البروتينات الناقلة للفوسفوليبيد المعتمدة وغير المعتمدة على الطاقة. تقوم البروتينات المسماة "فليباز" بنقل الفوسفوليبيد من الطبقة الخارجية إلى الطبقة الداخلية، بينما تقوم البروتينات الأخرى المسماة "فلوباز" بإجراء العملية المعاكسة، عكس مدروج التركيز بطريقة تعتمد على الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضاً بروتينات "سكرامبلاز" التي تحرك الفوسفوليبيدات في كلا الاتجاهين في نفس الوقت، حسب المدروج الأخفض بطريقة غير معتمدة على الطاقة. لا يزال هناك جدل كبير مستمر حول هوية بروتينات صيانة الغشاء في الكرية الحمراء.

يعد الحفاظ على توزيع الفوسفوليبيدات غير المتماثل في الطبقة الثنائية (مثل التوضع الحصري للفوسفاتيديل سيرين PS والفوسفوإينوسيتول PIs في الطبقة الداخلية) أمراً مهماً لسلامة الخلية ووظيفتها لعدة أسباب:

• تتعرف الخلايا البلعمية الكبيرة وتبلعم الكريات الحمراء التي تحوي PS على سطحها الخارجي. وبالتالي فإن توضع PS في الطبقة الأحادية الداخلية ضروري لنجاة الخلية من بالعات الجهاز الشبكي البطاني، خاصة في الطحال.
• تم ربط تدمير كريات الدم الحمراء الباكر في التلاسيميا وفقر الدم المنجلي باضطرابات عدم تناسق الليبيدات مما يؤدي إلى توضع PS في الطبقة الأحادية الخارجية.
• يمكن أن يؤدي التعرض للـ PS إلى تحفيز التصاق كريات الدم الحمراء بالخلايا البطانية الوعائية، ويمنع بشكل فعال المرور الطبيعي خلال الأوعية الدموية الدقيقة. وبالتالي من المهم الحفاظ على PS فقط في الطبقة الداخلية لضمان التدفق الطبيعي للدم في الشعيرات الدموية الدقيقة.
• يمكن لكل من PS و فوسفاتيديل لينوسيتول 4,5 ثنائي الفوسفات (PIP2) تنظيم الوظيفة الميكانيكية للغشاء، بسبب تفاعلهما مع بروتينات هيكلية مثل سبيكترين والبروتين 4.1R. أظهرت الدراسات الحديثة أن ربط السبيكترين مع PS يعزز الاستقرار الميكانيكي للغشاء. يعزز PIP2 ارتباط البروتين 4.1R بالغليكوفرين C ولكنه يقلل تفاعله مع البروتين 3، وبالتالي قد يعدل ارتباط الطبقة الثنائية بهيكل الغشاء.

وقد وصفت الدراسات الحديثة وجود هياكل متخصصة تسمى "الطوافات الليبيدية" في غشاء كريات الدم الحمراء. هذه الهياكل غنية بالكوليسترول والسفينغوليبيد المرتبطة ببروتينات غشاء محددة، وهي FLOT1، ستوماتين (المجموعة 7)، بروتين G، مستقبلات بيتا الأدرينالية.

تقوم الطوافات الليبيدية (التي تشارك في إحداث إشارات خلوية في خلايا غير الكريات الحمراء) في الكريات الحمر بالتوسط في إشارات مستقبلات بيتا 2 الأدرينالينية وزيادة مستويات أحادي فوسفات الأدينوسين الحلقي، وبالتالي تنظيم دخول طفيليات الملاريا إلى كريات حمراء طبيعية.

بروتينات الغشاء

تكون بروتينات الغشاء مسؤولة عن تغير شكل كريات الدم الحمراء ومرونتها، مما يمكّنها من الانضغاط أثناء عبورها الشعيرات الدموية التي يقل قطرها عن نصف قطر كرية الدم الحمراء (7–8 ميكرون) واستعادة الشكل القرصي في أقرب وقت عندما تزول قوى الضغط المطبقة عليها، بطريقة مشابهة لجسم مطاطي.

يوجد حالياً أكثر من 50 بروتين غشائي معروف، يتراوح عددها من بضع مئات إلى مليون نسخة في كل كرية دم حمراء. ما يقرب 25 نوع بروتيني غشائي يحمل مستضدات زمر الدم المختلفة، مثل مستضدات A و B و Rh. يمكن أن تؤدي بروتينات الغشاء مجموعة متنوعة من الوظائف، مثل نقل الأيونات والجزيئات عبر غشاء الكرية الحمراء، الالتصاق والتفاعل مع الخلايا الأخرى مثل الخلايا البطانية، كمستقبلات إشارة، بالإضافة إلى وظائف أخرى غير معروفة حالياً. نشأت أنواع الدم عند البشر نتيجة الاختلاف في البروتينات السكرية للكريات الحمراء. ترتبط اضطرابات بروتينات الغشاء بالعديد من الأمراض، مثل كثرة الكريات الحمر الكروية الوراثية، وكثرة الكريات الإهليلجية الوراثية، وكثرة الكريات المفوهة الوراثية ، والبيلة الهيموغلوبينية الليلية الانتيابية.

تصنف بروتينات الغشاء وفقاً لوظائفها:

النقل

• البروتين 3 الشريطي: ناقل الأيون، وهو أيضاً مُكوّن هيكلي مهم لغشاء كرية الدم الحمراء، ويُشكّل ما يقارب 25% من سطح غشاء الخلية، وتحتوي كل خلية حمراء على مليون نسخة تقريباً. يُعرِّف زمرة الدم دييغو.
• أكوابورين 1: ناقل للماء، يُعرِّف زمرة الدم كولتون.
• ناقل الجلوكوز 1: ناقل للجلوكوز وحمض ديهيدروسكوربيك.
• بروتين مستضد Kidd: ناقل لليوريا.
• البروتين السكري المرتبط بعامل ريزيوس: ناقل للغاز، وربما ثنائي أكسيد الكربون، يعرف زمرة دم ريزيوس وما يرتبط بها من النمط الظاهري لزمرة الدم رينول.
• مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.
• مضخة الكالسيوم.
• ناقل مشترك للصوديوم والبوتاسيوم والكلور.
• ناقل مشترك للصوديوم والكلور.
• مبادل عكسي بين البروتون والصوديوم.
• ناقل مشترك للبوتاسيوم والكلور.
• قناة غاردوس (هي قناة لنقل البوتاسيوم تُفعل بوجود الكالسيوم داخل الخلايا).

التصاق الخلية

• جزيء الالتصاق داخل الخلوي 4 ICAM-4: يتفاعل مع إنتغرين.
• جزيء التصاق الخلية القاعدية BCAM: بروتين سكري يعرف فصيلة الدم اللوثرية ويعرف أيضاً باسم بروتين Lu أو البروتين الرابط للامينين.

الدور الهيكلي

تقوم بروتينات الغشاء التالية بإنشاء روابط مع البروتينات الهيكلية وقد تلعب دوراً مهماًَ في تنظيم التماسك بين طبقة الشحوم الثنائية والهيكل الغشائي، مما يُمكِّن الكرية الحمراء من الحفاظ على مساحة مناسبة لسطح الغشاء عن طريق منع الغشاء من الانخماص.

• بروتينات المعقد كبيرة الجزيئات المعتمدة على الأنكرين: تربط طبقة الشحوم الثنائية بهيكل الغشاء من خلال تفاعل مجالات السيتوبلازم الخاصة بهم مع الأنكرين.
  • البروتين 3 الشريطي: يجمع أيضاً العديد من الإنزيمات الحالة للغلوكوز، وناقل ثاني أكسيد الكربون المفترض، وكاربونيك أنهيدراز في مركب جزيئي كبير يسمى "metabolon"، والذي قد يلعب دوراً رئيسياً في تنظيم استقلاب الكريات الحمراء ووظيفة نقل الأيونات والغازات.
  • البروتين السكري المرتبط بالعامل ريزيوس: يشارك أيضاً في النقل، ويعرف النمط الظاهري النادر المرتبط بفصيلة الدم Rh _mod.
• بروتينات المعقد كبيرة الجزيئات المعتمدة على البروتين 4.1R: بروتينات تتفاعل مع البروتين 4.1R.
  • البروتين 4.1R: ضعيف التعبير عن مستضدات Gerbich.
  • غليكوفورين C وغليكوبروتين D: يعرف زمرة الدم Gerbich.
  • بروتين XK: يحدد زمرة الدم Kell والنمط الظاهري النادر Mcleod (نقص مستضد Kx والتعبير المنخفض لمستضدات Kell).
  • نظام الزمرة الدموية الريسوسية RhD/RhCE: يُعرّف زمرة الدم الريزيوسية وما يرتبط بها من النمط الظاهري النادر لزمرة الدم Rh _null.
  • نظام مستضد دافي: تم اقتراحه ليرتبط مع كيموكين.
  • أديوسين: يتفاعل مع البروتين 3 الشريطي.
  • ديماتين: يتفاعل مع ناقل الجلوكوز Glut1.

الكمون الكهربائي السطحي

الكمون زيتا هي خاصية كهروكيميائية لأسطح الخلايا يتم تحديدها بواسطة الشحنة الكهربائية للجزيئات المكشوفة على سطح أغشية الخلية. كمون زيتا الطبيعي للكريات الحمراء هو 15.7 مللي فولت. يبدو أن جزءً كبيراً من هذا الكمون قد ساهمت به بقايا حمض السياليك المتبقية في الغشاء إذ يؤدي إزالتها إلى كمون زيتا قدره −6.06 ميللي فولت.