ماذا تفعل كل اجزاء الخلية؟

الخلايا هي اللبنات الأساسية للحياة. أقل شاعرية ، فهي أصغر وحدات الكائنات الحية التي تحتفظ بجميع الخصائص الأساسية المرتبطة بالحياة نفسها (على سبيل المثال ، تخليق البروتين واستهلاك الوقود والمواد الوراثية). نتيجة لذلك ، على الرغم من حجمها الصغير ، يجب أن تؤدي الخلايا مجموعة متنوعة من الوظائف ، المنسقة والمستقلة. وهذا بدوره يعني أنه يجب أن تحتوي على مجموعة واسعة من الأجزاء المادية المتميزة.

تتكون معظم الكائنات بدائية النواة من خلية واحدة فقط ، بينما تحتوي أجسام حقيقيات النوى مثلك على تريليونات. تحتوي الخلايا حقيقية النواة على هياكل متخصصة تسمى العضيات ، والتي تشتمل على غشاء مشابه للغشاء المحيط بالخلية بأكملها. هذه العضيات هي القوات البرية للخلية ، وتتأكد باستمرار من تلبية جميع احتياجات الخلية اللحظية.

تحتوي جميع الخلايا ، كحد أدنى ، على غشاء خلوي ، مادة وراثية وسيتوبلازم ، يُسمى أيضًا العصارة الخلوية. هذه المادة الجينية هي حمض ديوكسي ريبونوكلييك أو دنا. في بدائيات النوى ، يتجمع الحمض النووي في جزء واحد من السيتوبلازم ، لكنه غير محاط بغشاء لأن حقيقيات النوى فقط لها نواة. تحتوي جميع الخلايا على غشاء خلوي يتكون من طبقة ثنائية فوسفورية ؛ تحتوي الخلايا بدائية النواة على جدار خلوي خارج غشاء الخلية مباشرة لمزيد من الاستقرار والحماية. خلايا النباتات ، التي تعتبر حقيقيات النوى مع الفطريات والحيوانات ، لها أيضًا جدران خلوية.

تحتوي جميع الخلايا أيضًا على ريبوسومات. في بدائيات النوى ، تطفو هذه بحرية في السيتوبلازم ؛ في حقيقيات النوى عادة ما تكون مرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية. غالبًا ما يتم تصنيف الريبوسومات على أنها نوع من العضية ، ولكن في بعض المخططات لا يتم تصنيفها على هذا النحو لأنها تفتقر إلى الغشاء. عدم وضع علامات على عضيات الريبوسومات يجعل مخطط "حقيقيات النوى فقط لها عضيات" متسق. تشمل هذه العضيات حقيقية النواة ، بالإضافة إلى الشبكة الإندوبلازمية ، الميتوكوندريا (أو في النباتات ، البلاستيدات الخضراء) ، وأجسام جولجي ، والجسيمات الحالة ، والفجوات ، والهيكل الخلوي.

غشاء الخلية ، الذي يسمى أيضًا غشاء البلازما ، هو حد مادي بين البيئة الداخلية للخلية والعالم الخارجي. ومع ذلك ، لا تخطئ في هذا التقييم الأساسي للاقتراح بأن دور غشاء الخلية هو مجرد حماية ، أو أن الغشاء هو مجرد نوع من خط الملكية التعسفي. هذه الميزة لجميع الخلايا ، بدائية النواة وكذلك حقيقية النواة ، هي نتاج بضعة مليارات من السنين من التطور وهي في حقيقة هي أعجوبة ديناميكية متعددة الوظائف يمكن القول إنها تعمل ككيان يتمتع بذكاء حقيقي أكثر من كونه مجرد كيان حاجز.

من المعروف أن غشاء الخلية يتكون من طبقة ثنائية فسفوليبيد ، مما يعني أنه يتكون من طبقتين متطابقتين مكونتين من جزيئات الفوسفوليبيد (أو بشكل أكثر ملاءمة ، فوسفوجليسيروليبيد). كل طبقة مفردة غير متناظرة ، وتتكون من جزيئات فردية لها علاقة ما بالحبار ، أو بالونات تحمل القليل من الشرابات. "الرؤوس" هي أجزاء الفوسفات ، التي تحتوي على صافي اختلال في الشحنة الكهروكيميائية وبالتالي تعتبر قطبية. نظرًا لأن الماء أيضًا قطبي ، ولأن الجزيئات ذات الخصائص الكهروكيميائية المتشابهة تميل إلى التجمع معًا ، فإن هذا الجزء من الفسفوليبيد يعتبر محبًا للماء. "ذيول" هي الدهون ، على وجه التحديد زوج من الأحماض الدهنية. على عكس الفوسفات ، فهي غير مشحونة وبالتالي كارهة للماء. يتم ربط الفوسفات بجانب واحد من بقايا جلسرين ثلاثي الكربون في منتصف الجزيء ، ويتم ربط الحموضين الدهنيين بالجانب الآخر.

نظرًا لأن ذيول الدهون الكارهة للماء ترتبط تلقائيًا ببعضها البعض في المحلول ، يتم إعداد الطبقة الثنائية بحيث تواجه طبقات الفوسفات الخارج ونحو داخل الخلية ، بينما تختلط الطبقتان الدهنيتان في الداخل طبقة ثنائية. هذا يعني أن الأغشية المزدوجة تتم محاذاتها كصور معكوسة ، مثل جانبي جسمك.

لا يمنع الغشاء المواد الضارة من الوصول إلى الداخل فقط. إنه قابل للاختراق بشكل انتقائي ، مما يسمح بدخول المواد الحيوية ولكن يمنع الآخرين ، مثل الحارس في ملهى ليلي عصري. كما يسمح بشكل انتقائي بإخراج النفايات. تعمل بعض البروتينات الموجودة في الغشاء كمضخات أيونية للحفاظ على التوازن (التوازن الكيميائي) داخل الخلية.

يمثل السيتوبلازم الخلوي ، الذي يُطلق عليه بدلاً من ذلك العصارة الخلوية ، الحساء الذي "تسبح" فيه المكونات المختلفة للخلية. كل الخلايا ، بدائية النواة وحقيقية النواة ، لها سيتوبلازم ، وبدونها لا يمكن للخلية أن تتمتع بسلامة هيكلية أكثر من البالون الفارغ.

إذا سبق لك أن رأيت حلوى الجيلاتين مع قطع الفاكهة المضمنة في الداخل ، فقد تفكر في الجيلاتين نفسها مثل السيتوبلازم ، والفاكهة كعضيات والطبق الذي يحمل الجيلاتين كغشاء خلوي أو خلية حائط. اتساق السيتوبلازم مائي ، ويشار إليه أيضًا باسم المصفوفة. بغض النظر عن نوع الخلية المعنية ، يحتوي السيتوبلازم على كثافة بروتينية وجزيئية أعلى بكثير من تلك الموجودة في مياه المحيط أو أي غير حي البيئة ، وهي شهادة على الوظيفة التي يقوم بها غشاء الخلية في الحفاظ على التوازن الداخلي (كلمة أخرى لـ "التوازن" كما هو مطبق على الكائنات الحية) في الداخل الخلايا.

في بدائيات النوى ، توجد المادة الوراثية للخلية ، الحمض النووي الذي تستخدمه للتكاثر وكذلك لتوجيه بقية الخلية لإنتاج منتجات بروتينية للكائن الحي ، في السيتوبلازم. في حقيقيات النوى ، تكون محاطة ببنية تسمى النواة.

يتم تحديد النواة من السيتوبلازم بواسطة غلاف نووي ، والذي يشبه فيزيائيًا غشاء البلازما للخلية. يحتوي الغلاف النووي على مسام نووية تسمح بتدفق وخروج جزيئات معينة. هذه العضية هي الأكبر في أي خلية ، حيث تمثل ما يصل إلى 10 في المائة من حجم الخلية ، ويمكن رؤيتها بسهولة باستخدام أي مجهر قوي بما يكفي للكشف عن الخلايا نفسها. لقد عرف العلماء وجود النواة منذ ثلاثينيات القرن التاسع عشر.

داخل النواة يوجد الكروماتين ، وهو اسم الشكل الذي يتخذه الحمض النووي عندما لا تستعد الخلية للانقسام: ملفوف ، لكن لا ينفصل إلى كروموسومات تظهر مميزة في الفحص المجهري. النواة هي جزء من النواة يحتوي على الحمض النووي المؤتلف (rDNA) ، وهو الحمض النووي المخصص لتخليق الحمض النووي الريبي الريباسي (الرنا الريباسي). أخيرًا ، فإن النيوكليوبلازم عبارة عن مادة مائية داخل الغلاف النووي تشبه السيتوبلازم في الخلية المناسبة.

بالإضافة إلى تخزين المادة الوراثية ، تحدد النواة متى تنقسم الخلية وتتكاثر.

توجد الميتوكوندريا في حقيقيات النوى الحيوانية وتمثل "محطات توليد الطاقة" للخلايا ، حيث أن هذه العضيات المستطيلة هي المكان الذي يحدث فيه التنفس الهوائي. يولد التنفس الهوائي 36 إلى 38 جزيءًا من ATP ، أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات (مصدر الطاقة الرئيسي للخلايا) لكل جزيء من الجلوكوز (عملة الوقود النهائية للجسم) التي يستهلكها ؛ من ناحية أخرى ، يولد التحلل السكري ، الذي لا يتطلب استمرار الأكسجين ، حوالي عُشر هذه الطاقة (4 ATP لكل جزيء جلوكوز). يمكن للبكتيريا أن تتغلب على تحلل السكر وحده ، لكن حقيقيات النوى لا تستطيع ذلك.

يحدث التنفس الهوائي على خطوتين ، في موقعين مختلفين داخل الميتوكوندريا. الخطوة الأولى هي دورة كريبس ، وهي سلسلة من التفاعلات التي تحدث على مصفوفة الميتوكوندريا ، والتي تشبه البلازما النووية أو السيتوبلازم في مكان آخر. في دورة كريبس - وتسمى أيضًا دورة حمض الستريك أو دورة حمض الكربوكسيل - جزيئين من البيروفات ، جزيء ثلاثي الكربون ينتج في تحلل السكر ، يدخل المصفوفة لكل جزيء واحد من ستة كربون جلوكوز مستهلك. هناك ، يخضع البيروفات لدورة من التفاعلات التي تولد مادة لمزيد من دورات كريبس وأكثر من ذلك الأهم من ذلك ، ناقلات الإلكترون عالية الطاقة للخطوة التالية في التمثيل الغذائي الهوائي ، نقل الإلكترون سلسلة. تحدث هذه التفاعلات على غشاء الميتوكوندريا وهي الوسيلة التي يتم من خلالها تحرير جزيئات ATP أثناء التنفس الهوائي.

الحيوانات والنباتات والفطريات هي حقيقيات النوى التي تسكن الأرض حاليًا. بينما تستخدم الحيوانات الجلوكوز والأكسجين لتوليد الوقود والماء وثاني أكسيد الكربون ، تستفيد النباتات من الماء وثاني أكسيد الكربون وطاقة الشمس لتشغيل صناعة الأكسجين والجلوكوز. إذا كان هذا الترتيب لا يبدو مصادفة ، فهو ليس كذلك. تُسمى العملية التي تستخدمها النباتات لتلبية احتياجاتها الأيضية التمثيل الضوئي ، وهي في الأساس عبارة عن تنفس هوائي يعمل تمامًا في الاتجاه المعاكس.

نظرًا لأن الخلايا النباتية لا تكسر المنتجات الثانوية للجلوكوز باستخدام الأكسجين ، فإنها لا تمتلك الميتوكوندريا ولا تحتاج إليها. بدلاً من ذلك ، تمتلك النباتات البلاستيدات الخضراء ، والتي في الواقع تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. تحتوي كل خلية نباتية في أي مكان من 15 أو 20 إلى حوالي 100 من البلاستيدات الخضراء ، والتي يُعتقد ، مثل الميتوكوندريا في الخلايا الحيوانية ، أنها كانت موجودة في السابق على أنها قائمة بذاتها البكتيريا في الأيام التي سبقت تطور حقيقيات النوى بعد ابتلاع هذه الكائنات الدقيقة على ما يبدو ودمج آلية التمثيل الغذائي لهذه البكتيريا في خاصة.

إذا كانت الميتوكوندريا هي محطات توليد الطاقة للخلايا ، فإن الريبوسومات هي المصانع. لا ترتبط الريبوسومات بالأغشية وبالتالي فهي ليست عضيات تقنيًا ، ولكنها غالبًا ما يتم تجميعها مع عضيات حقيقية للراحة.

تم العثور على الريبوسومات في سيتوبلازم بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، ولكن في الأخير غالبًا ما ترتبط بالشبكة الإندوبلازمية. تتكون من حوالي 60 في المائة من البروتين وحوالي 40 في المائة من الرنا الريباسي. الرنا الريباسي هو حمض نووي ، مثل الحمض النووي الريبي ، الحمض النووي الريبي المرسال (مرنا) والحمض النووي الريبي الناقل (الحمض النووي الريبي).

توجد الريبوسومات لسبب واحد بسيط: تصنيع البروتينات. يفعلون ذلك من خلال عملية الترجمة ، وهي تحويل التعليمات الجينية المشفرة في الرنا الريباسي عبر الحمض النووي إلى منتجات بروتينية. تجمع الريبوسومات البروتينات من 20 نوعًا من الأحماض الأمينية في الجسم ، كل منها ينتقل إلى الريبوسوم بواسطة نوع معين من الحمض الريبي النووي النقال. يتم تحديد الترتيب الذي يتم به إضافة هذه الأحماض الأمينية بواسطة mRNA ، حيث يحتفظ كل منها بالمعلومات المستمدة من عنصر واحد جين الحمض النووي - أي طول الحمض النووي الذي يعمل كمخطط لمنتج بروتيني واحد ، سواء كان إنزيمًا أو هرمونًا أو عينًا صبغة.

تعتبر الترجمة الجزء الثالث والأخير مما يسمى بالعقيدة المركزية للبيولوجيا الصغيرة الحجم: الحمض النووي يصنع mRNA ، و mRNA يصنع ، أو على الأقل يحمل تعليمات للبروتينات. في المخطط الكبير ، الريبوسوم هو الجزء الوحيد من الخلية الذي يعتمد في نفس الوقت على جميع الأنواع القياسية الثلاثة من الحمض النووي الريبي (mRNA و rRNA و tRNA) من أجل العمل.

معظم العضيات المتبقية عبارة عن حويصلات ، أو "أكياس" بيولوجية من نوع ما. تحتوي أجسام جولجي ، التي لها ترتيب "مكدس فطائر" مميز في الفحص المجهري ، على بروتينات مركبة حديثًا ؛ تطلق أجسام جولجي هذه في حويصلات صغيرة عن طريق الضغط عليها ، وعند هذه النقطة يكون لهذه الأجسام الصغيرة غشاء مغلق خاص بها. تنتهي معظم هذه الحويصلات الصغيرة في الشبكة الإندوبلازمية ، والتي تشبه الطريق السريع أو نظام السكك الحديدية للخلية بأكملها. بعض أنواع الإندوبلازمية لها العديد من الريبوسومات المرتبطة بها ، مما يعطيها مظهرًا "خشنًا" تحت المجهر ؛ وفقًا لذلك ، تحمل هذه العضيات اسم الشبكة الإندوبلازمية الخشنة أو RER. في المقابل ، تسمى الشبكة الإندوبلازمية الخالية من الريبوسوم الشبكة الإندوبلازمية الملساء أو SER.

تحتوي الخلايا أيضًا على الجسيمات الحالة ، وهي حويصلات تحتوي على إنزيمات قوية تعمل على تكسير النفايات أو الزائرين غير المرغوب فيهم. هذه مثل الإجابة الخلوية لطاقم التنظيف.