الخلايا بدائية النواة: التعريف ، الهيكل ، الوظيفة (مع أمثلة)

يعتقد العلماء أن الخلايا بدائية النواة كانت من أوائل أشكال الحياة على الأرض. لا تزال هذه الخلايا وفيرة حتى اليوم ويمكن تقسيمها إلى بكتيريا وعتيقة.

المثال الكلاسيكي لخلية بدائية النواة هو الإشريكية القولونية (E. القولونية).

تعتبر الخلايا بدائية النواة أساسية لإتقان بيولوجيا خلايا المدرسة الثانوية. تابع القراءة للتعرف على المكونات الخلوية المختلفة بدائيات النوى.

تميل بدائيات النوى إلى أن تكون كائنات حية وحيدة الخلية بسيطة لا ترتبط بالغشاء العضيات أو نواة. حقيقيات النواة هذه الهياكل.

منذ مليارات السنين ، ربما تطورت بدائيات النوى من جزيئات عضوية مرتبطة بغشاء تسمى protobionts. ربما كانوا أول أشكال الحياة على هذا الكوكب.

يمكنك تقسيم بدائيات النوى إلى مجالين: بكتيريا و العتيقة.

(لاحظ أنه عندما تكتب عن المجالات ، يجب أن تكتب الأسماء بأحرف كبيرة. ومع ذلك ، يمكنك تركها بأحرف صغيرة عند الكتابة عن المجموعتين بشكل عام.)

تتكون كلتا المجموعتين من كائنات صغيرة وحيدة الخلية ، ولكن هناك اختلافات بينهما. تحتوي البكتيريا على ببتيدوغليكان جدران الخلايا والعتيقة لا. بالإضافة إلى ذلك ، البكتيريا لها أحماض دهنية في دهون غشاء البلازما الخاصة بهم بينما تمتلك العتائق فيتانيل مجموعات.

تشمل بعض الأمثلة على البكتيريا الشائعة E. القولونية و المكورات العنقودية الذهبية (المعروف باسم العنقوديات). الهالوفيلات التي تعيش في الملح هي مثال على الأركيا.

البكتيريا هي أحد المجالين اللذين يشكلان الخلايا بدائية النواة. إنها أشكال حياة متنوعة وتتكاثر عن طريق الانشطار الثنائي.

هناك ثلاثة أساسية أشكال الخلايا البكتيرية: المكورات, عصيات و سبيريلا. المكورات هي بكتيريا بيضاوية أو كروية ، والعصيات على شكل قضيب والسبريلا حلزونية.

تلعب البكتيريا دورًا مهمًا في أمراض الإنسان وصحته. بعض هذه الميكروبات ، مثل المكورات العنقودية الذهبية، يمكن أن يسبب التهابات في الناس. ومع ذلك ، فإن البكتيريا الأخرى مفيدة ، مثل الملبنة الحمضة، مما يساعد جسمك على تكسير اللاكتوز الموجود في منتجات الألبان.

تم تصنيفها في البداية على أنها بكتيريا قديمة وتسمى "البكتيريا الأثرية" ، وأصبح لها الآن مجالها الخاص. العديد من أنواع العتائق المتطرفين ويعيشون في ظروف قاسية ، مثل غليان الينابيع الساخنة أو المياه الحمضية ، التي لا تستطيع البكتيريا تحملها.

تشمل بعض الأمثلة محبي الحرارة التي توجد في درجات حرارة أعلى من 176 درجة فهرنهايت (80 درجة مئوية) والهالوفيلات التي يمكن أن تعيش في المحاليل الملحية التي تتراوح من 10 إلى 30 في المائة. توفر جدران الخلايا في الأركيا الحماية وتسمح لهم بالعيش في بيئات قاسية.

تحتوي الأركيا على العديد من الأشكال والأحجام المختلفة التي تتراوح من قضبان إلى لولبية. تتشابه بعض جوانب سلوك العتائق ، مثل التكاثر ، مع البكتيريا. ومع ذلك ، فإن السلوكيات الأخرى ، مثل التعبير الجيني ، تشبه حقيقيات النوى.

يمكن أن تتكاثر بدائيات النوى بعدة طرق. تشمل الأنواع الأساسية للتكاثر البراعم ، الانشطار الثنائي والتفتت. على الرغم من أن بعض البكتيريا لها تكوين بوغ ، إلا أنها لا تعتبر تكاثر لأنه لا يوجد ذرية تتشكل من خلال هذه العملية.

مهدها يحدث عندما تصنع الخلية برعمًا يشبه الفقاعة. يستمر البرعم في النمو بينما يكون مرتبطًا بالخلية الأم. في النهاية ، ينفصل البرعم عن الخلية الأم.

الانشطار الثنائي يحدث عندما تنقسم الخلية إلى خليتين ابنتيتين متطابقتين. تجزئة يحدث عندما تنقسم الخلية إلى قطع صغيرة أو شظايا ، وتصبح كل قطعة خلية جديدة.

الانشطار الثنائي هو نوع شائع من التكاثر في الخلايا بدائية النواة. تتضمن العملية انقسام الخلية الأم إلى خليتين متطابقتين. الخطوة الأولى في الانشطار الثنائي هي نسخ الحمض النووي. ثم ينتقل الحمض النووي الجديد إلى الطرف المقابل للخلية.

بعد ذلك ، تبدأ الخلية في النمو والتوسع. في النهاية ، أ الحاجز تتشكل الحلقة في المنتصف وتقرص الخلية إلى قطعتين. والنتيجة هي خليتان متطابقتان.

عند مقارنة الانشطار الثنائي بانقسام الخلايا في الخلايا حقيقية النواة ، قد تلاحظ بعض أوجه التشابه الصغيرة. على سبيل المثال ، كلاهما الانقسام المتساوي والانشطار الثنائي يخلق خلايا ابنة متطابقة. تتضمن كلتا العمليتين أيضًا ازدواجية الحمض النووي.

يمكن أن يختلف هيكل خلية بدائيات النوى ، ولكن معظم الكائنات الحية لها عدة مكونات أساسية. بدائيات النوى لها غشاء الخلية أو غشاء بلازمي يعمل كغطاء واقي. لديهم أيضا جامدة جدار الخلية لمزيد من الدعم والحماية.

الخلايا بدائية النواة لها الريبوسومات، وهي جزيئات تصنع البروتينات. مادتهم الجينية موجودة في نووي، وهي المنطقة التي يعيش فيها الحمض النووي. حلقات إضافية من الحمض النووي تسمى البلازميدات تطفو حول السيتوبلازم. من المهم ملاحظة أن بدائيات النوى لا تحتوي على غشاء نووي.

بالإضافة إلى هذه الهياكل الداخلية ، تحتوي بعض الخلايا بدائية النواة على بيلوس أو السوط لمساعدتهم على التحرك. إن Pilus هي ميزة خارجية تشبه الشعر ، في حين أن السوط هو ميزة خارجية تشبه الجلد. تحتوي بعض بدائيات النوى مثل البكتيريا على كبسولة خارج جدران خلاياها. يمكن أن يختلف تخزين المغذيات أيضًا ، لكن العديد من بدائيات النوى تستخدم حبيبات التخزين في السيتوبلازم.

المعلومات الجينية في بدائيات النوى موجودة داخل النواة. على عكس حقيقيات النوى ، لا تحتوي بدائيات النوى على نواة مرتبطة بالغشاء. بدلاً من ذلك ، تعيش جزيئات الحمض النووي الدائرية في منطقة من السيتوبلازم. على سبيل المثال ، فإن الكروموسوم البكتيري الدائري هو حلقة واحدة كبيرة بدلاً من الكروموسومات الفردية.

يبدأ تخليق الحمض النووي في البكتيريا ببدء النسخ المتماثل في تسلسل نوكليوتيد محدد. ثم يحدث الاستطالة لإضافة نيوكليوتيدات جديدة. بعد ذلك ، يحدث الإنهاء بعد أشكال الكروموسوم الجديدة.

في بدائيات النوى ، يحدث التعبير الجيني بطريقة مختلفة. يمكن أن يكون لكل من البكتيريا والعتائق نسخ وترجمة في نفس الوقت.

هذا يعني أن الخلايا يمكن أن تصنع أحماض أمينية، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات ، في أي وقت.

جدار الخلية في بدائيات النوى له عدة أغراض. يحمي الخلية ويقدم الدعم. بالإضافة إلى ذلك ، فهو يساعد الخلية في الحفاظ على شكلها ويمنعها من الانفجار. يقع خارج غشاء البلازما ، الهيكل العام لجدار الخلية أكثر تعقيدًا من الهيكل الموجود في النباتات.

في البكتيريا ، يتكون جدار الخلية من ببتيدوغليكان أو مورين، والتي تتكون من سلاسل عديد السكاريد. ومع ذلك ، تختلف جدران الخلايا بين البكتيريا موجبة الجرام والبكتيريا سالبة الجرام.

البكتيريا موجبة الجرام لها جدار خلوي سميك ، بينما البكتيريا سالبة الجرام لها جدار رقيق. نظرًا لأن جدرانها رقيقة ، فإن البكتيريا سالبة الجرام لها طبقة إضافية من عديدات السكاريد الدهنية.

يمكن للمضادات الحيوية والأدوية الأخرى أن تستهدف جدران الخلايا في البكتيريا دون الإضرار بالبشر لأن البشر لا يمتلكون هذه الأنواع من الجدران في خلاياهم. ومع ذلك ، فإن بعض البكتيريا تكتسب مقاومة للمضادات الحيوية ، وتتوقف فعالية الأدوية.

تحدث مقاومة المضادات الحيوية عندما تتطور البكتيريا ، ويمكن للبكتيريا التي لديها طفرات تسمح لها بالبقاء على قيد الحياة أن تتكاثر الأدوية.

يعد تخزين المغذيات أمرًا مهمًا بالنسبة إلى بدائيات النوى لأن بعضها موجود في بيئات تجعل من الصعب الحصول على إمدادات غذائية متسقة. طورت بدائيات النوى هياكل محددة لتخزين المغذيات.

فجوات بمثابة فقاعات تخزين للطعام أو العناصر الغذائية. يمكن أن تحتوي البكتيريا أيضًا الادراج، وهي هياكل لحفظ احتياطيات الجليكوجين أو النشا. شقق صغيرة في بدائيات النوى لها قذائف بروتينية ويمكنها حمل الإنزيمات أو البروتينات. هناك أنواع متخصصة من الأجزاء الدقيقة مثل المغناطيسية و الكربوكسيسومات.

هناك قلق متزايد بشأن مقاومة المضادات الحيوية في جميع أنحاء العالم. تحدث مقاومة المضادات الحيوية عندما تكون البكتيريا قادرة على التطور ولم تعد تستجيب للأدوية التي دمرتها سابقًا. هذا يعني أن الأشخاص الذين يتناولون مضادًا حيويًا لن يتمكنوا من قتل البكتيريا داخل أجسامهم.

الانتقاء الطبيعي يعزز مقاومة البكتيريا. على سبيل المثال ، تمتلك بعض البكتيريا طفرات عشوائية تسمح لها بمقاومة المضادات الحيوية. عندما تتناول دواءً ، فإنه لن يعمل على هذه البكتيريا المقاومة. بعد ذلك ، يمكن لهذه البكتيريا أن تنمو وتتكاثر.

يمكنهم أيضًا إعطاء مقاومتهم للبكتيريا الأخرى من خلال مشاركة الجينات ، مما يخلق جراثيم خارقة يصعب علاجها. مقاومة للميثيسيلين المكورات العنقودية الذهبية (MRSA) هو مثال على بكتيريا خارقة مقاومة للمضادات الحيوية.

تكرار الحمض النووي يحدث بسرعة أكبر في بدائيات النوى من حقيقيات النوى ، لذلك يمكن للبكتيريا أن تتكاثر بمعدل أسرع بكثير من البشر. كما أن عدم وجود نقاط تفتيش أثناء تكاثر البكتيريا مقارنة بحقيقيات النوى يسمح أيضًا بمزيد من الطفرات العشوائية. تساهم كل هذه العوامل في مقاومة المضادات الحيوية.

على الرغم من أن البكتيريا غالبًا ما تسبب أمراضًا للإنسان ، إلا أن الناس لديهم أيضًا علاقات تكافلية مع بعض الميكروبات. البكتيريا المفيدة مهمة لصحة الجلد والفم والجهاز الهضمي.

على سبيل المثال، بيفيدوباكتيريا تعيش في أمعائك وتساعدك على تكسير الطعام. إنها أجزاء أساسية من نظام الأمعاء الصحي.

البريبايوتكس هي الأطعمة التي تساعد البكتيريا في أمعائك. تشمل بعض الأمثلة الشائعة الثوم والبصل والكراث والموز وخضر الهندباء والهليون. توفر البريبايوتكس الألياف والمواد الغذائية التي تحتاجها بكتيريا الأمعاء المفيدة لتنمو.

من ناحية أخرى ، فإن البروبيوتيك هي بكتيريا حية يمكن أن تساعد في عملية الهضم. يمكنك أيضًا العثور على الكائنات الحية المجهرية في الأطعمة مثل الزبادي أو الكيمتشي.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من نقل الجينات في بدائيات النوى: التنبيغ ، الاقتران والتحول. التنبيغ هو نقل جيني أفقي يحدث عندما يساعد الفيروس في نقل الحمض النووي من بكتيريا إلى أخرى.

اقتران يتضمن الاندماج المؤقت للميكروبات لنقل الحمض النووي. هذه العملية عادة ما تنطوي على بيلوس. يحدث التحول عندما يأخذ بدائيات النوى قطعًا من الحمض النووي من بيئته.

يعتبر نقل الجينات مهمًا للأمراض لأنه يسمح للميكروبات بمشاركة الحمض النووي وتصبح مقاومة للأدوية. على سبيل المثال ، يمكن للبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية أن تشارك الجينات مع بكتيريا أخرى. قد تواجه نقل الجينات بين الميكروبات في فصول العلوم ، وخاصة مختبرات الكلية ، لأنها مهمة للبحث العلمي.

يختلف التمثيل الغذائي في بدائيات النوى أكثر مما ستجده في حقيقيات النوى. يسمح بدائيات النوى مثل المتطرفين بالعيش في بيئات قاسية. تستخدم بعض الكائنات الحية عملية التمثيل الضوئي ، لكن البعض الآخر يمكن أن يستمد الطاقة من الوقود غير العضوي.

يمكنك تصنيف بدائيات النوى إلى التغذية الذاتية و غيرية التغذية. تحصل الكائنات ذاتية التغذية على الكربون من ثاني أكسيد الكربون وتصنع طعامها العضوي من مواد غير عضوية ، لكن الكائنات غيرية التغذية تحصل على الكربون من الكائنات الحية الأخرى ولا يمكنها صنع طعامها العضوي.

الأنواع الرئيسية من autotrophs هي فوتوتروفس, ليثوتروف و التغذية العضوية. تستخدم الصور الفوتوغرافية التمثيل الضوئي للحصول على الطاقة وتوليد الوقود. ومع ذلك ، ليس كل منهم يصنع الأكسجين مثل الخلايا النباتية أثناء العملية.

البكتيريا الزرقاء هي مثال على phototrophs. تستخدم الليثوتروف جزيئات غير عضوية كغذاء ، وعادة ما تعتمد على الصخور كمصدر. ومع ذلك ، لا يمكن للخلايا الحجرية الحصول على الكربون من الصخور ، لذا فهي بحاجة إلى الهواء أو أي مادة أخرى تحتوي على هذا العنصر. تستخدم التغذية العضوية المركبات العضوية للحصول على العناصر الغذائية.

بدائيات النوى وحقيقيات النوى ليست هي نفسها لأن أنواع الخلايا تختلف اختلافًا كبيرًا. لا تحتوي بدائيات النوى على العضيات والنواة المرتبطة بالغشاء التي تجدها في حقيقيات النوى ؛ يطفو حمضهم النووي داخل السيتوبلازم.

بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك بدائيات النوى مساحة سطح أصغر مقارنةً بحقيقيات النوى. علاوة على ذلك ، فإن بدائيات النوى أحادية الخلية على الرغم من أن بعض الكائنات الحية قادرة على التجمع لتشكيل مستعمرات.

الخلايا بدائية النواة أقل تنظيماً من الخلايا حقيقية النواة. هناك أيضًا اختلافات في مستويات التنظيم ، مثل نمو الخلايا ، في بدائيات النوى. يمكنك أن ترى هذا في معدلات الطفرات للبكتيريا لأن عددًا أقل من التنظيمات يسمح بالطفرات السريعة والتكاثر.

نظرًا لأن بدائيات النوى لا تحتوي على عضيات ، فإن عملية التمثيل الغذائي لها مختلفة وأقل كفاءة. هذا يمنعهم من النمو إلى حجم كبير ويحد في بعض الأحيان من قدرتها على التكاثر. ومع ذلك ، فإن بدائيات النوى جزء مهم من جميع النظم البيئية. من صحة الإنسان إلى البحث العلمي ، هذه الكائنات الدقيقة مهمة ويمكن أن تؤثر عليك بشكل كبير.