هياكل الخلايا ووظائفها الرئيسية الثلاث

الحاويات المجهرية المعروفة باسم الخلايا هي الوحدات الأساسية للكائنات الحية على الأرض. كل واحد يتباهى بجميع الخصائص التي ينسبها العلماء إلى الحياة. في الواقع ، تتكون بعض الكائنات الحية من خلية واحدة فقط. من ناحية أخرى ، فإن جسدك في حدود 100 تريليون.

تقريبا جميع الكائنات وحيدة الخلية بدائيات النوى، وفي مخطط تصنيف الحياة الكبير ، تنتمي هذه إما إلى مجال البكتيريا أو مجال الأركيا. البشر ، جنبا إلى جنب مع جميع الحيوانات والنباتات والفطريات ، هم حقيقيات النواة.

تؤدي هذه الهياكل الصغيرة نفس المهام على مقياس "صغير" للحفاظ على سلامتها كما تفعل أنت والكائنات الحية الأخرى ذات الحجم الكامل على نطاق "الماكرو" للبقاء على قيد الحياة. ومن الواضح ، إذا فشلت عدد كافٍ من الخلايا الفردية في هذه المهام ، فإن الكائن الأصلي سيفشل معها.

للبنى داخل الخلايا وظائف فردية ، وبصفة عامة ، بغض النظر عن الهيكل ، يمكن اختزالها إلى ثلاث وظائف أساسية: الواجهة المادية أو الحدود مع جزيئات محددة وسيلة منهجية لنقل المواد الكيميائية داخل أو على طول أو خارج الهيكل; و وظيفة استقلابية أو تناسلية محددة وفريدة من نوعها.

كما ذكرنا ، بينما تعتبر الخلايا عمومًا مكونات صغيرة للكائنات الحية ، هناك الكثير من الخلايا نكون الكائنات الحية.

بكتيريا، والتي لا يمكن رؤيتها ولكن بالتأكيد تجعل وجودها محسوسًا في العالم (على سبيل المثال ، بعضها يسبب أمراضًا معدية ، والبعض الآخر يساعد الأطعمة مثل الجبن والزبادي العمر بشكل صحيح ولا يزال الآخرون يلعبون دورًا في الحفاظ على صحة الجهاز الهضمي البشري) ، ومثال على الكائنات وحيدة الخلية ، و بدائيات النوى.

تحتوي الخلايا بدائية النواة على عدد محدود من المكونات الداخلية مقارنة بنظيراتها حقيقية النواة. وتشمل هذه أ غشاء الخلية, الريبوسومات, حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (الحمض النووي) و السيتوبلازم، السمات الأساسية الأربعة لجميع الخلايا الحية ؛ هذه موصوفة بالتفصيل في وقت لاحق.

تحتوي البكتيريا أيضًا على جدران خلوية خارج غشاء الخلية للحصول على دعم إضافي ، وبعضها يحتوي أيضًا على هياكل تسمى الأسواط، تراكيب whiplike المصنوعة من البروتين والتي تساعد الكائنات الحية التي ترتبط بها على التحرك في بيئتها.

تحتوي الخلايا حقيقية النواة على مجموعة من الهياكل التي لا تمتلكها الخلايا بدائية النواة ، وبالتالي تتمتع هذه الخلايا بمجموعة واسعة من الوظائف. ربما يكون أهمها نواة و ال الميتوكوندريا.

قبل التعمق في كيفية تعامل هياكل الخلايا الفردية مع هذه الوظائف ، من المفيد مراجعة ماهية تلك الهياكل وأين يمكن العثور عليها. الهياكل الأربعة الأولى في القائمة التالية مشتركة بين جميع الخلايا في الطبيعة ؛ تم العثور على الآخرين في حقيقيات النوى ، وإذا تم العثور على بنية فقط في بعض الخلايا حقيقية النواة ، يتم ملاحظة هذه المعلومات.

غشاء الخلية: هذا يسمى أيضا غشاء بلازمي، ولكن هذا يمكن أن يسبب ارتباكًا لأن الخلايا حقيقية النواة لها أغشية بلازما حولها العضيات، والعديد منها مفصل أدناه. يتكون هذا من طبقة ثنائية الفوسفوليبيد ، أو طبقتين متشابهتين تواجه كل منهما الأخرى بطريقة "صورة معكوسة". إنها آلة ديناميكية بقدر ما هي حاجز بسيط.

السيتوبلازم: هذه المصفوفة الشبيهة بالهلام هي المادة التي تجلس فيها النواة والعضيات وتركيبات الخلايا الأخرى ، مثل قطع الفاكهة في حلوى الجيلاتين الكلاسيكية. المواد تتحرك من خلال السيتوبلازم عن طريق الانتشار ، أو من مناطق ذات تركيزات أعلى من تلك المواد إلى مناطق ذات تركيز أقل.

الريبوسومات: هذه الهياكل ، التي لا تحتوي على أغشية خاصة بها وبالتالي لا تعتبر عضيات حقيقية ، هي مواقع تخليق البروتين في الخلايا وهي نفسها مصنوعة من وحدات بروتينية فرعية. لديهم "محطات لرسو السفن" لـ مرسال حمض الريبونوكلييك (مرنا)، الذي يحمل تعليمات الحمض النووي من النواة ، والأحماض الأمينية ، "اللبنات الأساسية" للبروتينات.

الحمض النووي: الخلايا المادة الوراثية يجلس في السيتوبلازم للخلايا بدائية النواة ، ولكن في نوى الخلايا حقيقية النواة (جمع "النواة"). تتكون من مونومرات - أي وحدات فرعية متكررة - تسمى النيوكليوتيدات، التي يوجد منها أربعة أنواع أساسية ، يتم حزم الحمض النووي جنبًا إلى جنب مع البروتينات الداعمة التي تسمى الهيستونات في مادة طويلة وخيطية تسمى الكروماتينية، والتي هي نفسها مقسمة إلى الكروموسومات في حقيقيات النوى.

تقدم العضيات أمثلة رائعة لهياكل الخلايا التي تخدم أغراضًا مميزة وضرورية وفريدة من نوعها تعتمد عليها الحفاظ على آليات النقل التي تعتمد بدورها على كيفية ارتباط هذه الهياكل ماديًا ببقية زنزانة.

الميتوكوندريا ربما تكون الجزيئات الأكثر بروزًا من حيث مظهرها المميز تحت المجهر وكذلك من حيث مظهرها الوظيفة ، وهي استخدام منتجات التفاعلات الكيميائية التي تكسر الجلوكوز في السيتوبلازم لاستخراج كمية كبيرة صفقة ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) طالما أن الأكسجين موجود. هذا هو المعروف باسم التنفس الخلوي ويحدث بشكل رئيسي على غشاء الميتوكوندريا.

العضيات الرئيسية الأخرى تشمل الشبكة الأندوبلازمية، نوع من "الطريق السريع" الخلوي الذي يحزم الجزيئات وينقلها بين الريبوسومات والنواة والسيتوبلازم والجزء الخارجي للخلية. جثث جولجي، أو "الأقراص" التي تنفصل عن الشبكة الإندوبلازمية مثل سيارات الأجرة الصغيرة. الجسيمات المحللة، وهي أجسام كروية مجوفة تعمل على تكسير الفضلات المتكونة أثناء تفاعلات الخلية الأيضية.

تحافظ الوظائف الثلاث لغشاء الخلية على سلامة الخلية نفسها ، حيث تعمل كغشاء شبه نافذ يمكن أن تمر عبره الجزيئات الصغيرة ويسهل النقل النشط من المواد عبر "مضخات" مغروسة في الغشاء.

الجزيئات التي تتكون منها كل طبقة من طبقتين من الغشاء هي الفسفوليبيد، التي لها "ذيول" كارهة للماء مصنوعة من الدهون التي تواجه الداخل (وبالتالي تجاه بعضها البعض) و "رؤوس" محبة للماء تحتوي على الفوسفور والتي تواجه إلى الخارج (وهذا باتجاه الداخل والخارج من العضية نفسها ، أو في حالة غشاء الخلية المناسب ، داخل وخارج الخلية بحد ذاتها).

هذه خطية وعمودية على الهيكل العام الشبيه بالصفائح للغشاء ككل.

ال الفسفوليبيد تكون متقاربة بما يكفي لمنع السموم ، أو الجزيئات الكبيرة التي قد تضر بالداخل إذا تم منحها المرور. لكنها متباعدة بما يكفي للسماح للجزيئات الصغيرة اللازمة لعمليات التمثيل الغذائي ، مثل الماء والجلوكوز (السكر كله تستخدم الخلايا للطاقة) والأحماض النووية (التي تستخدم لبناء النيوكليوتيدات وبالتالي الحمض النووي و ATP ، "عملة الطاقة" في جميع الخلايا).

يحتوي الغشاء على "مضخات" مضمنة بين الدهون الفسفورية التي تستخدم ATP لإحضار أو إخراج الجزيئات التي لا يمكنها عادة ما تمر عبرها ، إما بسبب حجمها أو لأن تركيزها أكبر في الجانب الذي يتم ضخ الجزيئات فيه باتجاه. هذه العملية تسمى النقل النشط.

تحتوي نواة كل خلية على نسخة كاملة من الحمض النووي للكائن الحي على شكل كروموسومات ؛ لدى البشر 46 كروموسومًا ، 23 منها موروثة من كل والد. النواة محاطة بغشاء بلازما يسمى المغلف النووي.

أثناء عملية تسمى الانقسام المتساوي، يذوب الغلاف النووي ، وتنقسم النواة إلى قسمين بعد نسخ جميع الكروموسومات أو تكرارها.

يتبع ذلك بعد فترة وجيزة تقسيم الخلية بأكملها ، وهي عملية تُعرف باسم يظهر. ينتج عن هذا تكوين خليتين ابنتيتين متطابقتين مع بعضهما البعض بالإضافة إلى الخلية الأم.