ماذا سيحدث إذا لم يكن للخلية حمض نووي؟

للخلية التي لا تحتوي على DNA العديد من القيود التي يمكن أن تسرع زوالها. تتطلب الخلايا الحمض النووي للقيام بوظائف الحياة الأساسية ، ونقل المواد الجينية ، وتجميع البروتينات المناسبة ، والتكيف مع الظروف البيئية المتقلبة. تخلص بعض الخلايا المتخصصة للغاية من نواتها لأداء مهمة محددة بشكل أكثر كفاءة مثل حمل الهيموجلوبين وثاني أكسيد الكربون. الخلايا المنواة مثل خلايا الدم الحمراء الناضجة أكثر عرضة للتسمم البيئي ولها عمر قصير نسبيًا.

يحتوي حمض الديوكسي ريبونوكليك (DNA) على تعليمات الترميز الجيني للكائنات الحية. يتكون الحمض النووي من قواعد الأدينين والسيتوزين والجوانين والثايمين التي تتزاوج وتتصل عبر روابط هيدروجينية. يسمى زوج القاعدة التكميلي - مثل الأدينين (A) والثايمين (T) - المرتبط بجزيئات السكر والفوسفات بالنيوكليوتيدات. تشكل الخيوط الطويلة من النيوكليوتيدات الحلزون المزدوج الشهير للحمض النووي الذي اكتشفه في عام 1952 جيمس واتسون وفرانسيس كريك وروزاليند فرانكلين وموريس ويلكنز ، العلماء في كينجز كوليدج بلندن.

تقوم الخلايا حقيقية النواة بتكرار الحمض النووي ثم تشارك نسخة عندما تنقسم الخلية من خلال عملية الانقسام أو الانقسام الاختزالي. يتضمن الانقسام الاختزالي خطوة إضافية أثناء انقسام الخلية حيث تنفصل قصاصات الحمض النووي عن كروموسوم واحد وتعيد الارتباط بالكروموسوم المطابق. يتم سحب الكروموسومات المقسمة إلى طرفي نقيض للخلية ، ويتم إصلاح المغلفات النووية حول الكروماتين.

تعمل النواة كقائد أعلى يمرر الأوامر إلى وحدات القيادة. يوفر الحمض النووي الموجود في النواة جميع التعليمات لترميز البروتينات التي يحتاجها الكائن الحي. قد يؤدي فقدان النواة إلى حدوث فوضى داخل الخلية. بدون مجموعة واضحة من التعليمات ، لن يكون لدى الخلية الجسدية النموذجية أي فكرة عما يجب القيام به بعد ذلك.

تحتاج الخلايا أيضًا إلى نواة للمساعدة في تنظيم حركة المواد عبر غشاء الخلية. تتحرك الجزيئات ذهابًا وإيابًا عن طريق التناضح والترشيح والانتشار والنقل النشط. تلعب الأنواع المختلفة من الحويصلات أيضًا دورًا في تحريك المواد داخل الخلية أو خارجها. بدون نواة تدير العرض ، قد تنهار الخلية أو تتضخم وتنفجر.

الغلاف النووي عبارة عن هيكل مزدوج الغشاء يحيط الحمض النووي (كروماتين) داخل النواة. خلال الطور البيني ، تشتري النواة العناصر الغذائية وتوفر بيئة مثالية لتكرار الحمض النووي. بمجرد أن تصبح الخلية جاهزة لبدء الانقسام ، يتفكك الغلاف النووي ويطلق الكروموسومات في السيتوبلازم. يتم حماية الحمض النووي وحمايته في النواة لأنه يحتوي على الجينوم الكامل للكائن الحي اللازم لتكاثر الأنواع.

هل يمكن أن توجد الحياة بدون الحمض النووي؟ هل الفيروسات حية؟ هل الخلايا السرطانية حية؟ تتطلب الإجابة على هذه الأسئلة فهمًا واتفاقًا على معنى الحياة ، ولكن ليس بالمعنى الفلسفي الغامض. بالنسبة الى علماء الأحياء الفلكية التابعين لوكالة ناسا، "الحياة عبارة عن نظام كيميائي قائم بذاته وقادر على التطور الدارويني." ومع ذلك ، تختلف تعريفات الحياة ، وهذا يؤثر على كيفية تصنيف الفيروسات التي تحتوي فقط على الحمض النووي الريبي ، على سبيل المثال.

تحتوي الخلايا حقيقية النواة على الحمض النووي في نواتها ، والتي تشرف على إجراءات التشغيل العادية. الغرض من انقسام الخلية هو النمو والتكاثر. ينتج التطور والتكيف من التزاوج الفريد لنيوكليوتيدات الحمض النووي. لن تحتوي الخلايا التي لا تحتوي على DNA على مادة وراثية لنقلها.

تعمل جزيئات الحمض النووي الريبي (mRNA) كوسيط للحمض النووي النووي وبقية الخلية. كما يوحي الاسم ، يقوم mRNA بنسخ (نسخ) أجزاء من الحمض النووي وإرسال رسائل يمكن قراءتها إلى العضيات ، مما يشير إلى وقت تقسيم أو تجميع أنواع معينة من البروتينات. إذا فقدت الخلية نواتها وحمضها النووي ، فإن الخلية تضعف في النهاية وتلفت انتباه التهام الخلايا المجهرية في جهاز المناعة.

تحتوي الخلايا حقيقية النواة على نواة تحتوي على الحمض النووي. بحكم التعريف ، لن تظهر الكائنات حقيقية النواة إلى الوجود بدون الحمض النووي. بالإضافة إلى النواة ، تحتوي الكائنات حقيقية النواة على العديد من أنواع العضيات التي تعمل على الإشارات:

• ال الشبكة الأندوبلازمية (ER) هو غشاء مطوي متصل بالنواة. تسمى الطبقة الخارجية ER خشنة لأنها مغطاة بالريبوسومات الوعرة. يتم وضع جزيئات البروتين معًا بين الطبقة الداخلية ER الخام والطبقة الداخلية الملساء من ER. تنقل الحويصلات البروتينات المجمعة حديثًا إلى جهاز جولجي لمزيد من المعالجة والتوزيع.

• الريبوسومات هي هياكل بروتينية صغيرة ولكنها مهمة. تقوم الريبسومات بفك تشفير الحمض النووي الريبي المرسال المنسوخ من الحمض النووي وتجميع الأحماض الأمينية الموصوفة بالترتيب الصحيح. بعد تشكيلها في النواة ، تطفو الريبوسومات في السيتوبلازم أو ترتبط بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة.
  

• ال السيتوبلازم هو سائل شبه سائل داخل الخلية يسهل التفاعلات الكيميائية. يساعد الهيكل الخلوي - المصنوع من البروتينات الليفية - على وضع العضيات في السيتوبلازم. تتكثف الكروماتيدات في الانقسام وتصطف على طول منتصف الخلية قبل أن يتم تفكيكها بواسطة المغزل الانقسامي ، والذي يتكون من الأنابيب الدقيقة في السيتوبلازم.
  

• فجوات هي أكياس تخزين في الخلية تحتفظ مؤقتًا بالطعام والماء والنفايات. تحتوي النباتات على فجوة كبيرة لتخزين المياه وتنظيم ضغط الماء وتقوية جدار الخلية.
  

• الميتوكوندريا تُعرف باسم محطة توليد الطاقة للخلية. يتم إنتاج طاقة الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) من خلال التنفس الخلوي. تحتوي الخلايا ذات الاحتياجات العالية من الطاقة على أعداد كبيرة من الميتوكوندريا.
  

يقع الحمض النووي للخلايا بدائية النواة في منطقة نوكليويد. الحمض النووي بدائية النواة والعضيات غير محاطة بأغشية. الريبوسومات التي تنتج البروتين هي العضية السائدة في السيتوبلازم. تجسد البكتيريا أشكال الحياة بدائية النواة ؛ بعضها لديه جلد يشبه الجلد وهي عضيات حسية.

يقع معظم الحمض النووي في النواة (الحمض النووي النووي) ، ولكن توجد كميات صغيرة أيضًا في الميتوكوندريا (الحمض النووي للميتوكوندريا). ينظم الحمض النووي النووي عملية التمثيل الغذائي للخلايا وينقل المادة الوراثية من خلية مقسمة إلى أخرى. الحمض النووي للميتوكوندريا يصنع البروتينات ويصنع الإنزيمات ويكرر نفسه. تحتوي الخلايا بدائية النواة أيضًا على الحمض النووي ، ولكن لا يوجد غشاء أو غلاف نووي.

تتطلب الخلية نواة لبعض الأسباب نفسها التي تجعل الجسم يحتاج إلى قلب ودماغ. تدير النواة العمليات اليومية للخلية. تحتاج العضيات إلى تعليمات من النواة. بدون نواة ، لا تستطيع الخلية الحصول على ما تحتاجه للبقاء على قيد الحياة والازدهار.

تفتقر الخلية التي لا تحتوي على الحمض النووي إلى القدرة على فعل الكثير من أي شيء بخلاف المهمة المحددة لها. تعتمد الكائنات الحية على الجينات الموجودة في الحمض النووي لتوجيه البروتينات والإنزيمات. حتى أشكال الحياة البدائية لها DNA أو RNA. ضمن 46 كروموسومًا في جسم الإنسان ، يوجد تقريبًا 20500 جين في الحمض النووي المسؤولة عن تريليونات الخلايا في الأنسجة البشرية، بالنسبة الى ملخص علم الوراثة.

تبدأ جميع الكائنات الحية بكرة صغيرة من الخلايا التي تتخصص في العديد من أنواع الخلايا المختلفة مثل الخلايا العصبية وخلايا الدم البيضاء وخلايا العضلات. في البداية ، تحتاج كل الخلايا إلى نواة لتخبرها بما يجب أن تفعله. يمكن أن تتضمن التعليمات حتى الموت المبرمج. على سبيل المثال ، الشعر والجلد والأظافر خلايا ميتة مليئة بالكيراتين.

يتضمن الاستنساخ الإنجابي أو العلاجي إزالة نواة خلية بويضة واستبدالها بنواة خلية متبرعة جسدية. ثم يتم تشغيل الخلية كهربائيًا أو كيميائيًا. في ظل ظروف يتم التحكم فيها بعناية ، ستنمو الخلايا وتتمايز إلى عضو أو نسيج أو كائن حي جديد يمتلك الحمض النووي للمتبرع.

تكون خلايا الدم الحمراء الناضجة والخلايا الظهارية للجلد والأمعاء عرضة للتلف والتمزق والإصابة والطفرة بسبب نقل النفايات أو ملامسة السموم البيئية. ليس من المستغرب أن الخلايا التي لا تحتوي على نواة تموت أسرع من الأنواع الأخرى من الخلايا. يوفر عدم وجود نواة في مثل هذه الخلايا عاملاً وقائيًا. إذا كانت هذه الخلايا تحتوي على نواة ، فإن احتمالات تلف الكروموسومات ستكون أعلى وربما قاتلة الكائن الحي إذا سمح له بالانقسام وتمرير طفرات مهددة للحياة ، مسببة الأمراض و الأورام.

بدون الحمض النووي ، لا يمكن للخلايا التكاثر ، مما يعني انقراض الأنواع. عادة ، تقوم النواة بعمل نسخ من الحمض النووي الكروموسومي ، ثم يتم إعادة تجميع أجزاء من الحمض النووي ، وبعد ذلك تنقسم الكروموسومات مرتين ، مكونة أربع بيوضات أحادية العدد أو خلايا منوية. يمكن أن تؤدي الأخطاء في الانقسام الاختزالي إلى فقدان خلايا الحمض النووي وأمراض وراثية.

مثل الخلايا الحيوانية ، تحتوي الخلايا النباتية على نواة محاطة بالغشاء تحتوي على الحمض النووي. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي النباتات على الكلوروفيل ، الذي يلتقط طاقة الشمس لاستخدامها في التمثيل الضوئي وحصاد الطاقة الغذائية. بدورها ، تنتج النباتات غذاءً لبقية الشبكة الغذائية. تعمل النباتات أيضًا على تحسين البيئة عن طريق إطلاق الأكسجين وغرق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

إن وجود نواة يمكّن النباتات من التكاثر والحفاظ على استقرار السكان. إذا لم يكن للنباتات نواة توجه أنشطة الخلية ، فلن تكون قادرة على تصنيع الغذاء. وبالتالي ، سوف تموت النباتات. في المقابل ، ستكون الحيوانات العاشبة في خطر إذا تم القضاء على مصدر غذائها.

التنوع البيولوجي هو مفتاح بقاء الأنواع للكائنات متعددة الخلايا. لا يمكن أن تهاجر الأنواع النباتية إلى موطن جديد إذا كانت التغيرات المناخية أو نواقل المرض تهدد فجأة بقاء الأنواع المعزولة في منطقة معينة. من خلال إعادة التركيب الجيني في الانقسام الاختزالي ، يوجد التباين الجيني داخل المجموعات التي تجعل بعض النباتات أكثر صلابة ومقاومة ، وذلك بفضل جينومها الفريد. على الرغم من أن النباتات من نفس النوع قد تبدو جميعها متشابهة للوهلة الأولى ، إلا أن هناك اختلافات صغيرة ولكنها مهمة يمكن ملاحظتها للعين المدربة.

على سبيل المثال ، قد يكون لنبتين متطابقتين على ما يبدو ينموان جنبًا إلى جنب اختلافات طفيفة في متوسط ​​حجم الورقة ، والتعرق ، وهيكل الجذر بسبب النمط الوراثي الفريد. يمكن أن تكون هذه الاختلافات الدقيقة مفيدة أو ضارة إذا تغيرت الظروف البيئية. على سبيل المثال ، خلال فترات الجفاف ، تواجه النباتات معدلات أعلى من تبخر المياه. قد تكون النباتات ذات الأوراق الصغيرة شديدة التعرق مناسبة بشكل أفضل للبقاء والتكاثر في الظروف القاحلة ، على سبيل المثال.

قد تشكل الفيروسات تهديدًا خطيرًا على الحمض النووي للخلية المضيفة. يصيب الفيروس مضيفه عن طريق حقن جزيئات من DNA أو RNA الفيروسي في خلية مضيفة. يأمر الحمض النووي الفيروسي الخلية بإنتاج نسخ من البروتينات الفيروسية بدلاً من البروتينات الخاصة بالخلية ، لإنشاء المزيد من الفيروسات التي تستمر في التكاثر. في النهاية ، يمكن أن تنفجر الخلية وتموت ، وتنشر الفيروسات التي تنقسم مرارًا وتكرارًا. الأمراض الشائعة مثل جدري الماء والأنفلونزا تسببها الفيروسات التي لا تستجيب للمضادات الحيوية.

يجب أن يكون لدى الطلاب الذين يدرسون البيولوجيا الخلوية والجزيئية فهم قوي لدور وأهمية الحمض النووي في جميع مراحل دورة الخلية. بدون الحمض النووي ، لا يمكن للكائنات الحية النمو. علاوة على ذلك ، لا يمكن للنباتات الانقسام عن طريق الانقسام ، ولا يمكن للحيوانات تبادل الجينات من خلال الانقسام الاختزالي. لن تكون معظم الخلايا ببساطة خلايا بدون حمض نووي.

أسئلة نموذجية للاختبار:

إذا كانت نواتها و DNA مفقودة ، أ الخلية النباتية لن يكون قادرا على الذي من التالي؟

1. أكمل دورة الخلية.
2. تنمو أكبر.
3. قسّم على الانقسام.
4. كل ما ورداعلاه.

إذا كانت نواتها و DNA مفقودة ، فإن خلية حيوانية لن تكون قادرة على القيام به الذي من التالي؟

1. أكمل دورة الخلية.
2. تنمو أكبر.
3. قسّم على الانقسام الاختزالي.
4. كل ما ورداعلاه.