تركيب الخلية ووظائف أجزائها

العناصر

1- تعريف الخلية

2- تركيب الخلية

3- وظائف أجزاء الخلية

4- الفرق الخلية النباتية والحيوانية

الخلية ليست سوى تجمع من السيتوبلازم المتصل بشكل خارجي بغشاء خلوي خاص، وعادة ما تكون هذه الخلايا صغيرة جدًا، حيث تُعد واحدة من أصغر وحدات الهيكل في الكائنات الحية. تتضمن معظم الخلايا عادةً نواة واحدة أو أكثر، بالإضافة إلى عناصر أخرى تلعب دورًا في تنفيذ تشكيلة واسعة من الوظائف الحيوية.

1- تعريف الخلية

الخلايا تُعَدُّ وحدات البناء الأساسية في الجسم، حيث تتشكل جميع الأنسجة والأعضاء من مليارات الخلايا المتنوعة. تتباين الخلايا البشرية في الحجم، إذ تكون جميعها صغيرة للغاية، وحتى أكبر خلية فيها وهي البويضة المخصبة، تظل صغيرة جداً بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.[1]

2- تركيب الخلية

حقيقة أساسية حول النواة هي أن جميع النوى تتشارك في التركيب الأساسي لها؛ إذ تحاط بغشاء وتمتلئ بالسيتوبلازم الذي يضم مجموعة متنوعة من العضيات، كلٌ محاط بأغشية تقوم بوظائف معينة. فيما يتعلق بالنواة الكبرى التي تحتوي على الحمض النووي “دي إن إيه”، فإن حجمها يعادل نحو واحد من كل ألف حجم خلية حقيقية، ويرى البعض أن تركيب الخلية بدائية النواة أبسط نسبيًا. على الرغم من ذلك، تحتوي البكتيريا على جوانب بنيوية وآليات تشبه تلك الموجودة في النوى. تعتمد غشاء البكتيريا على الطبقة المزدوجة الدهنية، وتعمل آليتها الجزيئية، مثل الريبوسومات التي تجمع البروتينات بطريقة مشابهة لحقيقيات النواة. على الرغم من ذلك، تحتوي البكتيريا على تراكيب خلوية خاصة بالحركة مثل السياط، وربما تكون لديها أغشية داخلية تساعدها على الطفو.

أ- غشاء الخلية

على الرغم من أن الهيكل الأساسي للغشاء البلازمي رفيع جدًا، ويتكون من طبقة مزدوجة دهنية، فإنه قوي ومرن للغاية، ويسمح بالتبادل المستمر للجزيئات بين الخلية والبيئة المحيطة بها.

الغشاء البلازمي يستطيع ابتلاع مواد خارجية كبيرة الحجم من خلال عملية تسمى البلعمة، ويمكن للخلية أيضًا إخراج محتوياتها إلى الخارج من خلال عملية تسمى الإيماس. وتتمثل الطبيعة الديناميكية للغشاء البلازمي في قدرته على التحول والاستبدال بالكامل كل ساعة.

درسّت العالمة أجنيس بوكليس سلوك الزيت المصبوب على سطح الماء في طبق مسطح، محددة تأثير الشوائب على التوتر السطحي للسوائل. بعد ذلك، قامت بإرسال نتائجها إلى اللورد رايلي الذي أبدى إعجابه الشديد بها، وقام بنشرها في المجلة العلمية “نيتشر” في عام ١٨٩١.

وفي عام ١٩٣٢، حصل العالم إرفينج لانجموير، الذي كان يعمل في نيويورك، على جائزة نوبل لإثباته أن الدهون المنتشرة على سطح الماء تشكل طبقة سمكها جزيء واحد، وأن جميع الجزيئات موجهة بنفس الطريقة. يحدث هذا لأن أحد أطراف الجزيء الدهني ينجذب للماء (مُحب للماء)، بينما ينفر الطرف الآخر (كاره للماء). يأخذ كل جزيء دهني شكل مشبك الملابس الخشبي، حيث يكون الجزء العلوي مُحباً للماء، بينما تكون الأذرع المنطقتين الكارتين للماء. تطفو جميع المشابك على سطح الماء بحيث تكون رؤوسها لأسفل وأذرعها لأعلى، مكونة طبقة أحادية.

في عام ١٩٢٥، قام إفيرت جورتر وجيمز جرينديل بعزل أغشية من كرات الدم الحمراء، واكتشفا أن هذه الأغشية تتألف من طبقة مزدوجة من الدهون؛ حيث تكون رؤوس المشابك المُحبة للماء في الجزء الخارجي، بينما تكون الأذرع الكارهة للماء في الجزء الداخلي. نظرًا لوجود ماء داخلي وخارجي للخلية، يتم الحفاظ على هذا الترتيب؛ مما يجعل السطحين الكارهين للماء يتقابلان في الطبقة الداخلية من الغشاء المزدوج.

هذا الترتيب الدقيق تم رصده مباشرة بعد عقود من ظهور الميكروسكوبات الإلكترونية؛ حيث أظهرت القطاعات الرفيعة بدرجة تكبير عالية أن الأغشية تبدو كخطين داكنين يفصل بينهما منطقة فاتحة.

البروتينات التي تظهر بهذا التركيب تُعرف بالبروتينات عبر الغشائية، ويمكن لبروتين واحد أن يخترق الطبقة الدهنية المزدوجة عدة مرات. يجدر بالذكر أن جزيئات الدهون في أي غشاء تكون ذات حركية كبيرة؛ حيث تتحرك باستمرار بينما تتحرك البروتينات الغشائية، مما يوصف بنموذج الغشاء “الفسيفسائي السائل”.

بدقة في عام ١٩٧٠، كشف مايكل إديدين عن نشاط الدهون بوضوح عندما قام بوسم الدهون الغشائية لنوعين مختلفين من الخلايا باستخدام مواد كيميائية فلورية باللونين الأخضر والأحمر. هذا الاجراء أدى إلى تكوين نسيج مرقط من اللونين الأحمر والأخضر بين خلايا مفردة تم زراعتها معًا في مزرعة خلايا مختلطة.

بعد ذلك، قام إديدين بإضافة فيروسات إلى المزرعة، مما أدى إلى تلاصق أغشية الخلايا المتجاورة واندماجها مع بعضها البعض. هذا الاندماج أدى إلى امتزاج جزيئات الدهون الموسومة بشكل فردي داخل الأغشية المتحدة. وبعد ساعة واحدة فقط، حلت رقعة برتقالية كاملة محل الرقع الفلورية الحمراء والخضراء، مما يوضح تفاعلية جزيئات الدهون داخل الأغشية المدمجة.

جزيئات البروتينات السطحية تعمل كمستقبلات أيضًا، ترسل إشارات إلى جزيئات خارج الخلية. هذه الرسائل تمر عبر سلسلة من البروتينات داخل الخلية إلى النواة لتنشيط الجينات عند الضرورة، استجابةً للتغيرات البيئية. تتفاعل الهرمونات مثل الأنسولين مباشرة مع الغشاء، مما يسمح بمرور السكر إلى الخلية. كل ما يدخل الخلية يؤثر على نشاط الغشاء المكوّن من حوالي ٥٠٠ نوع من الجزيئات الدهنية ونحو ١٠٠٠٠ نوع من البروتينات السطحية، أو يتأثر به.

تُحسِّ الخلايا بالبيئة المحيطة من خلال الزغيبات، الهياكل الدقيقة المتفرعة التي تمتد من السطح، والتي تزيد من مساحة السطح بشكل كبير. في بعض الخلايا مثل تلك الطلائية التي تمتص المواد الغذائية، يتخذ الغشاء شكل حافة فرشاة حيث تزيد الزغيبات المتراصة بإحكام من مساحة السطح بشكل ملحوظ.

على الرغم من أن ترتيب أجزاء الخلية حسب أهميتها يبدو مستحيلاً بسبب تفاعلها المتبادل، إلا أنه بدون الأغشية، لن تكون هناك حياة مستقلة للخلية.

ب_الأغشية داخل الخلايا

في الخلايا، تُعتبر الأغشية ذات أهمية بالغة لسببين أساسيين: الأول هو توفير أسطح مُتاحة لحدوث التفاعلات الكيميائية، بينما الثاني يتمثل في إيجاد مناطق منفصلة داخل الخلية، وذلك للسماح بتنفيذ التفاعلات الكيميائية التي، لولا ذلك، ستتداخل مع بعضها. في سياق البكتيريا، يُحدد السطح الداخلي للغشاء البلازمي مكان كل شيء داخل الخلية، ويوفر نقاط اتصال لمحتويات الخلية التي يجب أن تكون في مواضع مُحددة. باستخدام مقارنة بين الخلية والمصنع، يُمكن وصف الأغشية الداخلية كوحدات توفر الطاولات والأرضيات والأسقف والجدران لأجزاء الخلية المختلفة، بينما تُمثل النواة المكتب الذي يُخزن فيه المعلومات. في الخلايا الصغيرة مثل البكتيريا، يوفر الجزء الداخلي من الغشاء البلازمي مساحة سطحية كبيرة نسبيًا للحجم الداخلي للخلية، مما يسمح لأي شيء يحتاج موضعًا ثابتًا بالاندماج في الداخل. من الجدير بالذكر أيضًا أن الحجم الداخلي للخلية الحقيقية يُعادل الحجم الداخلي للبكتيريا بنسبة ألف مرة، نظرًا لضرورة وجود نظام أغشية داخلية كبير يُعادل مساحة الغشاء البلازمي بمئة مرة. وتعتبر هذه التقسيمات الداخلية للأنشطة الكيميائية الحيوية أمرًا حيويًا، إذ تمنع تداخل المئات من التفاعلات الكيميائية بشكل خطير. تُتغلب البكتيريا وكائنات أخرى بدائية النواة، التي لا تحتوي على أغشية داخلية (وبعضها حقيقيات النواة إلى حد ما)، على هذه المشكلة عن طريق تجميع مجموعات من الإنزيمات المحددة في تجمعات بروتينية تُعمل ككيانات حرة داخل الخلية. بالإضافة إلى ذلك، تحصر الكائنات ذات النواة الحقيقية عمليات أيضية مختلفة داخل أقسام محاطة بأغشية، وتُشكل الجهاز الأغشيّ الداخلي الضخم في الكائنات ذات النواة الحقيقية الشبكة الإندوبلازمية التي تمتد عبر الخلية بأكملها.

 ج_العضيات

في الخلية، العضيات في السيتوبلازم — الميتوكوندريات والبلاستيدات الخضراء (في النباتات) — يتمتعان بغشاءين مزدوجين بدلاً من غشاء واحد. يُفتَرَض أن هذه الهياكل الغشائية المزدوجة تمثل إحدى السمات المتبقية من حقبة كانت فيها هاتان العضيتان كيانات مستقلة قبل اندماجهما في خلية أكبر. بعد الاندماج، أحاط الغشاء الخلوي بغشاء هذه العضيات، مما يوحي بأصولهما المستقلة. تحتوي الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء على حمض نووي DNA، مما يشير إلى تاريخهما الأصلي ككيانات مستقلة. هناك اثنتان من النظريات حول كيفية تضمين البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا في النواة: قد تكون الخلية الحقيقية للنواة قد استوعبت هذه العضيات أو ابتلعتها خلية أكبر، مما أدى إلى تطوير علاقة تعاونية بينهما. من خلال توفير بيئة آمنة، قدمت النواة الحقيقية مساحة لتوليد الطاقة من قبل الميتوكوندريا لاستخدامها من قبل الخلية الأم، بينما قامت البلاستيدات الخضراء (في النباتات) بتوليد الجلوكوز من خلال التمثيل الضوئي. في الميتوكوندريا، يتم إنتاج الطاقة من الجلوكوز من خلال عملية تسمى التنفس الخلوي، التي تحدث على سطح الأغشية الداخلية المعروفة باسم الأعراف.[2]

3- وظائف أجزاء الخلية

تُحدد الخصائص البنيوية والوظيفية لأنواع مختلفة من الخلايا بوساطة طبيعة البروتينات المتواجدة فيها. تتمتع الخلايا من أصناف مُتعددة بوظائف مُتباينة نظرًا لارتباط البنية الخلوية بوظيفتها بشكل متين. يظهر بوضوح أن الخلية الرقيقة جدًا ليست مناسبة لأغراض وقائية. لا تمتلك خلايا العظام التركيب الصحيح الذي يُمكِّنها من نقل الإشارات العصبية. وبما أن هناك تنوعٌ كبير في أنواع الخلايا، فإن هناك تنوعًا كبيرًا في وظائفها. تتضمن وظائف الخلايا بشكل عام نقل المواد عبر الغشاء الخلوي، وانقسام الخلايا لتكوين خلايا جديدة، وتخليق البروتينات.

يتوقف استمرارية الخلية على الحفاظ على التباين بين المحتوى الخلوي والمحيط الخلوي. تتضمن آليات النقل عبر غشاء الخلية عدة عمليات مثل الانتشار البسيط، والتناضح، والترشيح، والنقل النشط، والبلعمة الخلوية، والإخراج الخلوي.[3]

4- الفرق الخلية النباتية والحيوانية

• الخلية النباتية تتميز بوجود البلاستيدات والفجوة الوسطية والجدار الخلوي، بينما تفتقر الخلية الحيوانية إلى هذه الهياكل.
• الخلايا الحيوانية تشكل وحدات متصلة تمكّن من حركة السوائل بشكل أكبر من الخلايا النباتية، وهي تترابط بشكل قوي مع الخلايا النباتية الأخرى عن طريق جدران الخلايا.
• تتحرك الخلايا الحيوانية كوحدات فردية في الكائن الحي، أما في الخلايا النباتية فهي ثابتة.
• تعتمد الخلايا النباتية على عمليات البناء الضوئي للحصول على االغذاء، بواسطةالبلاستيدات الخضراء.
• الخلايا النباتية لها شكل بيضاوي، بينما الخلايا الحيوانية لها شكل مستطيل.
• الفجوة المركزية في الخلية النباتية تشكل حوالي 90٪ من حجم الخلية، بينما الخلية الحيوانية تحتوي على فجوتين أو ثلاث فجوات.
• العضيات المركزية موجودة في أنواع محددة من الخلايا النباتية، بينما توجد في كل الخلايا الحيوانية.
• توجد الليسوسومات في الخلايا الحيوانية وغير موجودة في الخلايا النباتية.
• ليست جميع الخلايا النباتية تحتوي على أهداب كما هو الحال في الخلايا الحيوانية.[4]

وفي الختام نقول أن علم الخلية، المعروف أيضًا بالسيتولوجيا، هو مجال حافل بالتحديات يركز على استكشاف ودراسة وحدة الحياة الأساسية وهي الخلية. يهدف هذا العلم إلى تحقيق فهم شامل لخصائص الخلية، وتركيبها، ومكوناتها، بالإضافة إلى استكشاف العضيات المتواجدة بها وكيفية تفاعلها مع البيئة المحيطة.

• حنان عبد الباسط محمود متولي، تعريف الخليهتعريف الخلية -بتصرف
• مؤسسة هنداوي، تركيب الخلايا، تركيب الخلية -بتصرف
• National Cancer Institute, Cell Function, وظائف أجزاء الخلية -بتصرف
• هاجر قصبي، الفرق بين الخلية الحيوانية والنباتية، الفرق الخلية النباتية والحيوانية -بتصرف

مشاركة المقال