Skip to main content
Global

4.2: خلايا بدائية النواة

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196335

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    مهارات التطوير

    • اذكر أمثلة للكائنات بدائية النواة وحقيقية النواة
    • قارن وقارن بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة
    • وصف الأحجام النسبية لأنواع مختلفة من الخلايا
    • اشرح لماذا يجب أن تكون الخلايا صغيرة

    تنقسم الخلايا إلى واحدة من فئتين رئيسيتين: بدائية النواة وحقيقية النواة. يتم تصنيف الكائنات الحية ذات الخلية الواحدة في الغالب في مجالات البكتيريا والأركيا على أنها بدائيات النواة (pro- = «before»؛ -kary- = «nucleus»). خلايا الحيوانات والنباتات والفطريات والطفيليات كلها حقيقية النواة (eu- = «true») وتتكون من خلايا حقيقية النواة.

    مكونات الخلايا بدائية النواة

    تشترك جميع الخلايا في أربعة مكونات مشتركة: 1) غشاء البلازما، وهو غطاء خارجي يفصل داخل الخلية عن البيئة المحيطة بها؛ 2) السيتوبلازم، الذي يتكون من سيتوسول يشبه الهلام داخل الخلية التي توجد فيها مكونات خلوية أخرى؛ 3) الحمض النووي، المادة الوراثية للخلية؛ و 4) الريبوسومات، التي تصنع البروتينات. ومع ذلك، تختلف بدائيات النواة عن الخلايا حقيقية النواة بعدة طرق.

    بدائيات النواة هي كائن بسيط، معظمه أحادي الخلية (أحادي الخلية) يفتقر إلى النواة أو أي عضية أخرى مرتبطة بالغشاء. سنرى قريبًا أن هذا يختلف اختلافًا كبيرًا في حقيقيات النوى. تم العثور على الحمض النووي الأولي في الجزء المركزي من الخلية: النواة (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    في هذا الرسم التوضيحي، تحتوي الخلية البدائية النواة على شكل بيضاوي. يتركز الكروموسوم الدائري في منطقة تسمى النواة. يسمى السائل الموجود داخل الخلية بالسيتوبلازم. تطفو الريبوسومات، المصورة كدوائر صغيرة، في السيتوبلازم. يتم تغليف السيتوبلازم بغشاء بلازما، والذي بدوره يتم تغليفه بجدار خلوي. تحيط كبسولة بجدار الخلية. تحتوي البكتيريا المصورة على سوط بارز من طرف واحد ضيق. البثور عبارة عن نتوءات صغيرة تخرج من الكبسولة في جميع الاتجاهات.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يوضح هذا الشكل البنية المعممة للخلية بدائية النواة. تحتوي جميع بدائيات النواة على الحمض النووي الكروموسومي الموضعي في النواة والريبوسومات وغشاء الخلية وجدار الخلية. توجد الهياكل الأخرى المعروضة في بعض البكتيريا وليس كلها.

    تحتوي معظم بدائيات النواة على جدار خلية الببتيدوجليكان والعديد منها يحتوي على كبسولة السكاريد (الشكل\(\PageIndex{1}\)). يعمل جدار الخلية كطبقة إضافية من الحماية، ويساعد الخلية على الحفاظ على شكلها، ويمنع الجفاف. تُمكّن الكبسولة الخلية من الالتصاق بالأسطح في بيئتها. تحتوي بعض بدائيات النواة على سوط أو شحوم أو فيمبريا. تستخدم الأسواط للتنقل. يتم استخدام Pili لتبادل المواد الجينية أثناء نوع من التكاثر يسمى الاقتران. تستخدم البكتيريا الألياف الليفية للالتصاق بخلية مضيفة.

    الاتصال الوظيفي: عالم الأحياء الدقيقة

    الإجراء الأكثر فعالية الذي يمكن لأي شخص اتخاذه لمنع انتشار الأمراض المعدية هو غسل يديه. لماذا؟ لأن الميكروبات (الكائنات الحية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا بالمجاهر) موجودة في كل مكان. إنهم يعيشون على مقابض الأبواب والمال واليدين والعديد من الأسطح الأخرى. إذا عطس شخص ما في يده ولمس مقبض الباب، وبعد ذلك لمست مقبض الباب نفسه، فإن الميكروبات من مخاط العطاس أصبحت الآن بين يديك. إذا لمست يديك بفمك أو أنفك أو عينيك، يمكن لهذه الميكروبات أن تدخل جسمك ويمكن أن تجعلك مريضًا.

    ومع ذلك، لا تسبب جميع الميكروبات (وتسمى أيضًا الكائنات الحية الدقيقة) المرض؛ فمعظمها مفيد بالفعل. لديك ميكروبات في أمعائك تصنع فيتامين ك. تستخدم الكائنات الحية الدقيقة الأخرى لتخمير البيرة والنبيذ.

    علماء الأحياء الدقيقة هم علماء يدرسون الميكروبات. يمكن لعلماء الأحياء الدقيقة متابعة عدد من المهن. فهم لا يعملون فقط في صناعة المواد الغذائية، بل يعملون أيضًا في المجالات البيطرية والطبية. ويمكنهم العمل في قطاع الأدوية، وأداء أدوار رئيسية في البحث والتطوير من خلال تحديد مصادر جديدة للمضادات الحيوية التي يمكن استخدامها لعلاج الالتهابات البكتيرية.

    قد يبحث علماء الأحياء الدقيقة البيئية عن طرق جديدة لاستخدام الميكروبات المختارة خصيصًا أو المعدلة وراثيًا لإزالة الملوثات من التربة أو المياه الجوفية، وكذلك العناصر الخطرة من المواقع الملوثة. تسمى استخدامات الميكروبات هذه بتقنيات المعالجة الحيوية. يمكن لعلماء الأحياء الدقيقة أيضًا العمل في مجال المعلوماتية الحيوية، وتوفير المعرفة المتخصصة والبصيرة لتصميم وتطوير وخصوصية نماذج الكمبيوتر الخاصة بالأوبئة البكتيرية على سبيل المثال.

    حجم الخلية

    يبلغ قطرها 0.1 إلى 5.0 ميكرومتر، وتكون الخلايا بدائية النواة أصغر بكثير من الخلايا حقيقية النواة، التي تتراوح أقطارها من 10 إلى 100 ميكرومتر (الشكل\(\PageIndex{2}\)). يسمح الحجم الصغير لبدائيات النواة للأيونات والجزيئات العضوية التي تدخلها بالانتشار بسرعة إلى أجزاء أخرى من الخلية. وبالمثل، فإن أي نفايات تنتج داخل خلية بدائية النواة يمكن أن تنتشر بسرعة. ليس هذا هو الحال في الخلايا حقيقية النواة، التي طورت تكيفات هيكلية مختلفة لتعزيز النقل داخل الخلايا.

    الجزء أ: تظهر الأحجام النسبية على مقياس لوغاريتمي، من 0.1 نانومتر إلى 1 متر. تظهر الكائنات من الأصغر إلى الأكبر. أصغر جسم موضَّح، وهو الذرة، يبلغ حجمه حوالي 1 نانومتر. الأجسام التالية الأكبر المعروضة هي الدهون والبروتينات؛ وتتراوح هذه الجزيئات بين 1 و10 نانومتر. يبلغ حجم البكتيريا حوالي 100 نانومتر، وتبلغ نسبة الميتوكوندريا حوالي 1 مو م يوناني، وتتراوح الخلايا النباتية والحيوانية بين 10 و 100 مو م يوناني، وتتراوح البويضة البشرية بين 100 مو يوناني و 1 مم. يبلغ حجم بيضة الضفدع حوالي 1 مم. يتراوح حجم كل من بيضة الدجاج وبيضة النعام بين 10 و 100 مم، لكن بيضة النعام أكبر. للمقارنة، يبلغ طول الإنسان حوالي 1 متر.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يوضح هذا الشكل الأحجام النسبية للميكروبات على مقياس لوغاريتمي (تذكر أن كل وحدة زيادة في المقياس اللوغاريتمي تمثل زيادة بمقدار 10 أضعاف في الكمية التي يتم قياسها).

    الحجم الصغير، بشكل عام، ضروري لجميع الخلايا، سواء كانت بدائية النواة أو حقيقية النواة. دعونا نفحص سبب ذلك. أولاً، سننظر في مساحة وحجم الخلية النموذجية. ليست كل الخلايا كروية الشكل، ولكن معظمها يميل إلى تقريب الكرة. قد تتذكر من دورة الهندسة بالمدرسة الثانوية أن صيغة مساحة سطح الكرة هي\(4\pi r^2\)، بينما صيغة حجمها هي\(4\pi r^2/3\). وهكذا، مع زيادة نصف قطر الخلية، تزداد مساحة سطحها كمربع نصف قطرها، ولكن حجمها يزداد مع مكعب نصف قطرها (بسرعة أكبر بكثير). لذلك، كلما زاد حجم الخلية، تنخفض نسبة مساحة سطحها إلى حجمها. ينطبق هذا المبدأ نفسه إذا كانت الخلية على شكل مكعب (الشكل\(\PageIndex{3}\)). إذا نمت الخلية بشكل كبير جدًا، فلن يكون لغشاء البلازما مساحة سطح كافية لدعم معدل الانتشار المطلوب للحجم المتزايد. بمعنى آخر، مع نمو الخلية، تصبح أقل كفاءة. إحدى الطرق لتصبح أكثر كفاءة هي الانقسام؛ طريقة أخرى هي تطوير العضيات التي تؤدي مهام محددة. تؤدي هذه التكيفات إلى تطوير خلايا أكثر تعقيدًا تسمى الخلايا حقيقية النواة.

    آرت كونيكشن

    على اليسار، يتم تغليف كرة قطرها 1 مم في صندوق بنفس العرض. على اليمين، يتم تغليف نفس الكرة في صندوق قطره 2 مم.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): لاحظ أنه مع زيادة حجم الخلية، تنخفض نسبة مساحة سطحها إلى حجمها. عندما لا تكون هناك مساحة سطحية كافية لدعم الحجم المتزايد للخلية، فإن الخلية إما تنقسم أو تموت. يبلغ حجم الخلية الموجودة على اليسار\(\mathrm{1\: mm^3}\) ومساحة سطحها\(\mathrm{6\: mm^2}\)، مع نسبة مساحة السطح إلى الحجم\(6\) إلى\(1\)، بينما يبلغ حجم الخلية الموجودة على اليمين\(\mathrm{8\: mm^3}\) ومساحة سطحها\(\mathrm{24\: mm^2}\)، مع نسبة مساحة السطح إلى الحجم\(3\) إلى\(1\).

    الخلايا بدائية النواة أصغر بكثير من الخلايا حقيقية النواة. ما المزايا التي قد يمنحها حجم الخلية الصغيرة للخلية؟ ما المزايا التي قد يتمتع بها حجم الخلية الكبير؟

    ملخص

    بدائيات النواة هي في الغالب كائنات أحادية الخلية من مجالات البكتيريا والأركيا. تحتوي جميع بدائيات النواة على أغشية بلازما وسيتوبلازم وريبوسومات وحمض نووي غير مرتبط بالغشاء. يحتوي معظمها على جدران خلايا الببتيدوجليكان والعديد منها يحتوي على كبسولات السكاريد. يتراوح قطر الخلايا بدائية النواة من 0.1 إلى 5.0 ميكرومتر.

    كلما زاد حجم الخلية، تنخفض نسبة مساحة سطحها إلى حجمها. إذا نمت الخلية بشكل كبير جدًا، فلن يكون لغشاء البلازما مساحة سطح كافية لدعم معدل الانتشار المطلوب للحجم المتزايد.

    اتصالات فنية

    الشكل\(\PageIndex{3}\): الخلايا بدائية النواة أصغر بكثير من الخلايا حقيقية النواة. ما المزايا التي قد يمنحها حجم الخلية الصغيرة للخلية؟ ما المزايا التي قد يتمتع بها حجم الخلية الكبير؟

    إجابة

    يمكن أن تنتشر المواد بسرعة أكبر من خلال الخلايا الصغيرة. لا تحتاج الخلايا الصغيرة إلى العضيات وبالتالي لا تحتاج إلى إنفاق الطاقة للحصول على المواد عبر الأغشية العضوية. تحتوي الخلايا الكبيرة على عضيات يمكنها فصل العمليات الخلوية، مما يمكنها من بناء جزيئات أكثر تعقيدًا.

    مسرد المصطلحات

    النوكليويد
    الجزء المركزي من الخلية بدائية النواة التي يوجد فيها الكروموسوم
    بدائيات النواة
    كائن أحادي الخلية يفتقر إلى النواة أو أي عضية أخرى مرتبطة بالغشاء