4.5: الهيكل الخلوي

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196298

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

المهارات اللازمة للتطوير

وصف الهيكل الخلوي
قارن أدوار الشعيرات الدقيقة والخيوط الوسيطة والأنابيب الدقيقة
قارن بين الأهداب والسوط
لخص الاختلافات بين مكونات الخلايا بدائية النواة والخلايا الحيوانية والخلايا النباتية

إذا كنت تريد إزالة جميع العضيات من الخلية، فهل سيكون غشاء البلازما والسيتوبلازم المكونين الوحيدين المتبقيين؟ لا. داخل السيتوبلازم، ستظل هناك أيونات وجزيئات عضوية، بالإضافة إلى شبكة من ألياف البروتين التي تساعد في الحفاظ على شكل الخلية، وتأمين بعض العضيات في مواقع محددة، والسماح للسيتوبلازم والحويصلات بالتحرك داخل الخلية، وتمكين الخلايا داخل الكائنات متعددة الخلايا من التحرك. تُعرف هذه الشبكة من ألياف البروتين بشكل جماعي باسم الهيكل الخلوي. هناك ثلاثة أنواع من الألياف داخل الهيكل الخلوي: الشعيرات الدقيقة والخيوط المتوسطة والأنابيب الدقيقة (الشكل\(\PageIndex{1}\)). هنا، سوف نفحص كل منها.

تصطف الشعيرات الدقيقة داخل غشاء البلازما، بينما تشع الشعيرات الدقيقة من مركز الخلية. تشكل الشعيرات المتوسطة شبكة في جميع أنحاء الخلية تحافظ على العضيات في مكانها. — الشكل\(\PageIndex{1}\): تعمل الشعيرات الدقيقة على تكثيف القشرة حول الحافة الداخلية للخلية؛ مثل الأربطة المطاطية، فإنها تقاوم التوتر. توجد الأنابيب الدقيقة في داخل الخلية حيث تحافظ على شكل الخلية من خلال مقاومة قوى الضغط. توجد الشعيرات المتوسطة في جميع أنحاء الخلية وتحافظ على العضيات في مكانها.

خيوط مجهرية

من بين الأنواع الثلاثة لألياف البروتين في الهيكل الخلوي، فإن الشعيرات الدقيقة هي الأضيق. تعمل في الحركة الخلوية، ويبلغ قطرها حوالي 7 نانومتر، وتتكون من شريطين متشابكين من بروتين كروي يسمى الأكتين (الشكل\(\PageIndex{2}\)). لهذا السبب، تُعرف الشعيرات الدقيقة أيضًا باسم خيوط الأكتين.

يُظهر هذا الرسم التوضيحي خيطين من الأكتين ملفوفين معًا. تتكون كل خيوط أكتين من العديد من وحدات الأكتين الفرعية المتصلة معًا لتشكيل سلسلة. — الشكل\(\PageIndex{2}\): تتكون الشعيرات الدقيقة من خيطين متشابكين من الأكتين.

يتم تشغيل الأكتين بواسطة ATP لتجميع شكله الخيطي، والذي يعمل كمسار لحركة بروتين حركي يسمى الميوسين. يتيح ذلك للأكتين المشاركة في الأحداث الخلوية التي تتطلب الحركة، مثل الانقسام الخلوي في الخلايا الحيوانية والتدفق السيتوبلازمي، وهو الحركة الدائرية للسيتوبلازم الخلوي في الخلايا النباتية. يتواجد الأكتين والميوسين بكثرة في خلايا العضلات. عندما تنزلق خيوط الأكتين والميوسين فوق بعضها البعض، تنقبض عضلاتك.

توفر الشعيرات الدقيقة أيضًا بعض الصلابة والشكل للخلية. يمكنها إزالة البلمرة (التفكيك) والإصلاح بسرعة، وبالتالي تمكين الخلية من تغيير شكلها والتحرك. تستفيد خلايا الدم البيضاء (خلايا الجسم المقاومة للعدوى) من هذه القدرة بشكل جيد. يمكنهم الانتقال إلى موقع العدوى وبلعمات العامل الممرض.

رابط إلى التعلم

فيديو\(\PageIndex{1}\): لمشاهدة مثال لخلية دم بيضاء تعمل، شاهد مقطع فيديو قصير بفواصل زمنية للخلية وهي تلتقط اثنين من البكتيريا. يبتلع أحدهما ثم ينتقل إلى الآخر.

خيوط وسيطة

تتكون الشعيرات المتوسطة من عدة خيوط من البروتينات الليفية التي يتم لفها معًا (الشكل\(\PageIndex{3}\)). تستمد عناصر الهيكل الخلوي هذه اسمها من حقيقة أن قطرها، من 8 إلى 10 نانومتر، يقع بين تلك الخاصة بالشعيرات الدقيقة والأنابيب الدقيقة.

لا تلعب الشعيرات المتوسطة أي دور في حركة الخلية. وظيفتها هيكلية بحتة. إنها تتحمل التوتر، وبالتالي تحافظ على شكل الخلية، وتثبّت النواة والعضيات الأخرى في مكانها. \(\PageIndex{1}\)يوضح الشكل كيف تخلق الشعيرات المتوسطة سقالات داعمة داخل الخلية.

الشعيرات المتوسطة هي المجموعة الأكثر تنوعًا من عناصر الهيكل الخلوي. توجد عدة أنواع من البروتينات الليفية في الشعيرات المتوسطة. ربما تكون أكثر دراية بالكيراتين، وهو البروتين الليفي الذي يقوي شعرك وأظافرك وبشرة الجلد.

الأنابيب الدقيقة

كما يوحي اسمها، فإن الأنابيب الدقيقة عبارة عن أنابيب مجوفة صغيرة. تتكون جدران النبيب الصغير من ثنائيات مبلمرة من ألفا توبولين وبيتا توبولين، وهما بروتينان كرويان (الشكل\(\PageIndex{4}\)). يبلغ قطرها حوالي 25 نانومتر، وتعتبر الأنابيب الدقيقة أوسع مكونات الهيكل الخلوي. فهي تساعد الخلية على مقاومة الضغط، وتوفر مسارًا تتحرك فيه الحويصلات عبر الخلية، وتسحب الكروموسومات المكررة إلى الأطراف المقابلة للخلية المنقسمة. مثل الشعيرات الدقيقة، يمكن للأنابيب الدقيقة أن تذوب وتتغير بسرعة.

الجزء الأيسر من هذا الشكل عبارة عن نموذج جزيئي لـ 13 دايمر مبلمر من ألفا وبيتا توبولين ملتصقين معًا لتشكيل أنبوب مجوف. يُظهر الجزء الأيمن من هذه الصورة البنية الأنبوبية كحلقة من الكرات المتصلة ببعضها البعض. — الشكل\(\PageIndex{4}\): الأنابيب الدقيقة مجوفة. تتكون جدرانها من 13 مخففًا مبلمرًا من ألفا توبولين وبيتا توبولين (الصورة اليمنى). تُظهر الصورة اليسرى التركيب الجزيئي للأنبوب.

الأنابيب الدقيقة هي أيضًا العناصر الهيكلية للسوط والأهداب والجسيمات المركزية (وهذه الأخيرة هي الجسمان المتعامدان للنيتروسوم المركزي). في الواقع، في الخلايا الحيوانية، يعتبر السنتروسوم هو مركز تنظيم الأنابيب الدقيقة. في الخلايا حقيقية النواة، تختلف الأسواط والأهداب تمامًا من الناحية الهيكلية عن نظيراتها في بدائيات النواة، كما هو موضح أدناه.

الأسواط والأهداب

لتنشيط ذاكرتك، فإن السوط (singular = السوط) عبارة عن هياكل طويلة تشبه الشعر تمتد من غشاء البلازما وتستخدم لتحريك خلية بأكملها (على سبيل المثال، الحيوانات المنوية، Euglena). عند وجودها، تحتوي الخلية على سوط واحد فقط أو بضعة سوط. ومع ذلك، عند وجود أهداب (singular = cilium)، يمتد العديد منها على طول سطح غشاء البلازما بأكمله. وهي عبارة عن هياكل قصيرة تشبه الشعر تُستخدم لتحريك خلايا كاملة (مثل الباراميكيا) أو المواد على طول السطح الخارجي للخلية (على سبيل المثال، أهداب الخلايا المبطنة لقناتي فالوب التي تحرك البويضة نحو الرحم، أو الأهداب المبطنة لخلايا الجهاز التنفسي التي تحبس الجسيمات. المادة وقم بتحريكها نحو فتحتي أنفك.)

على الرغم من الاختلافات في الطول والعدد، تشترك الأسواط والأهداب في ترتيب هيكلي مشترك للأنابيب الدقيقة يسمى «مصفوفة 9+ 2". هذا هو الاسم المناسب لأن السوط الواحد أو السيليوم يتكون من حلقة مكونة من تسعة أنبوبة صغيرة تحيط بنبيب صغير واحد في المنتصف (الشكل\(\PageIndex{5}\)).

يُظهر هذا المجهر الإلكتروني للإرسال مقطعًا عرضيًا لتسعة أنابيب ميكروبية تشكل أنبوبًا مجوفًا. توجد أنبوبة صغيرة أخرى في وسط الأنبوب. — الشكل\(\PageIndex{5}\): يُظهر هذا المجهر الإلكتروني للإرسال المكون من سوطين مصفوفة 9 + 2 من الأنابيب الدقيقة: تسعة أنابيب صغيرة تحيط بنبيب صغير مزدوج. (المصدر: تعديل العمل من قبل مرفق دارتموث للميكروسكوب الإلكتروني، كلية دارتموث؛ بيانات المقياس من مات راسل)

لقد أكملت الآن مسحًا واسعًا لمكونات الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة. للحصول على ملخص للمكونات الخلوية في الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة، انظر الجدول\(\PageIndex{1}\).

الجدول\(\PageIndex{1}\): المكونات الخلوية في الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة.
مكون الخلية	وظيفة	موجود في بدائيات النواة؟	موجود في الخلايا الحيوانية؟	موجود في الخلايا النباتية؟
غشاء بلازمي	يفصل الخلية عن البيئة الخارجية؛ يتحكم في مرور الجزيئات العضوية والأيونات والماء والأكسجين والنفايات داخل وخارج الخلية	نعم	نعم	نعم
السيتوبلازم	يوفر ضغط التورم للخلايا النباتية كسائل داخل الفجوة المركزية؛ موقع للعديد من التفاعلات الأيضية؛ وسط توجد فيه العضيات	نعم	نعم	نعم
نيوكليولوس	منطقة مظلمة داخل النواة حيث يتم تصنيع الوحدات الفرعية الريبوسومية.	لا	نعم	نعم
نواة	عضية الخلية التي تحتوي على الحمض النووي وتوجه تخليق الريبوسومات والبروتينات	لا	نعم	نعم
الريبوسومات	تخليق البروتين	نعم	نعم	نعم
الميتوكوندريا	إنتاج ATP/التنفس الخلوي	لا	نعم	نعم
البيروكسيزومات	يؤكسد وبالتالي يكسر الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية ويزيل السموم	لا	نعم	نعم
الحويصلات والفجوات	التخزين والنقل؛ وظيفة الجهاز الهضمي في الخلايا النباتية	لا	نعم	نعم
سينتروسوم	دور غير محدد في انقسام الخلايا في الخلايا الحيوانية؛ مصدر الأنابيب الدقيقة في الخلايا الحيوانية	لا	نعم	لا
الليزوزومات	هضم الجزيئات الكبيرة؛ إعادة تدوير العضيات البالية	لا	نعم	لا
جدار خلوي	الحماية والدعم الهيكلي وصيانة شكل الخلية	نعم، في المقام الأول الببتيدوجليكان	لا	نعم، السليلوز في المقام الأول
البلاستيدات الخضراء	التمثيل الضوئي	لا	لا	نعم
الشبكة الإندوبلازمية	يعدل البروتينات ويصنع الدهون	لا	نعم	نعم
جهاز جولجي	يقوم بتعديل الدهون والبروتينات وفرزها ووضع العلامات عليها وتعبئتها وتوزيعها	لا	نعم	نعم
الهيكل الخلوي	يحافظ على شكل الخلية، ويؤمن العضيات في مواضع محددة، ويسمح للسيتوبلازم والحويصلات بالتحرك داخل الخلية، ويمكّن الكائنات أحادية الخلية من التحرك بشكل مستقل	نعم	نعم	نعم
سوط	حركة خلوية	بعض	بعض	لا، باستثناء بعض خلايا الحيوانات المنوية النباتية.
أهداب	الحركة الخلوية وحركة الجسيمات على طول السطح خارج الخلية لغشاء البلازما والترشيح	بعض	بعض	لا

ملخص

يحتوي الهيكل الخلوي على ثلاثة أنواع مختلفة من عناصر البروتين. من الأضيق إلى الأوسع، هي الشعيرات الدقيقة (خيوط الأكتين) والخيوط المتوسطة والأنابيب الدقيقة. غالبًا ما ترتبط الشعيرات الدقيقة بالميوسين. إنها توفر الصلابة والشكل للخلية وتسهل الحركات الخلوية. تتحمل الشعيرات المتوسطة التوتر وتثبّت النواة والعضيات الأخرى في مكانها. تساعد الأنابيب الدقيقة الخلية على مقاومة الضغط، وتعمل كمسارات للبروتينات الحركية التي تنقل الحويصلات عبر الخلية، وتسحب الكروموسومات المكررة إلى الأطراف المقابلة للخلية المنقسمة. وهي أيضًا العنصر الهيكلي للنتورات والسوط والأهداب.

مسرد المصطلحات

سيليوم: (الجمع = الأهداب) هيكل قصير يشبه الشعر يمتد من غشاء البلازما بأعداد كبيرة ويستخدم لتحريك خلية كاملة أو نقل المواد على طول السطح الخارجي للخلية

الهيكل الخلوي: شبكة من ألياف البروتين التي تحافظ بشكل جماعي على شكل الخلية، وتؤمن بعض العضيات في مواضع محددة، وتسمح للسيتوبلازم والحويصلات بالتحرك داخل الخلية، وتمكن الكائنات أحادية الخلية من التحرك بشكل مستقل

سوط: (الجمع = السوط) هيكل طويل يشبه الشعر يمتد من غشاء البلازما ويستخدم لتحريك الخلية

خيوط وسيطة: مكون الهيكل الخلوي، المكون من عدة خيوط متشابكة من البروتين الليفي، الذي يتحمل التوتر ويدعم تقاطعات الخلايا الخلوية ويثبت الخلايا في الهياكل خارج الخلية

ميكروفيتيل: أضيق عنصر في نظام الهيكل الخلوي؛ فهو يوفر الصلابة والشكل للخلية ويتيح الحركات الخلوية

أنبوبة صغيرة: أكبر عنصر في نظام الهيكل الخلوي؛ فهو يساعد الخلية على مقاومة الانضغاط، ويوفر مسارًا تتحرك فيه الحويصلات عبر الخلية، ويسحب الكروموسومات المكررة إلى الأطراف المقابلة للخلية المنقسمة، وهو العنصر الهيكلي للخلايا المركزية والسوط والأهداب