4.3: خلايا حقيقية النواة

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196308

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

المهارات اللازمة للتطوير

وصف بنية الخلايا حقيقية النواة
قارن الخلايا الحيوانية بالخلايا النباتية
اذكر دور غشاء البلازما
لخص وظائف عضيات الخلية الرئيسية

هل سبق لك أن سمعت عبارة «النموذج يتبع الوظيفة؟» إنها فلسفة تمارس في العديد من الصناعات. في الهندسة المعمارية، هذا يعني أنه يجب بناء المباني لدعم الأنشطة التي سيتم تنفيذها داخلها. على سبيل المثال، يجب بناء ناطحة سحاب مع العديد من بنوك المصاعد؛ يجب بناء مستشفى بحيث يمكن الوصول إلى غرفة الطوارئ بسهولة.

يستخدم عالمنا الطبيعي أيضًا مبدأ وظيفة متابعة الشكل، خاصة في بيولوجيا الخلية، وسيصبح هذا واضحًا عندما نستكشف الخلايا حقيقية النواة (الشكل\(\PageIndex{1}\)). على عكس الخلايا بدائية النواة، تحتوي الخلايا حقيقية النواة على: 1) نواة مرتبطة بالغشاء؛ 2) العديد من العضيات المرتبطة بالغشاء مثل الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا وغيرها؛ و 3) العديد من الكروموسومات على شكل قضيب. نظرًا لأن نواة الخلية حقيقية النواة محاطة بغشاء، غالبًا ما يُقال إنها تحتوي على «نواة حقيقية». تعني كلمة «أورغانيل» «العضو الصغير»، وكما ذكرنا سابقًا، فإن العضيات لها وظائف خلوية متخصصة، تمامًا كما أن أعضاء جسمك لها وظائف متخصصة.

في هذه المرحلة، يجب أن يكون واضحًا لك أن الخلايا حقيقية النواة لها بنية أكثر تعقيدًا من الخلايا بدائية النواة. تسمح العضيات بتقسيم الوظائف المختلفة في مناطق مختلفة من الخلية. قبل الانتقال إلى العضيات، دعونا أولاً نفحص مكونين مهمين للخلية: غشاء البلازما والسيتوبلازم.

الجزء أ: يُظهر هذا الرسم التوضيحي خلية حيوانية حقيقية النواة نموذجية، وهي على شكل بيضة. يُطلق على السائل الموجود داخل الخلية اسم السيتوبلازم، والخلية محاطة بغشاء خلوي. تستهلك النواة حوالي نصف عرض الخلية. يوجد داخل النواة الكروماتين، الذي يتكون من الحمض النووي والبروتينات المرتبطة به. يتم تكثيف منطقة من الكروماتين في النواة، وهي بنية يتم فيها تصنيع الريبوسومات. يتم تغليف النواة بغلاف نووي مثقب بمسام مبطنة بالبروتين تسمح بدخول المواد إلى النواة. النواة محاطة بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة والناعمة، أو ER. ER السلس هو موقع تخليق الدهون. يحتوي ER الخام على ريبوسومات مدمجة تمنحه مظهرًا وعرًا. يقوم بتجميع البروتينات الغشائية والإفرازية. بالإضافة إلى ER، تطفو العديد من العضيات الأخرى داخل السيتوبلازم. ويشمل ذلك جهاز Golgi، الذي يعدل البروتينات والدهون المركبة في غرفة الطوارئ. يتكون جهاز Golgi من طبقات من الأغشية المسطحة. تحتوي الميتوكوندريا، التي تنتج طعامًا للخلية، على غشاء خارجي وغشاء داخلي مطوي للغاية. وتشمل العضيات الصغيرة الأخرى البيروكسيزومات التي تستقلب النفايات، والليزوزومات التي تهضم الطعام، والفجوات. كما تطفو الريبوسومات، المسؤولة عن تخليق البروتين، بحرية في السيتوبلازم ويتم تصويرها كنقاط صغيرة. والمكون الخلوي الأخير الموضح هو الهيكل الخلوي، الذي يحتوي على أربعة أنواع مختلفة من المكونات: الشعيرات الدقيقة، والخيوط المتوسطة، والأنابيب الدقيقة، والسينتروزومات. الشعيرات الدقيقة هي بروتينات ليفية تبطن غشاء الخلية وتشكل القشرة الخلوية. الشعيرات المتوسطة هي بروتينات ليفية تثبت العضيات في مكانها. تشكل الأنابيب الدقيقة المغزل الانقسامي وتحافظ على شكل الخلية. تتكون Centrosomes من هيكلين أنبوبيين بزوايا قائمة لبعضهما البعض. وهي تشكل مركز تنظيم الأنابيب الدقيقة. — (أ)

الجزء ب: يصور هذا الرسم التوضيحي خلية نباتية حقيقية النواة نموذجية. تحتوي نواة الخلية النباتية على الكروماتين والنواة، مثل الخلية الحيوانية. تشمل الهياكل الأخرى التي تشترك فيها الخلية النباتية مع الخلية الحيوانية الشبكة الإندوبلازمية الخشنة والناعمة، وجهاز جولجي، والميتوكوندريا، والبيروكسيزومات، والريبوسومات. يُطلق على السائل الموجود داخل الخلية النباتية اسم السيتوبلازم، تمامًا كما هو الحال في الخلية الحيوانية. تحتوي الخلية النباتية على ثلاثة من مكونات الهيكل الخلوي الأربعة الموجودة في الخلايا الحيوانية: الأنابيب الدقيقة والخيوط المتوسطة والخيوط الدقيقة. لا تحتوي الخلايا النباتية على سينتروسومات. تحتوي الخلايا النباتية على أربعة هياكل غير موجودة في خلايا الحيوانات: البلاستيدات الخضراء والبلاستيدات والفجوة المركزية وجدار الخلية. البلاستيدات الخضراء مسؤولة عن عملية التمثيل الضوئي؛ فهي تحتوي على غشاء خارجي وغشاء داخلي ومجموعة من الأغشية داخل الغشاء الداخلي. الفجوة المركزية عبارة عن هيكل كبير جدًا مملوء بالسوائل يحافظ على الضغط على جدار الخلية. تخزن المواد البلاستيكية الأصباغ. يقع جدار الخلية خارج غشاء الخلية. — (أ)

التمارين الرياضية\(\PageIndex{1}\)

إذا لم تكن النواة قادرة على أداء وظيفتها، فما العضيات الخلوية الأخرى التي ستتأثر؟

غشاء البلازما

مثل بدائيات النواة، تحتوي الخلايا حقيقية النواة على غشاء بلازمي (الشكل\(\PageIndex{2}\))، وهو طبقة ثنائية الفسفوليبيد تحتوي على بروتينات مدمجة تفصل المحتويات الداخلية للخلية عن البيئة المحيطة بها. الفوسفوليبيد هو جزيء دهني يحتوي على سلسلتين من الأحماض الدهنية ومجموعة تحتوي على الفوسفات. يتحكم غشاء البلازما في مرور الجزيئات العضوية والأيونات والماء والأكسجين داخل وخارج الخلية. كما تترك النفايات (مثل ثاني أكسيد الكربون والأمونيا) الخلية بالمرور عبر غشاء البلازما.

يتم طي الأغشية البلازمية للخلايا المتخصصة في الامتصاص في نتوءات تشبه الأصابع تسمى الزغابات الصغيرة (singular = microvillus)؛ (الشكل\(\PageIndex{3}\)). عادة ما توجد هذه الخلايا في بطانة الأمعاء الدقيقة، العضو الذي يمتص العناصر الغذائية من الطعام المهضوم. هذا مثال ممتاز لوظيفة متابعة النموذج. يعاني الأشخاص المصابون بمرض الاضطرابات الهضمية من استجابة مناعية للغلوتين، وهو بروتين موجود في القمح والشير والجاودار. تؤدي الاستجابة المناعية إلى إتلاف الزغابات الصغيرة، وبالتالي لا يستطيع الأفراد المصابون امتصاص العناصر الغذائية. هذا يؤدي إلى سوء التغذية والتشنج والإسهال. يجب على المرضى الذين يعانون من مرض الاضطرابات الهضمية اتباع نظام غذائي خالٍ من الغلوتين.

الجزء الأيسر من هذا الشكل عبارة عن صورة مجهرية إلكترونية للإرسال للميكروفيللي، والتي تظهر على شكل سيقان طويلة ونحيلة تمتد من غشاء البلازما. يوضح الجانب الأيمن الخلايا التي تحتوي على ميكروفيللي. تغطي الزوائد الدقيقة سطح الخلية المواجهة للجزء الداخلي من الأمعاء الدقيقة. — الشكل\(\PageIndex{3}\): الزوائد الدقيقة، الموضحة هنا عند ظهورها على الخلايا المبطنة للأمعاء الدقيقة، تزيد من مساحة السطح المتاحة للامتصاص. توجد هذه الميكروفيل فقط في منطقة الغشاء البلازمي الذي يواجه التجويف الذي سيتم امتصاص المواد منه. (اعتماد «ميكروغراف»: تعديل عمل لويزا هوارد)

السيتوبلازم

السيتوبلازم هو المنطقة الكاملة للخلية بين غشاء البلازما والغلاف النووي (هيكل ستتم مناقشته قريبًا). وتتكون من عضيات معلقة في السيتوسول الشبيه بالهلام والهيكل الخلوي ومواد كيميائية مختلفة (الشكل\(\PageIndex{1}\)). على الرغم من أن السيتوبلازم يتكون من 70 إلى 80 بالمائة من الماء، إلا أنه يتمتع بقوام شبه صلب، يأتي من البروتينات الموجودة بداخله. ومع ذلك، فإن البروتينات ليست الجزيئات العضوية الوحيدة الموجودة في السيتوبلازم. يوجد هناك أيضًا الجلوكوز والسكريات البسيطة الأخرى والسكريات المتعددة والأحماض الأمينية والأحماض النووية والأحماض الدهنية ومشتقات الجلسرين. كما يتم إذابة أيونات الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والعديد من العناصر الأخرى في السيتوبلازم. تحدث العديد من التفاعلات الأيضية، بما في ذلك تخليق البروتين، في السيتوبلازم.

ذا نيوكليوس

عادةً ما تكون النواة هي العضية الأبرز في الخلية (الشكل\(\PageIndex{1}\)). تحتوي النواة (الجمع = النواة) على الحمض النووي للخلية وتوجه تخليق الريبوسومات والبروتينات. دعونا ننظر إليها بمزيد من التفصيل (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

النواة محاطة بهياكل منتشرة تسمى الشبكة الإندوبلازمية. هذه مليئة بالهياكل المستديرة في جميع الأنحاء. الغطاء الخارجي للنواة هو الغلاف النووي الذي يحتوي على مسام نووية. تمتلئ النواة بالنيوكليوبلازم، حيث يتم تضمين النواة الداكنة والدائرية وخيوط الكروماتين الشبيهة بالسباغيتي. — الشكل\(\PageIndex{4}\): تخزن النواة الكروماتين (الحمض النووي بالإضافة إلى البروتينات) في مادة تشبه الهلام تسمى النيوكليوبلازم. النواة هي منطقة مكثفة من الكروماتين حيث يحدث تخليق الريبوسوم. تسمى حدود النواة بالمغلف النووي. وتتكون من طبقتين من الفسفوليبيد: غشاء خارجي وغشاء داخلي. الغشاء النووي مستمر مع الشبكة الإندوبلازمية. تسمح المسام النووية للمواد بالدخول والخروج من النواة.

المغلف النووي

الغلاف النووي عبارة عن هيكل مزدوج الغشاء يشكل الجزء الخارجي من النواة (الشكل\(\PageIndex{4}\)). كل من الأغشية الداخلية والخارجية للغلاف النووي عبارة عن طبقات ثنائية الفسفوليبيد.

يتخلل الغلاف النووي مسام تتحكم في مرور الأيونات والجزيئات والحمض النووي الريبي بين النيوكليوبلازم والسيتوبلازم. النوكليوبلازم هو السائل شبه الصلب داخل النواة، حيث نجد الكروماتين والنواة.

الكروماتين والكروموسومات

لفهم الكروماتين، من المفيد أولاً التفكير في الكروموسومات. الكروموسومات هي هياكل داخل النواة تتكون من الحمض النووي، المادة الوراثية. قد تتذكر أنه في بدائيات النواة، يتم تنظيم الحمض النووي في كروموسوم دائري واحد. في حقيقيات النوى، تكون الكروموسومات عبارة عن هياكل خطية. يحتوي كل نوع حقيقي النواة على عدد محدد من الكروموسومات في نواة خلايا الجسم. على سبيل المثال، في البشر، رقم الكروموسوم هو 46، بينما في ذباب الفاكهة، هو ثمانية. تكون الكروموسومات مرئية ويمكن تمييزها عن بعضها البعض فقط عندما تستعد الخلية للانقسام. عندما تكون الخلية في مرحلتي النمو والصيانة من دورة حياتها، ترتبط البروتينات بالكروموسومات، وتشبه مجموعة من الخيوط غير الملفوفة والمختلطة. تسمى مجمعات كروموسوم البروتين غير الملفوفة بالكروماتين (الشكل\(\PageIndex{5}\))؛ يصف الكروماتين المادة التي تشكل الكروموسومات عند تكثيفها وإزالة تكثيفها.

الجزء أ: في هذا الرسم التوضيحي، يظهر الحمض النووي الملفوف بإحكام في أسطوانتين سميكتين في الجزء العلوي الأيمن. تُظهر الصورة المقربة كيفية لف الحمض النووي حول بروتينات تسمى الهستونات. الجزء ب: تُظهر هذه الصورة كروموسومات مقترنة. — (أ)

النوكليولوس

نحن نعلم بالفعل أن النواة توجه تخليق الريبوسومات، ولكن كيف تفعل ذلك؟ تحتوي بعض الكروموسومات على أقسام من الحمض النووي الذي يشفر الحمض النووي الريبوزي. تقوم منطقة ملطخة داكنة داخل النواة تسمى النواة (الجمع = النواة) بتجميع الحمض النووي الريبي الريبوسومي مع البروتينات المرتبطة لتجميع الوحدات الفرعية الريبوسومية التي يتم نقلها بعد ذلك عبر المسام في الغلاف النووي إلى السيتوبلازم.

الريبوسومات

الريبوسومات هي الهياكل الخلوية المسؤولة عن تخليق البروتين. عند النظر إليها من خلال المجهر الإلكتروني، تظهر الريبوسومات إما كمجموعات (بوليريبوسومات) أو نقاط مفردة صغيرة تطفو بحرية في السيتوبلازم. قد يتم ربطها بالجانب السيتوبلازمي من غشاء البلازما أو الجانب السيتوبلازمي للشبكة الإندوبلازمية والغشاء الخارجي للغلاف النووي (الشكل\(\PageIndex{1}\)). أظهر لنا الفحص المجهري الإلكتروني أن الريبوسومات، وهي مجمعات كبيرة من البروتين والحمض النووي الريبي، تتكون من وحدتين فرعيتين، تسمى بشكل مناسب الكبيرة والصغيرة (الشكل\(\PageIndex{6}\)). تتلقى الريبوسومات «طلباتها» لتخليق البروتين من النواة حيث يتم نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي المرسل (mRNA). ينتقل mRNA إلى الريبوسومات، التي تترجم الكود الذي يوفره تسلسل القواعد النيتروجينية في mRNA إلى ترتيب محدد من الأحماض الأمينية في البروتين. الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية للبروتينات.

يتكون الريبوسوم من وحدة فرعية صغيرة ووحدة فرعية كبيرة، أي حوالي ثلاثة أضعاف حجم الوحدة الصغيرة. تقع الوحدة الفرعية الكبيرة فوق الوحدة الصغيرة. سلسلة من خيوط mRNA بين الوحدات الفرعية الكبيرة والصغيرة. تمتد سلسلة البروتين من أعلى الوحدة الفرعية الكبيرة. — الشكل\(\PageIndex{6}\): تتكون الريبوسومات من وحدة فرعية كبيرة (أعلى) ووحدة فرعية صغيرة (أسفل). أثناء تخليق البروتين، تقوم الريبوسومات بتجميع الأحماض الأمينية في بروتينات.

نظرًا لأن تخليق البروتينات هو وظيفة أساسية لجميع الخلايا (بما في ذلك الإنزيمات والهرمونات والأجسام المضادة والأصباغ والمكونات الهيكلية والمستقبلات السطحية)، توجد الريبوسومات في كل خلية تقريبًا. توجد ريبوسومات وفيرة بشكل خاص في الخلايا التي تصنع كميات كبيرة من البروتين. على سبيل المثال، البنكرياس مسؤول عن تكوين العديد من الإنزيمات الهضمية والخلايا التي تنتج هذه الإنزيمات تحتوي على العديد من الريبوسومات. وبالتالي، نرى مثالًا آخر على وظيفة اتباع النموذج.

الميتوكوندريا

غالبًا ما يُطلق على الميتوكوندريا (المفرد = الميتوكوندريا) اسم «القوى» أو «مصانع الطاقة» للخلية لأنها مسؤولة عن صنع الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP)، الجزيء الرئيسي الحامل للطاقة في الخلية. يمثل ATP الطاقة المخزنة قصيرة المدى للخلية. التنفس الخلوي هو عملية صنع ATP باستخدام الطاقة الكيميائية الموجودة في الجلوكوز والمواد المغذية الأخرى. في الميتوكوندريا، تستخدم هذه العملية الأكسجين وتنتج ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات. في الواقع، يأتي ثاني أكسيد الكربون الذي تزفره مع كل نفس من التفاعلات الخلوية التي تنتج ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي.

تماشيًا مع موضوعنا المتمثل في وظيفة اتباع الشكل، من المهم الإشارة إلى أن خلايا العضلات تحتوي على تركيز عالٍ جدًا من الميتوكوندريا التي تنتج ATP. تحتاج خلايا العضلات إلى الكثير من الطاقة للحفاظ على حركة جسمك. عندما لا تحصل خلاياك على كمية كافية من الأكسجين، فإنها لا تنتج الكثير من ATP. بدلاً من ذلك، فإن الكمية الصغيرة من ATP التي يصنعونها في غياب الأكسجين تكون مصحوبة بإنتاج حمض اللاكتيك.

الميتوكوندريا عبارة عن عضيات ذات غشاء مزدوج بيضاوي الشكل (الشكل\(\PageIndex{7}\)) لها ريبوسومات وحمض نووي خاصين بها. كل غشاء عبارة عن طبقة ثنائية الفسفوليبيد مدمجة بالبروتينات. تحتوي الطبقة الداخلية على طيات تسمى الكريستال. تسمى المنطقة المحاطة بالطيات مصفوفة الميتوكوندريا. تلعب الكريستا والمصفوفة أدوارًا مختلفة في التنفس الخلوي.

يُظهر هذا المجهر الإلكتروني للإرسال للميتوكوندريا غشاءًا خارجيًا بيضاويًا وغشاءًا داخليًا به العديد من الطيات تسمى الكريستات. يوجد داخل الغشاء الداخلي مساحة تسمى مصفوفة الميتوكوندريا. — الشكل\(\PageIndex{7}\): يُظهر هذا المجهري الإلكتروني الميتوكوندريا كما يُرى باستخدام المجهر الإلكتروني للإرسال. تحتوي هذه العضية على غشاء خارجي وغشاء داخلي. يحتوي الغشاء الداخلي على طيات تسمى الكريستات تزيد من مساحة سطحه. تسمى المسافة بين الغشاءين الفضاء بين الأغشية، والفضاء داخل الغشاء الداخلي يسمى مصفوفة الميتوكوندريا. يحدث تخليق ATP على الغشاء الداخلي. (المصدر: تعديل العمل من قبل ماثيو بريتون؛ بيانات المقياس من مات راسل)

البيروكسيزومات

البيروكسيزومات عبارة عن عضيات صغيرة مستديرة محاطة بأغشية مفردة. يقومون بإجراء تفاعلات الأكسدة التي تكسر الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية. كما أنها تزيل السموم من العديد من السموم التي قد تدخل الجسم. (تطلق العديد من تفاعلات الأكسدة هذه بيروكسيد الهيدروجين، H ₂ O ₂، مما قد يضر بالخلايا؛ ومع ذلك، عندما تقتصر هذه التفاعلات على البيروكسيزومات، تقوم الإنزيمات بتحطيم H _{2 O ₂} بأمان إلى أكسجين وماء.) على سبيل المثال، يتم إزالة السموم من الكحول بواسطة البيروكسيزومات في خلايا الكبد. تعتبر الجليوكسيزومات، وهي بيروكسيزومات متخصصة في النباتات، مسؤولة عن تحويل الدهون المخزنة إلى سكريات.

الحويصلات والفجوات

الحويصلات والفجوات عبارة عن أكياس مرتبطة بالغشاء تعمل في التخزين والنقل. بخلاف حقيقة أن الفجوات أكبر إلى حد ما من الحويصلات، هناك فرق دقيق للغاية بينهما: يمكن أن تندمج أغشية الحويصلات إما مع غشاء البلازما أو أنظمة الأغشية الأخرى داخل الخلية. بالإضافة إلى ذلك، تقوم بعض العوامل مثل الإنزيمات داخل فجوات النبات بتفكيك الجزيئات الكبيرة. لا يندمج غشاء الفجوة مع أغشية المكونات الخلوية الأخرى.

الخلايا الحيوانية مقابل الخلايا النباتية

في هذه المرحلة، تعلم أن كل خلية حقيقية النواة تحتوي على غشاء بلازمي، وسيتوبلازم، ونواة، وريبوسومات، وميتوكوندريا، وبيروكسيسومات، وفي بعض الفجوات، ولكن هناك بعض الاختلافات اللافتة بين الخلايا الحيوانية والنباتية. في حين تحتوي كل من الخلايا الحيوانية والنباتية على مراكز تنظيم الأنابيب الدقيقة (mTOCs)، فإن الخلايا الحيوانية تحتوي أيضًا على وحدات مركزية مرتبطة بـ MTOC: مركب يسمى centrosome. تحتوي كل خلية من الخلايا الحيوانية على سينتروسوم وليزوزومات، بينما لا تحتوي الخلايا النباتية على ذلك. تحتوي الخلايا النباتية على جدار خلوي، والبلاستيدات الخضراء وغيرها من البلاستيدات المتخصصة، وفجوة مركزية كبيرة، بينما لا تحتوي الخلايا الحيوانية على ذلك.

ذا سينتروسوم

السينتروسوم هو مركز لتنظيم الأنابيب الدقيقة يوجد بالقرب من نوى الخلايا الحيوانية. يحتوي على زوج من وحدات الطرد المركزي، وهما هيكلان يقعان بشكل عمودي على بعضهما البعض (الشكل\(\PageIndex{8}\)). كل وحدة مركزية عبارة عن أسطوانة مكونة من تسعة توائم من الأنابيب الدقيقة.

كل قطعة سنتريول تشبه قطعة من معكرونة ريجاتوني في المظهر. يتم توجيهها واحدة فوق الأخرى، ولكنها متعامدة مع بعضها البعض. إنها أسطوانية ولكن جدرانها تتكون من ثلاثة توائم من الأنابيب الدقيقة الصغيرة. — الشكل\(\PageIndex{8}\): يتكون السنتروسوم من وحدتين مركزيتين تقعان في زوايا قائمة لبعضهما البعض. كل وحدة مركزية عبارة عن أسطوانة تتكون من تسعة ثلاثة توائم من الأنابيب الدقيقة. تجمع بروتينات النونوتوبولين (المشار إليها بالخطوط الخضراء) ثلاثة توائم الميكرونبيبات معًا.

يتكاثر السنتروسوم المركزي (العضية التي تنشأ فيها جميع الأنابيب الدقيقة) قبل أن تنقسم الخلية، ويبدو أن الوحدات المركزية لها بعض الدور في سحب الكروموسومات المكررة إلى الأطراف المقابلة للخلية المنقسمة. ومع ذلك، فإن الوظيفة الدقيقة للمراكز المركزية في انقسام الخلايا ليست واضحة، لأن الخلايا التي تمت إزالة السينتروسوم المركزي لا تزال قادرة على الانقسام، والخلايا النباتية، التي تفتقر إلى السينتروسومات، قادرة على الانقسام الخلوي.

الليزوزومات

تحتوي الخلايا الحيوانية على مجموعة أخرى من العضيات غير الموجودة في الخلايا النباتية: الليزوزومات. الليزوزومات هي «التخلص من القمامة» للخلية. في الخلايا النباتية، تتم عمليات الهضم في فجوات. تساعد الإنزيمات الموجودة داخل الليزوزومات على تكسير البروتينات والسكريات والدهون والأحماض النووية وحتى العضيات البالية. تنشط هذه الإنزيمات بدرجة حموضة أقل بكثير من السيتوبلازم. لذلك، تكون درجة الحموضة داخل الليزوزومات أكثر حمضية من درجة الحموضة في السيتوبلازم. لا يمكن أن تحدث العديد من التفاعلات التي تحدث في السيتوبلازم عند درجة حموضة منخفضة، لذلك مرة أخرى، تظهر ميزة تقسيم الخلية حقيقية النواة إلى عضيات.

جدار الخلية

إذا قمت بفحص الشكل\(\PageIndex{1}\) ب، الرسم التخطيطي لخلية نباتية، سترى هيكلًا خارجيًا للغشاء البلازمي يسمى جدار الخلية. جدار الخلية عبارة عن غطاء صلب يحمي الخلية ويوفر الدعم الهيكلي ويعطي الشكل للخلية. تحتوي الخلايا الفطرية والبروتستانية أيضًا على جدران خلوية. في حين أن المكون الرئيسي لجدران الخلايا بدائية النواة هو الببتيدوجليكان، فإن الجزيء العضوي الرئيسي في جدار الخلية النباتية هو السليلوز (الشكل\(\PageIndex{9}\))، وهو عديد السكاريد المكون من وحدات الجلوكوز. هل سبق لك أن لاحظت أنه عندما تقضم الخضروات النيئة، مثل الكرفس، فإنها تتكسر؟ هذا لأنك تمزق جدران الخلايا الصلبة لخلايا الكرفس بأسنانك.

يُظهر هذا الرسم التوضيحي ثلاث وحدات فرعية للجلوكوز متصلة ببعضها البعض. تشير الخطوط المتقطعة في كل طرف إلى أن العديد من الوحدات الفرعية تشكل ألياف السليلوز بأكملها. كل وحدة فرعية للجلوكوز عبارة عن حلقة مغلقة تتكون من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين. — الشكل\(\PageIndex{9}\): السليلوز عبارة عن سلسلة طويلة من جزيئات بيتا جلوكوز متصلة برابطة 1-4. تشير الخطوط المتقطعة في كل نهاية من الشكل إلى سلسلة من وحدات الجلوكوز الأخرى. حجم الصفحة يجعل من المستحيل تصوير جزيء السليلوز بأكمله.

البلاستيدات الخضراء

مثل الميتوكوندريا، تحتوي البلاستيدات الخضراء على الحمض النووي والريبوسومات الخاصة بها، لكن البلاستيدات الخضراء لها وظيفة مختلفة تمامًا. البلاستيدات الخضراء هي عضيات الخلايا النباتية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. التمثيل الضوئي هو سلسلة من التفاعلات التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الضوئية لإنتاج الجلوكوز والأكسجين. هذا هو الفرق الرئيسي بين النباتات والحيوانات؛ فالنباتات (الأوتوتروفات) قادرة على صنع طعامها الخاص، مثل السكريات، بينما يجب على الحيوانات (المغايرة) تناول طعامها.

مثل الميتوكوندريا، تحتوي البلاستيدات الخضراء على أغشية خارجية وداخلية، ولكن داخل المساحة المحاطة بالغشاء الداخلي للكلوروبلاست توجد مجموعة من الأكياس الغشائية المترابطة والمكدسة المليئة بالسوائل تسمى ثيلاكويدات (الشكل\(\PageIndex{10}\)). كل كومة من الثيلاكويدات تسمى الغرانوم (الجمع = الغرانا). يُطلق على السائل الذي يحيط بالغشاء الداخلي المحيط بالجرانا اسم السدى.

يُظهر هذا الرسم الإيضاحي البلاستيدات المكلورة، التي تحتوي على غشاء خارجي وغشاء داخلي. تسمى المسافة بين الأغشية الخارجية والداخلية الفضاء بين الأغشية. داخل الغشاء الداخلي توجد هياكل مسطحة تشبه الفطائر تسمى ثيلاكويدات. تشكل الثيلاكويدات أكوامًا تسمى جرانا. يُطلق على السائل الموجود داخل الغشاء الداخلي اسم السدى، وتسمى المساحة الموجودة داخل الثيلاكويدات مساحة الثيلاكويد. — الشكل\(\PageIndex{10}\): يحتوي الكلوروبلاست على غشاء خارجي وغشاء داخلي وهياكل غشائية تسمى ثيلاكويدات مكدسة في الجرانا. تسمى المساحة الموجودة داخل أغشية الثيلاكويد مساحة الثيلاكويد. تحدث تفاعلات حصاد الضوء في أغشية الثيلاكويد، ويتم تخليق السكر في السائل داخل الغشاء الداخلي، والذي يسمى السدى. تحتوي البلاستيدات الخضراء أيضًا على جينوم خاص بها موجود في كروموسوم دائري واحد.

تحتوي البلاستيدات الخضراء على صبغة خضراء تسمى الكلوروفيل، والتي تلتقط الطاقة الضوئية التي تدفع تفاعلات التمثيل الضوئي. مثل الخلايا النباتية، يحتوي أخصائيو التمثيل الضوئي أيضًا على البلاستيدات الخضراء. تقوم بعض البكتيريا بعملية التمثيل الضوئي، لكن الكلوروفيل الخاص بها لا يتحول إلى عضية.

اتصال التطور: إندوسيمبيوسيس

لقد ذكرنا أن كلا من الميتوكوندريا والكلوروبلاستيدات تحتوي على الحمض النووي والريبوسومات. هل تساءلت لماذا؟ تشير الأدلة القوية إلى التكافل كتفسير.

التكافل هو علاقة تعتمد فيها الكائنات الحية من نوعين منفصلين على بعضها البعض من أجل بقائها. إندوسيمبيوسيس (endosymbiosis (endo- = «with») هي علاقة مفيدة للطرفين يعيش فيها كائن حي داخل الآخر. العلاقات التكافلية تكثر في الطبيعة. لقد ذكرنا بالفعل أن الميكروبات التي تنتج فيتامين K تعيش داخل أمعاء الإنسان. هذه العلاقة مفيدة لنا لأننا غير قادرين على تصنيع فيتامين K. كما أنها مفيدة للميكروبات لأنها محمية من الكائنات الحية الأخرى ومن الجفاف، وتتلقى طعامًا وفيرًا من بيئة الأمعاء الغليظة.

لاحظ العلماء منذ فترة طويلة أن البكتيريا والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء متشابهة في الحجم. نحن نعلم أيضًا أن البكتيريا تحتوي على الحمض النووي والريبوسومات، تمامًا كما تفعل الميتوكوندريا والبلاستيك الأخضر. يعتقد العلماء أن الخلايا المضيفة والبكتيريا شكلت علاقة تكافلية داخلية عندما ابتلعت الخلايا المضيفة كلاً من البكتيريا الهوائية والبكتيريا ذاتية التغذية (البكتيريا الزرقاء) ولكنها لم تدمرها. على مدار ملايين السنين من التطور، أصبحت هذه البكتيريا المبتلعة أكثر تخصصًا في وظائفها، حيث أصبحت البكتيريا الهوائية ميتوكوندريا وأصبحت البكتيريا ذاتية التغذية عبارة عن بلاستيدات خضراء.

الفجوة المركزية

ذكرنا سابقًا الفجوات كمكونات أساسية للخلايا النباتية. إذا نظرت إلى الشكل\(\PageIndex{1}\) ب، سترى أن كل خلية نباتية تحتوي على فجوة مركزية كبيرة تشغل معظم مساحة الخلية. تلعب الفجوة المركزية دورًا رئيسيًا في تنظيم تركيز الخلية للمياه في الظروف البيئية المتغيرة. هل سبق لك أن لاحظت أنه إذا نسيت سقي النبات لبضعة أيام، فإنه يذبل؟ هذا لأنه عندما يصبح تركيز الماء في التربة أقل من تركيز الماء في النبات، ينتقل الماء من الفجوات المركزية والسيتوبلازم. ومع تقلص الفجوة المركزية، فإنها تترك جدار الخلية غير مدعوم. يؤدي فقدان الدعم لجدران خلايا الخلايا النباتية إلى ظهور النبات الذابل.

تدعم الفجوة المركزية أيضًا توسيع الخلية. عندما تحتوي الفجوة المركزية على المزيد من الماء، تصبح الخلية أكبر دون الحاجة إلى استثمار الكثير من الطاقة في تصنيع السيتوبلازم الجديد.

ملخص

مثل الخلية بدائية النواة، تحتوي الخلية حقيقية النواة على غشاء بلازمي وسيتوبلازم وريبوسومات، لكن الخلية حقيقية النواة عادة ما تكون أكبر من الخلية بدائية النواة، ولها نواة حقيقية (بمعنى أن الحمض النووي الخاص بها محاط بغشاء)، ولديها عضيات أخرى مرتبطة بالغشاء تسمح بتقسيم الوظائف. غشاء البلازما عبارة عن طبقة ثنائية الفسفوليبيد مدمجة بالبروتينات. نواة النواة هي موقع تجميع الريبوسوم. توجد الريبوسومات إما في السيتوبلازم أو متصلة بالجانب السيتوبلازمي من غشاء البلازما أو الشبكة الإندوبلازمية. يقومون بتوليف البروتين. تشارك الميتوكوندريا في التنفس الخلوي؛ فهي مسؤولة عن غالبية ATP المنتج في الخلية. تقوم البيروكسيزومات بتحلل الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية وبعض السموم. الحويصلات والفجوات عبارة عن مقصورات للتخزين والنقل. في الخلايا النباتية، تساعد الفجوات أيضًا على تكسير الجزيئات الكبيرة.

تحتوي الخلايا الحيوانية أيضًا على سينتروسوم وليزوزومات. يحتوي السنتروسوم المركزي على جسمين متعامدين على بعضهما البعض، وهما الجزئيات المركزية، وله غرض غير معروف في انقسام الخلايا. الليزوزومات هي العضيات الهضمية للخلايا الحيوانية.

تحتوي كل من الخلايا النباتية والخلايا الشبيهة بالنباتات على جدار خلوي وبلاستيدات خضراء وفجوة مركزية. يحمي جدار الخلية النباتية، المكون الأساسي فيه السليلوز، الخلية ويوفر الدعم الهيكلي ويعطي الشكل للخلية. تتم عملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء. يمكن أن تتوسع الفجوة المركزية دون الحاجة إلى إنتاج المزيد من السيتوبلازم.

اتصالات فنية

الشكل\(\PageIndex{1}\): إذا لم تكن النواة قادرة على أداء وظيفتها، فما العضيات الخلوية الأخرى التي ستتأثر؟

إجابة: لن تتمكن الريبوسومات الحرة والشبكة الإندوبلازمية الخشنة (التي تحتوي على الريبوسومات) من التكون.

مسرد المصطلحات

جدار خلوي: غطاء خلية صلب مصنوع من السليلوز الذي يحمي الخلية ويوفر الدعم الهيكلي ويعطي الشكل للخلية

فجوة مركزية: عضية الخلية النباتية الكبيرة التي تنظم حجرة تخزين الخلية، وتحتفظ بالمياه، وتلعب دورًا مهمًا في نمو الخلايا كموقع لتدهور الجزيئات الكبيرة

مركزي: منطقة في الخلايا الحيوانية مصنوعة من مركزيين

كلوروفيل: صبغة خضراء تلتقط الطاقة الضوئية التي تدفع التفاعلات الضوئية لعملية التمثيل الضوئي

كلوروبلاست: عضية الخلية النباتية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي

الكروماتين: مركب البروتين والحمض النووي الذي يعمل كمواد بناء للكروموسومات

كروموسوم: هيكل داخل النواة يتكون من الكروماتين الذي يحتوي على الحمض النووي، المادة الوراثية

السيتوبلازم: منطقة كاملة بين غشاء البلازما والغلاف النووي، تتكون من عضيات معلقة في السيتوسول الشبيه بالهلام، والهيكل الخلوي، ومواد كيميائية مختلفة

سيتوسول: مادة تشبه الهلام في السيتوبلازم حيث يتم تعليق هياكل الخلايا

خلية حقيقية النواة: خلية تحتوي على نواة مرتبطة بالغشاء والعديد من المقصورات أو الأكياس الأخرى المرتبطة بالغشاء

الليزوزوم: عضية في خلية حيوانية تعمل كمكون هضمي للخلية؛ فهي تكسر البروتينات والسكريات والدهون والأحماض النووية وحتى العضيات البالية

الميتوكوندريا: (singular = الميتوكوندريا) العضيات الخلوية المسؤولة عن إجراء التنفس الخلوي، مما أدى إلى إنتاج ATP، الجزيء الرئيسي الحامل للطاقة في الخلية

ظرف نووي: هيكل مزدوج الغشاء يشكل الجزء الخارجي من النواة

نواة: تلوين الجسم بشكل داكن داخل النواة المسؤولة عن تجميع الوحدات الفرعية للريبوسومات

النيوكليوبلازم: سائل شبه صلب داخل النواة التي تحتوي على الكروماتين والنواة

نواة: عضية الخلية التي تحتوي على الحمض النووي للخلية وتوجه تخليق الريبوسومات والبروتينات

عضية: مقصورة أو كيس داخل خلية

البيروكسيسوم: عضية صغيرة مستديرة تحتوي على بيروكسيد الهيدروجين وتؤكسد الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية وتزيل السموم من العديد من السموم

غشاء بلازمي: طبقة ثنائية الفسفوليبيد مع بروتينات مدمجة (متكاملة) أو مرفقة (محيطية)، وتفصل المحتوى الداخلي للخلية عن البيئة المحيطة بها

ريبوسوم: البنية الخلوية التي تنفذ تخليق البروتين

فراغ: كيس مرتبط بالغشاء، أكبر إلى حد ما من الحويصلة، ويعمل في التخزين الخلوي والنقل

حويصلة: كيس صغير مرتبط بالغشاء يعمل في التخزين الخلوي والنقل؛ غشاءه قادر على الاندماج مع غشاء البلازما وأغشية الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي