3.3: خلايا حقيقية النواة
- Page ID
- 191311
في هذه المرحلة، يجب أن يكون واضحًا أن الخلايا حقيقية النواة لها بنية أكثر تعقيدًا من الخلايا بدائية النواة. تسمح العضيات بحدوث وظائف مختلفة في الخلية في نفس الوقت. قبل مناقشة وظائف العضيات داخل الخلية حقيقية النواة، دعونا أولاً نفحص مكونين مهمين للخلية: غشاء البلازما والسيتوبلازم.
آرت كونيكشن
ما هي الهياكل التي تمتلكها الخلية النباتية والتي لا تمتلكها الخلية الحيوانية؟ ما هي الهياكل التي تمتلكها الخلية الحيوانية والتي لا تمتلكها الخلية النباتية؟
غشاء البلازما
مثل بدائيات النواة، تحتوي الخلايا حقيقية النواة على غشاء بلازمي (الشكل\(\PageIndex{2}\)) يتكون من طبقة ثنائية الفسفوليبيد مع بروتينات مدمجة تفصل المحتويات الداخلية للخلية عن البيئة المحيطة بها. الفوسفوليبيد هو جزيء دهني يتكون من سلسلتين من الأحماض الدهنية، والعمود الفقري للجلسرين، ومجموعة الفوسفات. ينظم غشاء البلازما مرور بعض المواد، مثل الجزيئات العضوية والأيونات والماء، مما يمنع مرور بعضها للحفاظ على الظروف الداخلية، مع جلب أو إزالة مواد أخرى بنشاط. تتحرك المركبات الأخرى بشكل سلبي عبر الغشاء.
يتم طي الأغشية البلازمية للخلايا المتخصصة في الامتصاص في نتوءات تشبه الأصابع تسمى الزغابات الصغيرة (singular = microvillus). هذا الطي يزيد من مساحة سطح غشاء البلازما. عادة ما توجد هذه الخلايا في بطانة الأمعاء الدقيقة، العضو الذي يمتص العناصر الغذائية من الطعام المهضوم. هذا مثال ممتاز للنموذج المطابق لوظيفة الهيكل.
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.
السيتوبلازم
يتكون السيتوبلازم من محتويات خلية 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 يتميز 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.
الهيكل الخلوي
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، وتؤمن عضيات معينة في مواضع محددة، وتسمح للسيتوبلازم والحويصلات بالتحرك داخل الخلية، وتمكن الكائنات أحادية الخلية من التحرك بشكل مستقل. تُعرف هذه الشبكة من ألياف البروتين بشكل جماعي باسم الهيكل الخلوي. هناك ثلاثة أنواع من الألياف داخل الهيكل الخلوي: الشعيرات الدقيقة، والمعروفة أيضًا باسم خيوط الأكتين، والخيوط المتوسطة، والأنابيب الدقيقة (الشكل\(\PageIndex{3}\)).
الشعيرات الدقيقة هي أنحف ألياف الهيكل الخلوي وتعمل في تحريك المكونات الخلوية، على سبيل المثال، أثناء انقسام الخلايا. كما أنها تحافظ على بنية الزوائد الدقيقة، وهي الطي الواسع للغشاء البلازمي الموجود في الخلايا المخصصة للامتصاص. هذه المكونات شائعة أيضًا في خلايا العضلات وهي مسؤولة عن تقلص الخلايا العضلية. تكون الشعيرات المتوسطة ذات قطر متوسط ولها وظائف هيكلية، مثل الحفاظ على شكل الخلية وتثبيت العضيات. يشكل الكيراتين، المركب الذي يقوي الشعر والأظافر، نوعًا واحدًا من الشعيرات المتوسطة. الأنابيب الدقيقة هي الأكثر سمكًا من ألياف الهيكل الخلوي. هذه أنابيب مجوفة يمكنها الذوبان والإصلاح بسرعة. توجه الأنابيب الدقيقة حركة العضية وهي الهياكل التي تسحب الكروموسومات إلى أقطابها أثناء انقسام الخلايا. وهي أيضًا المكونات الهيكلية للسوط والأهداب. في الأهداب والسوط، يتم تنظيم الأنابيب الدقيقة كدائرة من تسعة أنابيب دقيقة مزدوجة من الخارج وأنبوبين صغيرين في الوسط.
السنتروسوم هو منطقة قريبة من نواة الخلايا الحيوانية التي تعمل كمركز لتنظيم الأنابيب الدقيقة. يحتوي على زوج من وحدات الطرد المركزي، وهما هيكلان يقعان بشكل عمودي على بعضهما البعض. كل وحدة مركزية عبارة عن أسطوانة مكونة من تسعة توائم من الأنابيب الدقيقة.
يتكاثر السنتروسوم المركزي قبل أن تنقسم الخلية، وتلعب الخلايا المركزية دورًا في سحب الكروموسومات المكررة إلى الأطراف المقابلة للخلية المنقسمة. ومع ذلك، فإن الوظيفة الدقيقة للمراكز المركزية في انقسام الخلايا ليست واضحة، حيث أن الخلايا التي تمت إزالة النترولات المركزية لا تزال قادرة على الانقسام، والخلايا النباتية، التي تفتقر إلى وحدات الوسط، قادرة على الانقسام الخلوي.
الأسواط والأهداب
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، عندما تكون الأهداب (singular = cilium) موجودة، فإنها تكون كثيرة العدد وتمتد على طول سطح غشاء البلازما بأكمله. وهي عبارة عن هياكل قصيرة تشبه الشعر تُستخدم لتحريك خلايا كاملة (مثل الباراميسيوم) أو تحريك 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 تتحرك الجسيمات باتجاه الحلق التي احتجزها المخاط).
نظام بطانة الرحم
نظام بطانة الرحم (endo = with) عبارة عن مجموعة من الأغشية والعضيات (الشكل\(\PageIndex{3}\)) في الخلايا حقيقية النواة التي تعمل معًا لتعديل الدهون والبروتينات وتعبئتها ونقلها. وهي تشمل الغلاف النووي والليزوزومات والحويصلات والشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي، والتي سنغطيها قريبًا. على الرغم من أنه ليس من الناحية الفنية داخل الخلية، يتم تضمين غشاء البلازما في نظام بطانة الرحم لأنه، كما سترى، يتفاعل مع عضيات بطانة الرحم الأخرى.
ذا نيوكليوس
عادةً ما تكون النواة هي العضية الأبرز في الخلية (الشكل\(\PageIndex{1}\)). تحتوي النواة (الجمع = النوى) على الحمض النووي للخلية في شكل كروماتين وتوجه تخليق الريبوسومات والبروتينات. دعونا ننظر إليها بمزيد من التفصيل (الشكل\(\PageIndex{4}\)).
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.
لفهم الكروماتين، من المفيد أولاً التفكير في الكروموسومات. الكروموسومات هي هياكل داخل النواة تتكون من الحمض النووي والمواد الوراثية والبروتينات. هذا المزيج من الحمض النووي والبروتينات يسمى الكروماتين. في حقيقيات النوى، تكون الكروموسومات عبارة عن هياكل خطية. يحتوي كل نوع على عدد محدد من الكروموسومات في نواة خلايا الجسم. على سبيل المثال، في البشر، رقم الكروموسوم هو 46، بينما في ذباب الفاكهة، رقم الكروموسوم 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، تشبه الكروموسومات مجموعة من الخيوط غير الملفوفة والمختلطة.
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 الريبوزي مع البروتينات المرتبطة لتجميع الوحدات الفرعية الريبوسومية التي يتم نقلها بعد ذلك عبر المسام النووية إلى السيتوبلازم.
الشبكة الإندوبلازمية
الشبكة الإندوبلازمية (ER) (الشكل\(\PageIndex{7}\)) عبارة عن سلسلة من الأنابيب الغشائية المترابطة التي تعمل بشكل جماعي على تعديل البروتينات وتجميع الدهون. ومع ذلك، يتم تنفيذ هاتين الوظيفتين في مناطق منفصلة من الشبكة الإندوبلازمية: الشبكة الإندوبلازمية الخشنة والشبكة الإندوبلازمية الملساء، على التوالي.
يُطلق على الجزء المجوف من أنابيب ER اسم التجويف أو الفضاء الصهاري. يتواصل غشاء ER، وهو عبارة عن طبقة ثنائية الفسفوليبيد مدمجة بالبروتينات، مع الغلاف النووي.
سميت الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (RER) بهذا الاسم لأن الريبوسومات المتصلة بسطحها السيتوبلازمي تمنحها مظهرًا مرصعًا عند النظر إليها من خلال المجهر الإلكتروني.
تقوم الريبوسومات بتجميع البروتينات أثناء ارتباطها بـ ER، مما يؤدي إلى نقل البروتينات المركبة حديثًا إلى تجويف RER حيث تخضع لتعديلات مثل الطي أو إضافة السكريات. يقوم RER أيضًا بتصنيع الفسفوليبيدات لأغشية الخلايا.
إذا لم يكن من المقرر أن تبقى الفوسفوليبيدات أو البروتينات المعدلة في RER، فسيتم تعبئتها داخل الحويصلات ونقلها من RER عن طريق التبرعم من الغشاء (الشكل\(\PageIndex{7}\)). نظرًا لأن RER يعمل على تعديل البروتينات التي سيتم إفرازها من الخلية، فإنه يتواجد بكثرة في الخلايا التي تفرز البروتينات، مثل الكبد.
تكون الشبكة الإندوبلازمية الملساء (SER) متصلة مع RER ولكنها تحتوي على عدد قليل من الريبوسومات أو انعدامها على سطحها السيتوبلازمي (انظر الشكل\(\PageIndex{1}\)). تشمل وظائف SER تخليق الكربوهيدرات والدهون (بما في ذلك الفوسفوليبيدات) وهرمونات الستيرويد؛ إزالة السموم من الأدوية والسموم؛ استقلاب الكحول؛ وتخزين أيونات الكالسيوم.
جهاز جولجي
لقد ذكرنا بالفعل أن الحويصلات يمكن أن تنبت من غرفة الطوارئ، ولكن إلى أين تذهب الحويصلات؟ قبل الوصول إلى وجهتها النهائية، يجب فرز الدهون أو البروتينات الموجودة داخل حويصلات النقل وتعبئتها ووضع علامات عليها حتى تنتهي في المكان المناسب. يتم فرز الدهون والبروتينات ووضع العلامات عليها وتعبئتها وتوزيعها في جهاز جولجي (المعروف أيضًا باسم جسم جولجي)، وهو عبارة عن سلسلة من الأكياس الغشائية المسطحة (الشكل\(\PageIndex{5}\)).
يحتوي جهاز Golgi على وجه استقبال بالقرب من الشبكة الإندوبلازمية ووجه متحرر على الجانب بعيدًا عن ER باتجاه غشاء الخلية. تنتقل حويصلات النقل التي تتكون من ER إلى الوجه المتلقي، وتندمج معها، وتفرغ محتوياتها في تجويف جهاز Golgi. أثناء انتقال البروتينات والدهون عبر Golgi، فإنها تخضع لمزيد من التعديلات. التعديل الأكثر شيوعًا هو إضافة سلاسل قصيرة من جزيئات السكر. ثم يتم وضع علامات على البروتينات والدهون المعدلة حديثًا بمجموعات جزيئية صغيرة لتمكينها من توجيهها إلى وجهاتها المناسبة.
أخيرًا، يتم تعبئة البروتينات المعدلة والمعلمة في حويصلات تنبت من الوجه الآخر لـ Golgi. في حين أن بعض هذه الحويصلات تنقل الحويصلات وتودع محتوياتها في أجزاء أخرى من الخلية حيث سيتم استخدامها، فإن حويصلات أخرى، وهي حويصلات إفرازية، تندمج مع غشاء البلازما وتطلق محتوياتها خارج الخلية.
يوضح مقدار Golgi في أنواع الخلايا المختلفة مرة أخرى أن النموذج يتبع الوظيفة داخل الخلايا. تحتوي الخلايا التي تشارك في قدر كبير من النشاط الإفرازي (مثل خلايا الغدد اللعابية التي تفرز الإنزيمات الهضمية أو خلايا الجهاز المناعي التي تفرز الأجسام المضادة) على عدد وفير من Golgi.
في الخلايا النباتية، يلعب Golgi دورًا إضافيًا في تصنيع السكريات المتعددة، والتي يتم دمج بعضها في جدار الخلية وبعضها يستخدم في أجزاء أخرى من الخلية.
الليزوزومات
في الخلايا الحيوانية، تعتبر الليزوزومات بمثابة «التخلص من القمامة» للخلية. تساعد الإنزيمات الهضمية داخل الليزوزومات على تكسير البروتينات والسكريات والدهون والأحماض النووية وحتى العضيات البالية. في حقيقيات النوى أحادية الخلية، تعتبر الليزوزومات مهمة لهضم الطعام الذي تتناوله وإعادة تدوير العضيات. تنشط هذه الإنزيمات بدرجة حموضة أقل بكثير (أكثر حمضية) من تلك الموجودة في السيتوبلازم. لا يمكن أن تحدث العديد من التفاعلات التي تحدث في السيتوبلازم عند درجة حموضة منخفضة، وبالتالي فإن ميزة تقسيم الخلية حقيقية النواة إلى عضيات واضحة.
تستخدم الليزوزومات أيضًا إنزيماتها المائية لتدمير الكائنات الحية المسببة للأمراض التي قد تدخل الخلية. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك مجموعة من خلايا الدم البيضاء تسمى البلاعم، والتي تعد جزءًا من جهاز المناعة في الجسم. في عملية تُعرف باسم البلعمة، يتغلغل جزء من الغشاء البلازمي للبلاعم (يطوى) ويبتلع أحد العوامل الممرضة. ثم يقوم القسم المغمور، مع وجود العامل الممرض بداخله، بقرص نفسه من غشاء البلازما ويصبح حويصلة. تندمج الحويصلة مع الليزوزوم. ثم تقوم إنزيمات الليزوزوم المائية بتدمير العامل الممرض (الشكل\(\PageIndex{6}\)).
الحويصلات والفجوات
الحويصلات والفجوات عبارة عن أكياس مرتبطة بالغشاء تعمل في التخزين والنقل. تكون الفجوات أكبر إلى حد ما من الحويصلات، ولا يندمج غشاء الفجوة مع أغشية المكونات الخلوية الأخرى. يمكن أن تندمج الحويصلات مع الأغشية الأخرى داخل نظام الخلية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للإنزيمات الموجودة داخل فجوات النبات أن تكسر الجزيئات الكبيرة.
آرت كونيكشن
لماذا لا يواجه وجه رابطة الدول المستقلة في جولجي غشاء البلازما؟
الريبوسومات
الريبوسومات هي الهياكل الخلوية المسؤولة عن تخليق البروتين. عند النظر إليها من خلال المجهر الإلكتروني، تظهر الريبوسومات الحرة إما كمجموعات أو نقاط صغيرة مفردة تطفو بحرية في السيتوبلازم. قد يتم ربط الريبوسومات إما بالجانب السيتوبلازمي من غشاء البلازما أو الجانب السيتوبلازمي للشبكة الإندوبلازمية (الشكل\(\PageIndex{7}\)). أظهر الفحص المجهري الإلكتروني أن الريبوسومات تتكون من وحدات فرعية كبيرة وصغيرة. الريبوسومات عبارة عن مجمعات إنزيمية مسؤولة عن تخليق البروتين.
نظرًا لأن تخليق البروتين ضروري لجميع الخلايا، توجد الريبوسومات في كل خلية تقريبًا، على الرغم من أنها أصغر في الخلايا بدائية النواة. وهي وفيرة بشكل خاص في خلايا الدم الحمراء غير الناضجة لتخليق الهيموجلوبين، الذي يعمل في نقل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم.
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. يُعرف تكوين ATP من انهيار الجلوكوز باسم التنفس الخلوي. الميتوكوندريا عبارة عن عضيات بيضاوية الشكل ذات غشاء مزدوج (الشكل\(\PageIndex{8}\)) لها ريبوسومات وحمض نووي خاصين بها. كل غشاء عبارة عن طبقة ثنائية الفسفوليبيد مدمجة بالبروتينات. تحتوي الطبقة الداخلية على طيات تسمى الكريستال، مما يزيد من مساحة سطح الغشاء الداخلي. تسمى المنطقة المحاطة بالطيات مصفوفة الميتوكوندريا. تلعب الكريستا والمصفوفة أدوارًا مختلفة في التنفس الخلوي.
تماشيًا مع موضوعنا المتمثل في وظيفة اتباع الشكل، من المهم الإشارة إلى أن خلايا العضلات تحتوي على تركيز عالٍ جدًا من الميتوكوندريا لأن خلايا العضلات تحتاج إلى الكثير من الطاقة للتقلص.
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. يتم إزالة السموم من الكحول بواسطة البيروكسيزومات في خلايا الكبد. المنتج الثانوي لتفاعلات الأكسدة هذه هو بيروكسيد الهيدروجين، H 2 O 2، الموجود داخل البيروكسيزومات لمنع المادة الكيميائية من التسبب في تلف المكونات الخلوية خارج العضية. يتم تقسيم بيروكسيد الهيدروجين بأمان بواسطة إنزيمات البيروكسيزومال إلى ماء وأكسجين.
الخلايا الحيوانية مقابل الخلايا النباتية
على الرغم من أوجه التشابه الأساسية بينهما، هناك بعض الاختلافات اللافتة بين الخلايا الحيوانية والنباتية (انظر الجدول\(\PageIndex{1}\)). تحتوي الخلايا الحيوانية على وحدات مركزية وسنتروسومات (تمت مناقشتها في إطار الهيكل الخلوي) والليزوزومات، بينما لا تحتوي الخلايا النباتية على ذلك. تحتوي الخلايا النباتية على جدار خلوي، والبلاستيدات الخضراء، والبلاستيدات، والبلاستيدات المستخدمة للتخزين، وفجوة مركزية كبيرة، بينما لا تحتوي الخلايا الحيوانية على ذلك.
جدار الخلية
في الشكل\(\PageIndex{1}\) (ب)، الرسم التخطيطي لخلية نباتية، ترى هيكلًا خارجيًا للغشاء البلازمي يسمى جدار الخلية. جدار الخلية عبارة عن غطاء صلب يحمي الخلية ويوفر الدعم الهيكلي ويعطي الشكل للخلية. تحتوي الخلايا الفطرية والبروتستانتية 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، وهو سكاريد يتكون من سلاسل طويلة ومستقيمة من وحدات الجلوكوز. عندما تشير المعلومات الغذائية إلى الألياف الغذائية، فإنها تشير إلى محتوى السليلوز في الطعام.
البلاستيدات الخضراء
مثل الميتوكوندريا، تحتوي البلاستيدات الخضراء أيضًا على الحمض النووي والريبوسومات الخاصة بها. تعمل البلاستيدات الخضراء في عملية التمثيل الضوئي ويمكن العثور عليها في الخلايا حقيقية النواة مثل النباتات والطحالب. في عملية التمثيل الضوئي، يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الضوئية لصنع الجلوكوز والأكسجين. هذا هو الفرق الرئيسي بين النباتات والحيوانات: النباتات (autotrophs) قادرة على صنع طعامها الخاص، مثل الجلوكوز، في حين أن الحيوانات (hetrotrophs) يجب أن تعتمد على الكائنات الحية الأخرى لمركباتها العضوية أو مصدر الغذاء.
مثل الميتوكوندريا، تحتوي البلاستيدات الخضراء على أغشية خارجية وداخلية، ولكن داخل المساحة المحاطة بالغشاء الداخلي للكلوروبلاست توجد مجموعة من الأكياس الغشائية المترابطة والمكدسة والمليئة بالسوائل تسمى ثيلاكويدات (الشكل\(\PageIndex{9}\)). كل كومة من الثيلاكويدات تسمى الغرانوم (الجمع = الغرانا). يُطلق على السائل المحاط بالغشاء الداخلي والمحيط بالجرانا اسم السدى.
تحتوي البلاستيدات الخضراء على صبغة خضراء تسمى الكلوروفيل، والتي تلتقط طاقة ضوء الشمس لعملية التمثيل الضوئي. مثل الخلايا النباتية، يحتوي أخصائيو التمثيل الضوئي أيضًا على البلاستيدات الخضراء. تقوم بعض البكتيريا أيضًا بعملية التمثيل الضوئي، لكنها لا تحتوي على البلاستيدات الخضراء. توجد أصباغ التمثيل الضوئي الخاصة بهم في غشاء الثيلاكويد داخل الخلية نفسها.
التطور في العمل: 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 تعيش فيها الكائنات الحية من نوعين منفصلين في ارتباط وثيق وعادة ما تظهر تكيفات محددة مع بعضها البعض. إندوسيمبيوسيس (endosymbiosis (endo- = with) هي علاقة يعيش فيها كائن حي داخل الآخر. العلاقات التكافلية تكثر في الطبيعة. تعيش الميكروبات التي تنتج فيتامين K داخل أمعاء الإنسان. هذه العلاقة مفيدة لنا لأننا غير قادرين على تصنيع فيتامين K. كما أنها مفيدة للميكروبات لأنها محمية من الكائنات الحية الأخرى ويتم توفير موطن مستقر وغذاء وفير من خلال العيش داخل الأمعاء الغليظة.
لاحظ العلماء منذ فترة طويلة أن البكتيريا والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء متشابهة في الحجم. نحن نعلم أيضًا أن الميتوكوندريا والكلوروبلاستيدات تحتوي على الحمض النووي والريبوسومات، تمامًا كما تفعل البكتيريا. يعتقد العلماء أن الخلايا المضيفة والبكتيريا شكلت علاقة تكافلية داخلية مفيدة للطرفين عندما ابتلعت الخلايا المضيفة البكتيريا الهوائية والبكتيريا الزرقاء ولكنها لم تدمرها. من خلال التطور، أصبحت هذه البكتيريا المبتلعة أكثر تخصصًا في وظائفها، حيث تحولت البكتيريا الهوائية إلى الميتوكوندريا وتحولت بكتيريا التمثيل الضوئي إلى البلاستيدات الخضراء.
الفجوة المركزية
ذكرنا سابقًا الفجوات كمكونات أساسية للخلايا النباتية. إذا نظرت إلى الشكل\(\PageIndex{1}\)، سترى أن كل خلية نباتية تحتوي على فجوة مركزية كبيرة تشغل معظم الخلية. تلعب الفجوة المركزية دورًا رئيسيًا في تنظيم تركيز الخلية للمياه في الظروف البيئية المتغيرة. في الخلايا النباتية، يوفر السائل الموجود داخل الفجوة المركزية ضغط التورم، وهو الضغط الخارجي الناتج عن السائل الموجود داخل الخلية. هل سبق لك أن لاحظت أنه إذا نسيت سقي النبات لبضعة أيام، فإنه يذبل؟ وذلك لأنه عندما يصبح تركيز الماء في التربة أقل من تركيز الماء في النبات، ينتقل الماء من الفجوات المركزية والسيتوبلازم إلى التربة. ومع تقلص الفجوة المركزية، فإنها تترك جدار الخلية غير مدعوم. يؤدي فقدان الدعم لجدران خلايا النبات إلى المظهر الذائب. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا السائل له طعم مرير للغاية، مما يثبط استهلاك الحشرات والحيوانات. تعمل الفجوة المركزية أيضًا على تخزين البروتينات في خلايا البذور النامية.
مصفوفة الخلايا الحيوانية خارج الخلية
تطلق معظم الخلايا الحيوانية المواد في الفضاء خارج الخلية. المكونات الأساسية لهذه المواد هي البروتينات السكرية وبروتين الكولاجين. بشكل جماعي، تسمى هذه المواد المصفوفة خارج الخلية (الشكل\(\PageIndex{10}\)). لا تقوم المصفوفة خارج الخلية فقط بربط الخلايا معًا لتكوين نسيج، ولكنها تسمح أيضًا للخلايا داخل الأنسجة بالتواصل مع بعضها البعض.
يوفر تخثر الدم مثالاً لدور المصفوفة خارج الخلية في التواصل الخلوي. عندما تتلف الخلايا المبطنة للأوعية الدموية، فإنها تعرض مستقبلات بروتينية تسمى عامل الأنسجة. عندما يرتبط عامل الأنسجة بعامل آخر في المصفوفة خارج الخلية، فإنه يتسبب في التصاق الصفائح الدموية بجدار الوعاء الدموي التالف، ويحفز خلايا العضلات الملساء المجاورة في الأوعية الدموية على الانقباض (وبالتالي تضيق الأوعية الدموية)، ويبدأ سلسلة من الخطوات التي تحفز الصفائح الدموية لإنتاج عوامل التخثر.
التقاطعات بين الخلايا
يمكن للخلايا أيضًا التواصل مع بعضها البعض عن طريق الاتصال المباشر، والذي يشار إليه باسم التقاطعات بين الخلايا. هناك بعض الاختلافات في الطرق التي تقوم بها الخلايا النباتية والحيوانية بذلك. Plasmodesmata (singular = plasmodesma) عبارة عن تقاطعات بين الخلايا النباتية، بينما تشمل اتصالات الخلايا الحيوانية تقاطعات ضيقة وفجائية وديزموسومات.
بشكل عام، لا يمكن أن تلمس الامتدادات الطويلة لأغشية البلازما للخلايا النباتية المجاورة بعضها البعض لأنها مفصولة بجدران الخلايا المحيطة بكل خلية. Plasmodesmata هي قنوات عديدة تمر بين جدران خلايا الخلايا النباتية المجاورة، وتربط السيتوبلازم وتمكن جزيئات الإشارة والمواد المغذية من الانتقال من خلية إلى أخرى (الشكل\(\PageIndex{11}\) أ).
الوصلة الضيقة عبارة عن ختم مانع لتسرب الماء بين خليتين حيوانيتين متجاورتين (الشكل\(\PageIndex{11}\) ب). تمسك البروتينات الخلايا بإحكام ضد بعضها البعض. يمنع هذا الالتصاق المحكم المواد من التسرب بين الخلايا. عادةً ما توجد الوصلات الضيقة في الأنسجة الظهارية التي تبطن الأعضاء الداخلية والتجاويف، وتشكل معظم الجلد. على سبيل المثال، تمنع الوصلات الضيقة للخلايا الظهارية المبطنة للمثانة البولية البول من التسرب إلى الفضاء خارج الخلية.
توجد أيضًا الديزموسومات فقط في الخلايا الحيوانية، والتي تعمل مثل اللحامات الموضعية بين الخلايا الظهارية المجاورة (الشكل\(\PageIndex{11}\) ج). إنها تحافظ على الخلايا معًا في تكوين يشبه الورقة في الأعضاء والأنسجة التي تتمدد، مثل الجلد والقلب والعضلات.
تشبه تقاطعات الفجوات في الخلايا الحيوانية بلاسمودماتا في الخلايا النباتية من حيث أنها قنوات بين الخلايا المجاورة تسمح بنقل الأيونات والمواد المغذية والمواد الأخرى التي تمكن الخلايا من التواصل (الشكل\(\PageIndex{11}\) د). لكن من الناحية الهيكلية، تختلف تقاطعات الفجوات والبلازموديماتا.
| 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 الهيكل للخلية؛ موقع العديد من التفاعلات الأيضية؛ الوسط الذي توجد فيه العضيات | نعم | نعم | نعم |
| النوكليويد | موقع الحمض النووي | نعم | لا | لا |
| 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 ويكسر 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؛ تنظيم مركز 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، يوجد الببتيدوجليكان بشكل أساسي في البكتيريا ولكن ليس في الأركيا | 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 الحيوانات المنوية النباتية |
| أهداب | الحركة الخلوية وحركة الجسيمات على طول السطح خارج الخلية لغشاء البلازما والترشيح | لا | بعض | لا |
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. النواة داخل النواة هي موقع تجميع الريبوسوم. توجد الريبوسومات في السيتوبلازم أو ترتبط بالجانب السيتوبلازمي من غشاء البلازما أو الشبكة الإندوبلازمية. يقومون بتوليف البروتين. تقوم الميتوكوندريا بإجراء التنفس الخلوي وإنتاج ATP. تعمل البيروكسيزومات على تكسير 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، هما الرينتروليس، مع دور غير معروف في انقسام الخلايا. الليزوزومات هي العضيات الهضمية للخلايا الحيوانية.
تحتوي الخلايا النباتية 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. تتسع الفجوة المركزية لتكبير الخلية دون الحاجة إلى إنتاج المزيد من السيتوبلازم.
يشمل نظام الغشاء الداخلي الغلاف النووي، والشبكة الإندوبلازمية، وجهاز جولجي، والليزوزومات، والحويصلات، وكذلك غشاء البلازما. تعمل هذه المكونات الخلوية معًا لتعديل الدهون والبروتينات الغشائية وتعبئتها وتمييزها ونقلها.
يحتوي الهيكل الخلوي على ثلاثة أنواع مختلفة من عناصر البروتين. توفر الشعيرات الدقيقة 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 العناصر الهيكلية للنتورات والسوط والأهداب.
تتواصل الخلايا الحيوانية من خلال مصفوفاتها خارج الخلية وترتبط ببعضها البعض عن طريق التقاطعات الضيقة والديسموسومات والتقاطعات الفجائية. يتم توصيل الخلايا النباتية والتواصل مع بعضها البعض عن طريق plasmodesmata.
اتصالات فنية
الشكل\(\PageIndex{1}\): ما هي الهياكل التي تمتلكها الخلية النباتية والتي لا تمتلكها الخلية الحيوانية؟ ما هي الهياكل التي تمتلكها الخلية الحيوانية والتي لا تمتلكها الخلية النباتية؟
- إجابة
-
تحتوي الخلايا النباتية على بلازموديماتا وجدار خلوي وفجوة مركزية كبيرة وبلاستيدات كلوروبلاستيدات. تحتوي الخلايا الحيوانية على الليزوزومات والسينتروزومات.
الشكل\(\PageIndex{7}\): لماذا لا يواجه وجه رابطة الدول المستقلة في جولجي غشاء البلازما؟
- إجابة
-
لأن هذا الوجه يتلقى مواد كيميائية من غرفة الطوارئ، التي تقع في اتجاه مركز الخلية.
مسرد المصطلحات
- جدار خلوي
- غطاء خلية صلب مصنوع من السليلوز في النباتات، والببتيدوجليكان في البكتيريا، والمركبات غير الببتيدوجليكان في أرشيا، والكيتين في الفطريات التي تحمي الخلية، وتوفر الدعم الهيكلي، وتعطي الشكل للخلية
- فجوة مركزية
- عضية خلية نباتية كبيرة تعمل كحجرة تخزين وخزان مياه وموقع لتحلل الجزيئات الكبيرة
- كلوروبلاست
- عضية الخلية النباتية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي
- سيليوم
- (صيغة الجمع: الأهداب) وهي بنية قصيرة تشبه الشعر تمتد من غشاء البلازما بأعداد كبيرة وتستخدم لتحريك خلية كاملة أو نقل المواد على طول السطح الخارجي للخلية
- السيتوبلازم
- المنطقة بأكملها بين غشاء البلازما والغلاف النووي، والتي تتكون من عضيات معلقة في السيتوسول الشبيه بالهلام، والهيكل الخلوي، ومواد كيميائية مختلفة
- الهيكل الخلوي
- شبكة ألياف البروتين التي تحافظ بشكل جماعي على شكل الخلية، وتؤمن بعض العضيات في مواقع محددة، وتسمح للسيتوبلازم والحويصلات بالتحرك داخل الخلية، وتمكن الكائنات أحادية الخلية من التحرك
- سيتوسول
- المادة الشبيهة بالهلام في السيتوبلازم حيث يتم تعليق هياكل الخلايا
- ديزموسوم
- رابط بين الخلايا الظهارية المجاورة التي تتشكل عندما تلتصق الكادرينات في غشاء البلازما بشعيرات وسيطة
- نظام بطانة الرحم
- مجموعة العضيات والأغشية في الخلايا حقيقية النواة التي تعمل معًا لتعديل الدهون والبروتينات وتغليفها ونقلها
- الشبكة الإندوبلازمية (ER)
- سلسلة من الهياكل الغشائية المترابطة داخل الخلايا حقيقية النواة التي تعمل بشكل جماعي على تعديل البروتينات وتجميع الدهون
- مصفوفة خارج الخلية
- المادة، وخاصة الكولاجين والبروتينات السكرية والبروتيوغليكان، التي تفرز من الخلايا الحيوانية التي تجمع الخلايا معًا كنسيج، وتسمح للخلايا بالتواصل مع بعضها البعض، وتوفر الحماية الميكانيكية وتثبيت الخلايا في الأنسجة
- سوط
- (صيغة الجمع: السوط) البنية الطويلة الشبيهة بالشعر والتي تمتد من غشاء البلازما وتستخدم لتحريك الخلية
- مفرق الفجوة
- قناة بين خليتين حيوانيتين متجاورتين تسمح للأيونات والمواد المغذية وغيرها من المواد منخفضة الوزن الجزيئي بالمرور بين الخلايا، مما يمكّن الخلايا من التواصل
- جهاز جولجي
- عضية حقيقية النواة تتكون من سلسلة من الأغشية المكدسة التي تقوم بفرز الدهون والبروتينات وتمييزها وتعبئتها للتوزيع
- الليزوزوم
- عضية في خلية حيوانية تعمل كمكون هضمي للخلية؛ فهي تكسر البروتينات والسكريات والدهون والأحماض النووية وحتى العضيات البالية
- الميتوكوندريا
- (المفرد: الميتوكوندريا) العضيات الخلوية المسؤولة عن التنفس الخلوي، مما أدى إلى إنتاج ATP، الجزيء الرئيسي الحامل للطاقة في الخلية
- مغلف نووي
- هيكل الغشاء المزدوج الذي يشكل الجزء الخارجي من النواة
- نواة
- الجسم ذو البقع الداكنة داخل النواة المسؤولة عن تجميع الوحدات الفرعية الريبوسومية
- نواة
- عضية الخلية التي تحتوي على الحمض النووي للخلية وتوجه تخليق الريبوسومات والبروتينات
- 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) تفصل المحتويات الداخلية للخلية عن البيئة المحيطة بها
- بلاسموديسما
- (صيغة الجمع: plasmodesmata) هي قناة تمر بين جدران خلايا الخلايا النباتية المجاورة، وتربط السيتوبلازم، وتسمح بنقل المواد من خلية إلى أخرى
- ريبوسوم
- بنية خلوية تقوم بتوليف البروتين
- الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (RER)
- منطقة الشبكة الإندوبلازمية المرصعة بالريبوسومات وتشارك في تعديل البروتين
- الشبكة الإندوبلازمية الملساء (SER)
- منطقة الشبكة الإندوبلازمية التي تحتوي على عدد قليل من الريبوسومات أو انعدامها على سطحها السيتوبلازمي وتجمع الكربوهيدرات والدهون وهرمونات الستيرويد؛ تزيل السموم من المواد الكيميائية مثل المبيدات الحشرية والمواد الحافظة والأدوية والملوثات البيئية، وتخزن أيونات الكالسيوم
- تقاطع ضيق
- ختم ثابت بين خليتين حيوانيتين متجاورتين تم إنشاؤها عن طريق الالتزام بالبروتين
- فراغ
- كيس مرتبط بالغشاء، أكبر إلى حد ما من الحويصلة، يعمل في التخزين الخلوي والنقل
- حويصلة
- كيس صغير مقيد بالغشاء يعمل في التخزين الخلوي والنقل؛ غشاءه قادر على الاندماج مع غشاء البلازما وأغشية الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي