الخلية هي الوحدة البيولوجية الهيكلية والوظيفية الأساسية لجميع الكائنات الحية المعروفة. إنها أصغر وحدة حية قادرة على التكاثر بشكل مستقل. العلم الذي يدرس الخلايا يسمى بيولوجيا الخلية. تتكون الخلية من غشاء بلازما يحتوي على السيتوبلازم ، والذي يتكون من محلول مائي (العصارة الخلوية) حيث يوجد العديد من الجزيئات الحيوية مثل البروتينات والأحماض النووية ، منظمة أو غير منظمة في إطار عضيات.
تتكون العديد من الكائنات الحية من خلية واحدة فقط: وهي كائنات وحيدة الخلية ، مثل البكتيريا والعتائق ومعظم الطلائعيات. يتكون البعض الآخر من عدة خلايا: هذه كائنات متعددة الخلايا ، مثل النباتات والحيوانات. يحتوي الأخير على عدد متغير جدًا من الخلايا من نوع إلى آخر ؛ وبالتالي ، فإن جسم الإنسان لديه حوالي مائة ألف مليار (1014) ، ولكنه مستعمر من قبل عدد من البكتيريا أكبر من واحد إلى عشرة أضعاف عدد البكتيريا ، والتي هي جزء من الكائنات الدقيقة وأصغر بكثير من الخلايا البشرية. لا يمكن رؤية معظم الخلايا في النباتات والحيوانات إلا تحت المجهر ، بقطر يتراوح بين 10 و 100 ميكرومتر.
تم اكتشاف وجود الخلايا في عام 1665 من قبل عالم الطبيعة الإنجليزي روبرت هوك. تمت صياغة نظرية الخلية لأول مرة في عام 1839 من قبل عالم النبات الألماني ماتياس جاكوب شلايدن وعالم الأنسجة الألماني تيودور شوان: تنص على أن جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة أو أكثر ، وأن الخلايا هي الوحدات الأساسية لجميع الهياكل البيولوجية ، مشتقة دائمًا من خلايا أخرى موجودة مسبقًا ، وأنها تحتوي على المعلومات الجينية اللازمة لعملها وكذلك لنقل الوراثة إلى الأجيال اللاحقة من الخلايا. ظهرت الخلايا الأولى على الأرض منذ 3.7 مليار سنة على الأقل 5 ، وربما في وقت مبكر مثل 4 Ga
إقرأ أيضا:هل الحيوانات الأليفة تعوض العائلة ؟جدول المحتويات
بدائيات النوى
بدائيات النوى هي أول أشكال الحياة التي تظهر على الأرض ، ويتم تعريفها على أنها مكتفية ذاتيًا ومزودة بجميع العمليات البيولوجية الحيوية ، بما في ذلك آليات إشارات الخلية. أصغر وأبسط من الخلايا حقيقية النواة ، تفتقر الخلايا بدائية النواة إلى نظام الغشاء الداخلي والعضيات المكونة لها ، بدءًا من النواة. البكتيريا والعتائق هما مجالا الحياة اللذان يجمعان معًا بدائيات النوى. يشكل الحمض النووي لبدائيات النوى كروموسوم واحد على اتصال مباشر مع السيتوبلازم. تسمى المنطقة النووية في السيتوبلازم بالنواة ولا يتم فصلها بوضوح عن باقي الخلية. معظم بدائيات النوى هي أصغر الكائنات الحية المعروفة ، ويبلغ قطرها بين 0.5 و 2 ميكرومتر.
هيكل بدائيات النوى النموذجية هيكل بدائيات النوى النموذجية ، يظهر ما يلي تحتوي الخلية بدائية النواة على ثلاث مناطق متميزة: يحمل السطح الخارجي للخلية سوطًا وشعيرة تنبثق من سطح الخلية في عدد كبير من بدائيات النوى. تسمح هذه الهياكل لهذه الخلايا بالتحرك (حركة الخلية) والتواصل مع بعضها البعض. يتم تحديد سطح الخلية بواسطة غلاف الخلية (en) ، والذي يتكون بشكل عام من جدار خلوي يغطي غشاء البلازما ، ويتم تغطية بعض البكتيريا بطبقة إضافية تسمى كبسولة.
يعطي الغلاف للخلية صلابتها ويفصل الجزء الداخلي للخلية عن البيئة الأخيرة من خلال لعب دور المرشح الواقي. تحتوي معظم بدائيات النوى على جدار خلوي ، ولكن هناك استثناءات مثل أجناس الميكوبلازما (بكتيريا) و Thermoplasma (عتائق). يتكون جدار الخلية من البكتيريا من الببتيدوغليكان ويعمل كحاجز إضافي ضد العوامل الخارجية. كما أنه يمنع الخلية من التوسع والانفجار (انحلال خلوي) تحت تأثير ضغطها التناضحي الداخلي في بيئة منخفضة التوتر. تحتوي بعض حقيقيات النوى أيضًا على جدار خلوي ، على سبيل المثال الخلايا النباتية والخلايا الفطرية.
إقرأ أيضا:كيف تعمل ذاكرة الانسانالجينوم
يوجد داخل الخلية منطقة تحتوي على الجينوم (DNA) وتحتوي أيضًا على الريبوسومات وأنواع مختلفة من الشوائب. الريبوسومات مسؤولة عن المظهر الحبيبي للسيتوبلازم بدائيات النوى. المادة الوراثية خالية في السيتوبلازم. يمكن أن تحمل بدائيات النوى عناصر خارج الصبغية تسمى البلازميدات ، والتي عادة ما تكون دائرية. تقوم هذه البلازميدات بتشفير جينات إضافية ، مثل الجينات المقاومة للمضادات الحيوية. تم التعرف على البلازميدات البكتيرية الخطية في عدة أنواع من اللولبيات ، ولا سيما جنس Borrelia ، وخاصة Borrelia burgdorferi المسؤول عن مرض لايم. بدلاً من نواة حقيقيات النوى ، تمتلك بدائيات النوى منطقة نووية منتشرة تسمى النواة. حقيقيات النواة المقال الرئيسي: حقيقيات النوى.
خلية حيوانية خلية حيوانية: النواة النواة الريبوسوم حويصلة الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (الحبيبية) (REG) جهاز جولجي الهيكل الخلوي شبكية إندوبلازمية ناعمة الميتوكوندريا بيروكسيسوم العصارة الخلوية الايسوسوم الجسيم المركزي (يتكون من مركزين) غشاء بلازمي خلية نباتية هيكل تخطيطي لخلية نباتية. على وجه الخصوص ، يمكن ملاحظة العناصر التالية: هيكل خلوي خيطي الشبكة الإندوبلازمية الملساء المتلازمات. البلاستيدات الخضراء. فجوة عصارية؛ الميتوكوندريا؛ غشاء بلازمي ؛ بيروكسيسوم. جدار الخلية ؛ حويصلة غشاء صغيرة الريبوسوم. الغشاء النووي ؛ نواة. النواة ؛ الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية الليوكوبلاست. السيتوبلازم؛ جهاز جولجي. النباتات والحيوانات والفطريات والأوليات والطحالب هي حقيقيات النوى.
إقرأ أيضا:الموصلية الحراريةتكون هذه الخلايا في المتوسط أكبر بـ 15 مرة من بدائيات النوى النموذجية ، ويمكن أن تصل إلى ألف مرة أكبر. السمة الرئيسية التي تميز حقيقيات النوى عن بدائيات النوى هي تقسيمها إلى عضيات متخصصة تحدث فيها عمليات التمثيل الغذائي المحددة. من بين هذه العضيات النواة ، التي تضم الحمض النووي للخلية. إن وجود هذه النواة هو الذي يعطي اسمها لهذا النوع من الخلايا ، حقيقيات النوى مشتقة من جذور يونانية تعني “نواة حقيقية”. من جهة أخرى : تشبه الوظيفة البيولوجية لغشاء البلازما لحقيقيات النوى تلك الموجودة في بدائيات النوى ، ولكن مع بنية قد تكون مختلفة قليلاً.
حقيقيات النوى بجدران خلوية
توجد حقيقيات النوى بجدران خلوية وبدونها ؛ في الخلية النباتية ، إنه جدار بكتوسليلوز يتكون من عديد السكاريد ، ولا سيما السليلوز ، والهيميسليلوز والبكتين. يتم تنظيم المادة الجينية لحقيقيات النوى في جزيء واحد أو أكثر من جزيئات الحمض النووي الخطية الحرائق المرتبطة بالهيستونات لتكوين الكروموسومات. يتم تخزين كل الحمض النووي الكروموسومي لحقيقية النواة في النواة ، مفصولة عن السيتوبلازم بواسطة الغشاء النووي. تحتوي بعض العضيات في حقيقيات النوى أيضًا على الحمض النووي ، على سبيل المثال الميتوكوندريا. تحتوي العديد من الخلايا حقيقية النواة على أهداب أولية تلعب دورًا مهمًا في إدراك الخلية للمعلومات الكيميائية والميكانيكية والحرارية حول بيئتها. لذلك يجب أن يُنظر إلى الأهداب الأولية على أنها هوائيات خلوية حساسة تنسق عددًا كبيرًا من مسارات إشارات الخلايا الأيضية ، أحيانًا عن طريق اقتران الإشارة بحركة الخلية أو انقسامها ، أو حتى تمايز الخلايا.
يمكن لبعض الخلايا حقيقية النواة أن تتحرك بشكل دافع عن طريق أهداب متذبذبة أو أسواط. تشكل الأخيرة أنظمة أبسط في حقيقيات النوى منها في بدائيات النوى. اللبنات الأساسية للخلية رسم تخطيطي لجزء من غشاء البلازما. تحتوي جميع الخلايا ، سواء كانت بدائيات النوى أو حقيقيات النوى ، على غشاء بلازما يغلفها ، وينظم التدفق الداخلي والخارجي للمواد (نقل الغشاء) ويحافظ على إمكانات الغشاء الكهروكيميائية.
يحتوي هذا الغشاء على السيتوبلازم ، وهو محلول مائي غني بالأملاح الذائبة يشغل معظم حجم الخلية. تحتوي جميع الخلايا على مادة وراثية مكونة من DNA ، بالإضافة إلى RNA التي تشارك بشكل أساسي في التخليق الحيوي للبروتينات والإنزيمات ، وهذا الأخير هو المسؤول عن عملية التمثيل الغذائي للخلية ؛ استثناء هو كريات الدم الحمراء (خلايا الدم الحمراء) ، حيث أن السيتوبلازم الخاص بها يخلو تقريبًا من جميع العضيات التي تشكل عادةً خلية حقيقية النواة ، مما يسمح لها بزيادة كمية الهيموجلوبين التي يمكن أن تحتويها ، وبالتالي لا تحتوي على نواة ، في الذي يمكن العثور عليه في الحمض النووي.
الجزيئات الحيوية
توجد مجموعة متنوعة جدًا من الجزيئات الحيوية في الخلايا. غشاء هيكل بعض الدهون الغشائية. أعلاه: غشاء أرشي. 1 سلسلة جانبية تيربينويد ؛ 2 رابطة الأثير ؛ 3 L- الجلسرين. 4 مجموعة فوسفات. الوسط: غشاء أرشي وبكتيرية. 5 أحماض دهنية 6 استر بوند 7 D- الجلسرين. 8 مجموعة الفوسفات. أدناه: 9 طبقة دهنية ثنائية في حقيقيات النوى والبكتيريا ومعظم العتائق ؛ 10 أحادي الطبقة الدهنية في بعض الأركيا. المقال الرئيسي: غشاء البلازما. غشاء البلازما ، أو غشاء الخلية ، هو غشاء بيولوجي يحيط ويحدد السيتوبلازم في الخلية. في الحيوانات ، يقوم الغشاء بتجسيد سطح الخلية ، بينما في النباتات وبدائيات النوى ، عادةً ما يتم تغطيته بجدار خلوي. وهكذا ، في النباتات والطحالب والفطريات ، تكون الخلية جزءا لا يتجزأ من جدار بكتوسليلوز ، والذي يوفر للجسم هيكل عظمي.
ترسبات المركبات مثل السوبرين واللجنين تعدل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للجدار ، مما يجعلها أكثر صلابة أو أكثر مانعة للتسرب ، على سبيل المثال. تتمثل وظيفة الغشاء في فصل الوسط داخل الخلايا عن بيئة الخلية عن طريق حمايتها من الأخير. وهو يتألف من طبقة ثنائية الدهون في حقيقيات النوى ، والبكتيريا ومعظم العتائق ، أو طبقة أحادية من الإثيرليبيد في بعض العتائق.
في حقيقيات النوى ، هي في الأساس فوسفوليبيدات ، والتي لها خاصية كونها برمائية ، وهذا يعني وجود رأس قطبي محب للماء وذيول أليفاتية كارهة للماء. يتم تضمين مجموعة كبيرة جدًا من البروتينات ، تسمى بروتينات الغشاء ، في غشاء البلازما ، حيث تلعب دور القنوات والمضخات التي تضمن نقل الغشاء إلى الخلية ومغادرتها. نقول إن غشاء البلازما شبه نافذ لأن نفاذه متغيرة للغاية اعتمادًا على الأنواع الكيميائية التي يتم أخذها في الاعتبار: يمكن للبعض عبوره بحرية ، والبعض الآخر لا يمكنه عبوره إلا بطريقة محدودة أو في اتجاه واحد ، والبعض الآخر لا يمكنه المرور من خلاله على الإطلاق.
سطح الخلية
يحتوي سطح الخلية أيضًا على مستقبلات غشائية تضمن نقل الإشارة في إطار آليات إشارات الخلية ، مما يسمح للخلية بالتفاعل ، على سبيل المثال ، مع وجود الهرمونات. الهيكل الخلوي الخلايا البطانية التي تكون نواتها مصبوغة باللون الأزرق بـ DAPI ، والأنابيب الدقيقة باللون الأخضر بواسطة جسم مضاد مرتبط بـ fluorescein isothiocyanate ، وخيوط الأكتين باللون الأحمر بواسطة phalloidin المرتبط بمشتق isothiocyanate من الرودامين. المقال الرئيسي: الهيكل الخلوي. يتدخل الهيكل الخلوي لتحديد شكل الخلية والحفاظ عليه (الشد) ، ووضع العضيات في السيتوبلازم ، وتنفيذ عملية الالتقام الخلوي للعناصر خارج الخلية ، ولضمان الحركية الخلوية أثناء انقسام ولإزاحة مناطق معينة من الخلية.
الأوبلازما أثناء نمو الخلايا والتنقل (النقل داخل الخلايا). يتكون الهيكل الخلوي لحقيقيات النوى من خيوط دقيقة وخيوط وسيطة وأنابيب دقيقة. يرتبط عدد كبير من البروتينات بهذه الهياكل ، كل منها يتحكم في بنية الخلية عن طريق توجيه الخيوط وربطها ومواءمتها. الهيكل الخلوي بدائيات النوى أقل شهرة ولكنه يتدخل للحفاظ على الشكل والقطبية وكذلك لضمان الحركية الخلوية لهذه الخلايا. البروتين الذي يتكون منه الميكروفيلامين هو بروتين أحادي صغير يسمى أكتين ، بينما البروتين الذي يتكون من الأنابيب الدقيقة هو بروتين ثنائي يسمى التوبولين.
الخيوط الوسيطة هي بوليمرات غير متجانسة تختلف مونومراتها حسب نوع والأنسجة ؛ هذه هي على وجه الخصوص vimentin و desmin و lamins A و B و C و keratins وبروتينات الخيوط العصبية (NF-L و NF-M). المادة الوراثية المقال الرئيسي: الجينوم. الكروموسومات في نواة حقيقية النواة. يمكن أن تكون المادة الجينية للخلايا على شكل DNA أو RNA ( بدون نواة). إنه تسلسل النيوكليوتيدات للحمض النووي الذي يحمل جميع المعلومات الجينية (النمط الجيني)
الحمض النووي إلى RNA
يتم نسخ هذا الحمض النووي إلى RNA ، وهو نوع آخر من الحمض النووي ، والذي يؤدي وظائف مختلفة: نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الريبوسومات في شكل رسول RNA ، وترجمة الحمض النووي الريبي المرسال إلى بروتينات تحت .أشكال كل من RNA و RNA الريبوزومي ، وهذا الأخير يعمل كريبوزيم. عادة ما تكون المادة الجينية بدائيات النوى عبارة عن جزيء DNA دائري واحد يشكل كروموسومًا في منطقة منتشرة من السيتوبلازم .تسمى نوكليويد. يتم توزيع حقيقيات النوى على عدة جزيئات. DNA خطية مكونة صبغيات موجودة في نواة خلية متباينة. تحتوي الخلايا حقيقية. النواة أيضًا. على DNA في عضيات معينة مثل الميتوكوندريا وفي النباتات ، البلاستيدات الخضراء.
