الخلية التركيب والوظيفة
The Cell structure and Function
الخلية: الوحدة التركيبية والوظيفية للكائنات الحية
(The cell: Structural and functional unit of all living organisms)
أول من أطلق اسم الخلية (Cell) هو العالم روبرت هوك (Robert Hooke)
منذ الاكتشاف الأول للخلية توالت الدراسات بالمجهر الضوئي على خلايا الأنسجة المختلفة في النبات والحيوان ووجد أنها تتكون من خلايا. ويعتبر العالمان الألمانيان شوان (Schwann) وشليدن (Schleiden) أول من قال بأن الحيوانات والنباتات تتكون من خلايا وذلك بعد الدراسات المجهرية التي أجروها كل على حدة سنة 1838م وسنة 1839م وعلى أنواع مختلفة من الأجنة الحيوانية (شوان) والنباتية (شليدن).
وقد نتج عن ذلك ظهور نظرية الخلية (Cell theory) والتي تنص على أن:
جميع الكائنات الحية تتكون من خلايا، وهذا يعني أن الخلية هي الوحدة التركيبية الأساسية لجميع الكائنات الحية.
ثم توالت الدراسات بعد ذلك وكان من بين الدراسات الهامة تلك التي أجراها العالم فيرشو (Virchow) سنة 1855م، حيث اثبت أن الخلايا الجديدة تأتي عن طريق انقسام خلايا سابقة. كما أن الخلايا لا يمكن أن تتولد تلقائياً من مواد غير حية. ومنذ ذلك الوقت توالت الدراسات المستفيضة على الخلية ومن جميع الزوايا (النمو، الوراثة، التكوين، ....)، إلى أن أصبحت في الوقت الحاضر علم قائم بذاته يعرف بعلم الخلية (Cytology) أو كما يعرف حديثاً (Cell biology).
كان للمجاهر الضوئية دورا كبيرا في معرفة مكونات الخلية من العضيات.
تعتبر المجاهر الوسيلة الأولى التي أمكن استخدامها في دراسة الخلية. ولعلها احد أهم الأسباب التي ساعدت ومازالت تساعد الباحثين في الكشف عن أسرار الخلية. وهناك نوعين من المجاهر المستخدمة في دراسة الخلية، وهي المجاهر الضوئية (The light microscopes) والمجاهر الالكترونية (Electron microscopes).
أ - المجاهر الضوئية (The light microscopes): ويوجد نوعان من هذه المجاهر هما:
1 – المجهر الضوئي البسيط (Simple light microscopes): وهو أول وابسط المجاهر التي أستخدمت في دراسة الخلية. ويتكون المجهر البسيط من عدسة زجاجية واحدة محدبة الوجهين. ومصدر الإضاءة فيه ضوء الشمس أو الضوء الكهربائي، وقوة التكبير فيه لا تزيد عن 25 مرة. ولم يعد استخدام مثل هذا النوع من المجاهر شائعاً في الوقت الحالي.
2 - المجهر الضوئي المركب (The compound light microscope): يمتاز هذا النوع من المجاهر الضوئية بقوة تكبير عالية قد تصل إلى ألف مرة. و يعتبر المجهر الضوئي المركب أكثر تعقيداً من المجهر الضوئي البسيط حيث يعتمد نظام التكبير فيه على مرور الضوء خلال العينة (Specimen) المراد فحصها إلى نوعين من العدسات، الأول يعرف بالعدسات الشيئية (Objective lenses) وهي القريبة من العينة. أما النوع الثاني فيعرف بالعدسات العينية (Ocular lenses) وهي العدسات التي يمكن رؤية صورة العينة من خلالها.
ب - المجاهر الالكترونية (Electron microscopes): تمتاز هذه المجاهر بقوة تكبير عالية جداً قد تصل إلى أكثر من مليون مرة، كما أن مصدر الإضاءة فيها عبارة عن حزم من الالكترونات، والعدسات المستخدمة فيها هي عدسات كهرومغناطيسية، بالإضافة إلى أسعارها المرتفعة. ومنها الأنواع التالية:
1 - المجهر الالكتروني النافذ (Transmission electron microscope): وهو من أول المجاهر الالكترونية التي تم استخدامها في دراسة الخلية. حيث بدأ العلماء باستخدام هذا النوع من المجاهر الالكترونية في الخمسينات من القرن الماضي وقد كان للمجهر الالكتروني النافذ الدور الكبير في دراسة التركيب الدقيق للخلية واكتشاف العديد من عضياتها المتناهية في الصغر والتي كان من المتعذر رؤيتها بواسطة المجهر الضوئي مثل الرايبوزومات (Ribosomes) والأجسام الهاضمة (Lysosomes). ويتكون المجهر الالكتروني النافذ من مصدر الكترونات والذي تنبعث منه حزمة مكثفة من الالكترونات تمر خلال مكثف ثم تخترق حزمة الالكترونات العينة المراد فحصها والتي يشترط أن يتراوح سمكها بين 0.01 – 0.2 ميكرومتر، ثم تمر الالكترونات بالعدسات الكهرومغناطيسية الشيئية فالعدسات الكهرومغناطيسية العينية حتى تصل إلى المسرح وهو عبارة عن شاشة فلوروسنتية (Fluorescent screen) والتي تصطدم بها الالكترونات وعليها تظهر صورة العينة فالأجزاء الكثيفة من العينة والتي لم تخترقها الالكترونات يمكن رؤيتها بألوان داكنة أما الأجزاء الرقيقة والتي نفذت منها الالكترونات فيمكن رؤيتها بألوان فاتحة وهكذا فان درجة التباين والوضوح تعتمد على كمية الالكترونات النافذة خلال العينة. أو يمكن طبع صورة العينة على فيلم بواسطة كاميرا.
2 - المجهر الالكتروني الماسح (Scanning electron microscope): وهو من المجاهر الحديثة. تركيب المجهر الالكتروني الماسح والذي يشبه المجهر الالكتروني النافذ من حيث مصدر الإضاءة والعدسات المستخدمة، إلا أنه يختلف عن النافذ في كيفية إظهار صورة العينة. حيث يعتمد إظهار الصورة في هذا النوع من المجاهر الالكترونية على الالكترونات المرتدة من على سطح العينة لتظهر على شاشة تلفزيونية. وعادة ما يستخدم المجهر الالكتروني الماسح في دراسة العينة كاملة أو جزء منها لذلك لا يشترط أن تكون العينات رقيقة.
ج- عزل عضيات الخلية (Cell fractionation)
بعد التطور الكبير في دراسة التركيب الدقيق للخلية بواسطة المجاهر الالكترونية، احتاج الباحثون لدراسة الوظائف الكيموحيوية (Biochemical functions) الخاصة بكل عضية من عضيات الخلية، وقد تمكنوا من فصل أو ترسيب عضيات الخلايا ودراسة وظائفها ومكوناتها باستخدام أجهزة خاصة تعرف بأجهزة الطرد المركزي (Centrifugation instruments) والتي تنقسم حسب السرعة إلى نوعين هما:
1 – أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة (High speed centrifuges). والتي لا تزيد سرعتها عن 40.000 دورة في الدقيقة [40.000 Revolutions per minute (RPM)]، وتستخدم هذه الأجهزة في ترسيب عضيات الخلية الكبيرة والمتوسطة الكثافة مثل النواة (Nucleus) والميتوكوندريا (Mitochondria) والبلاستيدات (Chloroplasts).
2 - أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة (Ultracentrifuges). وهي تعتبر من أحدث أجهزة الفصل، وتصل سرعتها إلى 100.000 دورة في الدقيقة. ويمكن بواسطة هذه الأجهزة ترسيب العضيات الخلوية الدقيقة جداً مثل الرايبوزومات.
وتمر عملية فصل أو ترسيب مكونات الخلايا بخطوتين رئيسيتين يمكن ذكرهما باختصار على النحو التالي:
أ – تمزيق أو هرس النسيج (Tissue homogenization)
يتم تمزيق أو هرس النسيج الحيواني أو النباتي عادة في وسط متعادل (Isotonic medium) أو يضبط عند درجة حموضة (pH) مناسبة حسب نوع النسيج. وتتم عملية التمزيق بواسطة جهاز خاص يعرف بجهاز الهرس أو التمزيق (Homogenizer) والذي يتكون من أنبوبة هرس زجاجية (Homogenizer tube) و يد الهاون (Pestle) التي تتكون من ساق معدنية تنتهي بجزء منتفخ مصنوع من التفلون (Teflon). وتتصل الساق المعدنية من الطرف الآخر بمحرك يعمل على لف يد الهاون داخل الأنبوبة. أو يمكن تمزيق الأنسجة بواسطة الخلاط الكهربائي العادي (Mixer).
بعد إتمام عملية الهرس أو التمزيق التي تتم عند درجة حرارة 4 درجة مئوية، يوزع المهروس المتجانس في أنابيب الفصل أو الترسيب تمهيداً للخطوة الثانية.
ب – الطرد المركزي (Centrifugation) وتبدأ هذه الخطوة بوضع الأنابيب المحتوية على المهروس في دوار أو راس مثبت في جهاز الطرد المركزي، تمهيدا لإجراء عملية فصل مكونات الخلايا (Cell fractionation) الشكل. وفي هذه العملية يتم ترسيب مكونات الخلية خلال عدة خطوات منفصلة، تعتمد على كثافة ووزن عضيات الخلية، فالعضيات ذات الوزن الأكبر تترسب أولاً ثم الأقل وزنا فالأقل.
التركيب الدقيق لهذه العضيات باستخدام المجهر الإلكتروني.
الوظائف التي تقوم بها هذه العضيات باستخدام أجهزة التحليل البيوكيميائى.
قبل الكلام عن الخلايا يجب أن نتعرض بشيء من الإيجاز عن كائنات تعتبر همزة وصل بين الحياة والجماد وهي:
الفيروسات (Viruses)
لا يمكن اعتبار الفيروسات كائنات حية وكذلك لا يمكن اعتبارها غير حية أو جماد. ويمكن أن نقول أنها تقع على الخط الفاصل بين الحياة وبين الجماد، فهي تتبلور عندما تكون خارج عائلها. أما عندما تكون داخل عائلها فإنها تبدأ بالتكاثر وهذه صفة من صفات الكائنات الحية. والفيروسات صغيرة جداً يتراوح طولها بين 20 – 200 نانومتر تقريباً. وتختلف الفيروسات في أحجامها وأشكالها وتركيبها، ومعظمها عصوية الشكل (Rod-shaped) أو شبه كروية (Quasi-spherical). وتركيب الفيروسات بسيط جداً، فهي تتركب بصفة عامة من لب (Core) يحتوي على حامض نووي، وتختلف الفيروسات عن بعضها البعض من ناحية الحامض النووي فبعضها يحتوي على الحامض النووي (RNA) مثل فيروسات شلل الأطفال، الحمى الصفراء، داء الكلب، الأنفلونزا، الحصبة وغيرها. والبعض الآخر يحتوي على الحامض النووي (DNA) مثل فيروس الجدري وفيروس الهربس وعدد من الفيروسات البكتيرية. ولا يوجد فيروس يحتوي على الحامضين معاً. وفي معظم الفيروسات يكون الحامض النووي على هيئة جزيء واحد. يحيط بالحامض النووي غلاف بروتيني يعرف بالعلبة (Capsid) وهو يختلف حسب شكل الفيروس، فهو يكون على هيئة حلزون في الفيروسات العصوية، بينما يكون متساوي أو متجانس القياس (Isometric) ومتعدد الأوجه (Polyhedron) في الفيروسات ذات الشكل شبه الكروي. كما يوجد لبعض الفيروسات ذيل.
منذ اكتشاف أول الفيروسات وهو فيروس تبرقش الدخان أو التبغ (Tobacco mosaic) بواسطة العالم الروسي ايفانوفسكي (Iwano wski) سنة 1892م فقد تم اكتشاف عدد كبير من الفيروسات والتي تسبب أمراض خطيرة لعائلها، فعلى سبيل المثال هناك العديد من الفيروسات تصيب الإنسان وتسبب له الكثير من الأمراض مثل شلل الأطفال والجدري، الحصبة، الكوليرا الفيروسية، الأنفلونزا، الجدري المائي، النكاف، الحصبة الألمانية، الهربس وأخيراً مرض الإيدز. شكل
هناك نوعان من الخلايا:
خلايا ذات النواة الأولية ( Prokaryotic cells)
توجد في البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة.
خلايا ذات النواة الحقيقية (Eukaryotic cells) .
توجد في بقية الكائنات الحية.
الفرق الأساسي بين هذين النوعين هو
أن الخلية ذات النواة الأولية تفتقر نواتها إلى الغشاء النووي
الخلية ذات النواة الحقيقية يوجد بها الغشاء النووي محيطا بالنواة.
شكل الخلية الحيوانية
شكل الخلية النباتية
التركيب الدقيق للخلية حقيقية النواة: (Ultrastructure of Eukaryotic Cell)
وتتكون كل خلية من:
1- السيتوبلازم (Cytoplasm)
2- النواة (Nucleus)
أولا: السيتوبلازم:
مادة شبه سائلة هلامية القوام يوجد بها أنواع مختلفة من العضيات (Organelles)
يحيط بها غشاء الخلية (Cell Membrane) .
1- غشاء الخلية: شكل
يحيط غشاء الخلية بالسيتوبلازم.
خاصة نفاذ تفاضلية (Difternetial permeabillity ) تعمل على تنظيم مرور المواد من والى الخلية.
يتكون غشاء الخلية من طبقتين من الدهن الفسفوري يرتبط بهما جزئيات من البروتين وجزئيات من مركب بروتين الكربوهيدرات تسمى الكربوهيدرات المخاطيةMucopoly saccharides
2 - الشبكة الإندوبلازمية (Endoplasmic Reticulum):
شبكة من الأغشية تتخذ شكل الانيبيبات و الأوعية الدقيقة المتشابكة.
تغزو هذه الشبكة جميع أجزاء السيتوبلازم.
تتصل بكل من غشاء الخلية وغشاء النواة.
هذه الشبكة تمر من خلية إلى أخرى.
هناك نوعان لهذه الشبكة:
الشبكة الإندوبلازمية المحببة (Rough endoplasmic reticulum): شكل
يوجد على سطحها الرايبوزومات.
يجرى عند سطح الشبكة الإندوبلازمية المحببة عملية تكوين البروتينات.
الشبكة الإندوبلازمية الملساء (Smooth endoplasmic reticulum). شكل
يخلو سطحها من الرايبوزومات.
يجرى عند سطحها عملية تكوين كل من الدهون و الكربوهيدرات.
تقوم الشبكة الإندوبلازمية المحببة والملساء بالربط بين جميع أجزاء الخلية وذلك بنقل المواد المختلفة من مكان لآخر في الخلية أو خارج الخلية.
3- الميتوكوندريا ( Mitochondria): شكل
عضيات سيتوبلازمية كروية أو اسطوانية الشكل.
الكلمة في اللغة الإنجليزية مشتقة من كلمتين لاتينيتين:
خيط= (Mitos = threo) حبة = (Chondria = grain)
محاطة بغشاءين أحدهما خارجي والآخر في داخله.
ينثني الغشاء الداخلي عدة ثنيات يعرف كل واحدة منها بالثنية ( Crista).
تعمل على زيادة السطح الداخلي للميتوكوندريا.
يتم في الميتوكوندريا إنتاج المركب الكيميائي ثلاثي فوسفات الادينوسين (ATP).
الميتوكوندريا هي مركز إنتاج الطاقة وتخزينها في (ATP)
كما يوجد في الميتوكوندريا ( RNAو DNA) خاصان بها ويتكونان داخلها ولهما دور في وراثة الميتوكوندريا.
4- الرايبوزومات ( Ribosomes): شكل
حبيبات كروية الشكل تتكون من الرايبوزومى ( rRNA) محاط بغلاف بروتيني.
يوجد بها الإنزيمات اللازمة لتفاعلات تكوين البروتين.
توجد متصلة بالشبكة الإندوبلازمية المحببة أو مبعثرة في السيتوبلازم.
الرايبوزومات هي موضع تكوين البروتينات في الخلية.
5- أجسام جولجى (Golgi Bodies) : شكل
على هيئة رصات متتالية بعضها فوق بعض.
توجد أجسام جولجي في الخلية الحيوانية مركزة أعلى النواة.
في الخلية النباتية تنتشر في مناطق عديدة من السيتوبلازم.
وتقوم أجسام جولجي بتهيئة البروتينات الكربوهيدرات والدهون المكونة في الشبكة الإندوبلازمية المحببة والملساء على هيئة إفرازات محتواة في فجوات غشائية.
6- الأجسام الهاضمة (Lysosomes) : شكل
أجسام حويصلية دقيقة يحاط كل منها بغشاء.
وتوجد اللايزوزومات في الخلايا الحيوانية على الغالب.
للإنزيمات الهاضمة عدة وظائف منها:
- تحليل بعض الجزئيات الغذائية المعقدة إلى مركبات بسيطة تجعلها صالحة للاستعمال في الخلية.
- تهشيم العضيات الخلوية في أوقات معينة (انقسام الخلية مثلا).
- إبادة الأشياء الضارة بالخلية مثل الميكروبات والسموم.
7- الجسيمات المركزية ( Centrioles) : شكل
توجد في الخلية الحيوانية فقط ولا توجد في الخلية النباتية.
توجد في بعض الطحالب وبعض الفطريات.
حبيبات دقيقة يوجد عادة اثنان منها بالقرب من نواة الخلية.
تلعب الأجسام المركزية دورا هاما في تكوين المغزل حين انقسام الخلية.
يوجد بها ( DNA ) خاص بها ويتكون فيها.
كل واحد منها يتكون من تسع من الانيبيبات الدقيقة ( Microtubules )
ترتص على مدار شكل اسطوانى.
8- الأهداب و الأسواط (Cilia and Flagella) : شكل
زوائد تبرز من سطح الخلية تعمل على الحركة الانتقالية كما هو في الحيوانات الأولية.
تعمل على حركة المواد على سطح الخلية.
تتكون الأهداب و الأسواط من أنيبيبات دقيقة كالتي يتكون منها الأجسام المركزية إلا أن العدد يختلف.
9- البلاستيدات ( Plastids) :
عضيات مستديرة أو عدسية أو قرصية الشكل.
توجد في معظم الطحالب والنبات الأخضر فقط.
هناك ثلاث أنواع من البلاستيدات تختلف عن بعضها البعض بحسب نوع الصبغة الموجودة في كل نوع. وهذه الأنواع هي:
· البلاستيدات البيضاء ( Leucoplasts)
وهى بلاستيدات تفتقر إلى وجود أي نوع من الصبغات وتعمل كمراكز لتخزين النشا.
· البلاستيدات الملونة (Chromoplasts)
وهى بلاستيدات تحتوى على صبغات جزرانية ( Carotenoids ) أى حمراء أو صفراء أو برتقالية مثل التي يعزى لها اللون الأحمر فى ثمرة الطماطم واللون البرتقالي في الجزر.
· البلاستيدات الخضراء (Chioroplasts) شكل
تحتوى على صبغة اليخضور (الكلورفيل Chlorophyll) بكميات كبيرة إلى جانب وجود الصبغات الجزرانية ولكن بكميات قليلة جدا.
يعزى اللون الأخضر في الأوراق و أجزاء أخرى من النبات إلى هذا النوع من البلاستيدات.
هي أهم أنواع البلاستيدات حيث أنها موضع جريان عملية التمثيل الضوئي (Photosynthesis).
يوجد بها (DNA) خاص بها.
تتكون من غشاء خارجي وطبقات متراصة من الأغشية الداخلية على هيئة صفائح.
هناك مناطق كثيفة من هذه الصفائح تعرف بمناطق الحبيبات ( Grana ) ويوجد بها مادة اليخضور (الكلوروفيل).
مناطق رقيقة تعرف بالصفائح ( Lamellae) .
يسمى تجويف البلاستيدة التي تنغمس فيه هذه الأغشية بالحشوة او السداة ( Stroma) .
10- ا لجدار الخلوي ( Cell Wall) : شكل
يوجد في الخلايا النباتية فقط خارج غشاء الخلية محيطا بها من جميع الجهات.
يتكون من مادة السليولوز (Cellulose) ومواد كربوهيدراتية أخرى توجد بكميات قليلة.
يتخلل الجدار الخلوي البلازموديزمات (Plasmodesmata) واصلا الخلايا المجاورة بعضها ببعض. البلازموديزمات خيوط رفيعة من السيتوبلازم تمر من خلية إلى أخرى عبر الجدار الخلوي.
يعمل الجدار الخلوي على إعطاء الشكل الخاص بالخلية كما يحميها ويعضدها.
11 - الفجوات العصارية (Vacuoles) : شكل
أماكن في السيتوبلازم تقوم بوظائف مختلفة مثل:
تخزين النشا أو الدهون أو الماء أو بعض الصبغات.
نقل إفرازات خلوية إلى خارج الخلية.
نقل مواد غذائية من خارج الخلية إلى داخلها عند اقتراب هذه المواد من سطح الخلية.
الفجوات العصارية موجودة في الحيوان والنبات ولكنها في النبات أكبر بكثير مما هي في الحيوان.
ثانيا: النواة: شكل
تتكون من:
الغشاء النووي (Nuclear membrane)
الشبكة الكروماتينة ( Chromatin reticulum).
الكروموزومات (Chromosomes).
النوية ( Nucleolus).
السائل النووي (Nuclear sap) .
ا- الغشاء النووي:
يحيط الغشاء النووي بالنواة.
يتكون من طبقتين من الأغشية.
تتخلل الغشاء ثقوب نووية (Nuclear pores).
يحط بالنواة وينظم حركة مرور المواد بين النواة و السيتوبلازم.
متصل بالشبكة الاندوبلازمية وغشاء الخلية.
يتكون من البروتينات والدهون الفوسفورية.
2- الشبكة الكروماتينية و الكروموزومات:
الشبكة الكروماتينية هي المظهر الذي تتخذه الكروموزومات في الطور البيني للخلية.
تتكون من خيوط دقيقة متشابكة تملأ فراغ النواة.
حين انقسام الخلية تقصر هذه الخيوط الدقيقة وتسمك بالتدريج متخذة شكل الكروموزومات.
الكروموزومات أشكال عصوية لها عدد معين خاص بكل نوع من الكائنات الحية.
توجد على هيئة أزواج متماثلة.
يتكون كل كروموزوم من الحامض النووي (DNA) ونوع (أنواع) من البروتين متصلة بالحامض.
تحمل الكروموزومات الجينات التي توجه عمليات الوراثة و بالتالي توجه وتنظم جميع العمليات الخلوية.
3- النوية:
تتكون من حبيبات من البروتين والحامض النووي (RNA ).
تعمل الكروموزومات على تكوين النوية.
يوجد بكل نواة عدد معين من الانوية.
النوية هي موضع تكوين الرايبوزومات.
4- السائل النووي:
يحيط بجميع محتويات النواة.
يوجد به الإنزيمات اللازمة لتكوين (DNA) والأنواع المختلفة من (RNA) .
يوجد به أيضا المواد اللازمة لتكوين النيوكليوتيدات الداخلة فى تكوين (DNA) ، و (RNA).
يتكون معظمه من الماء.
التركيب الدقيق للخلية أولية النواة
(Ultrastructure of Prokaryotic Cell ):
شكل
توجد في البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة.
تحاط الخلية من الخارج بجدار خلوي ويليه غشاء الخلية الذي يحيط بالسيتوبلازم.
يخلو السيتوبلازم من الفجوات العصارية.
لا توجد شبكة اندوبلازمية - ميتوكوندريا – أجسام جولجي - لايزوزومات – أجسام مركزية.
لا يوجد نوية ولا تحاط المادة الوراثية بغشاء نووي.
المادة الوراثية (الكروموزوم) تتكون من (DNA ) فقط.
العضية الوحيدة التي توجد بكثرة هي الرايبوزومات.
يوجد في الطحالب الخضراء المزرقة أجسام ملونة (Chromatophres) قرصية الشكل.
ويجرى في الأجسام الملونة عملية التمثيل الضوئي.
عمل الطالبة:سمية ثابت
موضوع: الخلية التركيب والوظيفة The Cell structure and Function 
الأربعاء ديسمبر 21, 2011 3:15 am