المحاضرة 4 التركيب العام للخلية General structure of the Cell االطالع على املرجع: Ref 1.Campbell/Reece Biology, Eighth Edition :2008,Pearson Benjamin. Pages. 92-102 : Ref 2.Mader :Biology,tenth edition :2010,McGraw-Hill Companies, pages.59-78: The periodical - The Journal of Biology And Life Science العناوين الرئيسية: 49
-1 اخللية :The Cell تعتر اخللية هي الوحدة البنائية األساسية للحياة وتكون ذات بنية جمهرية حماطة بغشاء حيفظ السيتوبالمسا من البيئة احمليطة باخللية. ت عر ف اخللية Cellule بأنها الوحدة البنيوية والوظيفية يف الكائنات احلية سواء أكانت حيوانية أم نباتية أو كائنات وحيدة اخللية وتقوم جبميع الوظائف احليوية الالزمة ال ستمرارها وبقائها على قيد احلياة ويرتاوح قطر اخللية بشكلعام بني واحد ميكرومرت مثل البكرتيا وعدة سنتيمرتات كما يف بيضة الدواجن. تقسم الكائنات احلية حبسب عدد اخلاليا املكونة ألجسامها إىل جمموعتني هما: 1 كائنات 1- وحيدة اخللية تسمى احليوانات األوالي :Protozoa وتتألف أجسامها من خلية واحدة مثل البارامسيوم املتحوالت ووحيدات اخللية األخرى. 2 كائنات 2- عديدة اخلاليا وتسمى احليوانات التوالي :Metazoa تتألف أجسامها من جمموعة كبرية من اخلاليا تنشأ مجيعها من خلية واحدة هي البيضة امللقحة اليت تنقسم انقسامات عديدة لتعطي خالل مراحل التشكل اجلنيي مجيع أنسجة اجلسم. و تقسم اخلاليا بشكل عام إىل منطني رئيسني وذلك حسب وجود أو عدم وجود النواة وهما: - اخلاليا طالئعيات النوى و- اخلاليا حقيقيات النوى. 1 اخلاليا 1. طالئعيات النوى :Prokaryota Cells تضم خاليا الفريوسات واملايكوبالزما والبكرتيا واألشنيات اخلضراء املزرقة صغرية احلجم بسيطة التعضي ولكن متعددة األشكال تنقسم الجنسيا باالنشطار وال حتوي على نواة وال غالف نووي)الشكل 1(. ويكون الدنا على شكل شريط حلقي يتوضع يف مركز اخللية كما انها ال حتتوي على شبكة بالمسية داخلية وال جسيمات كوندرية وال جهاز كوجلي وال جسيمات حالة وتنعدم فيها الفجوات. 2 اخلاليا 2. حقيقيات النوى :Eukaryota Cells تضم اخلاليا احليوانية والنباتية واخلمائر والطحالب والفطريات ومتتاز عن األوىل بكر حجومها وتعقيد تركيبها الداخلي. إال انها ختتلف فيما بينها من حيث احلجم والشكل والرتكيب والوظيفة. تنقسم انقساما منصفا أو خيطيا حتتوي على نواة حماطة بغالف نووي تتوضع فيها الصبغيات كما انها حتتوي على مجيع املكتنفات اخللوية األخرى كالشبكة البالمسية الداخلية واجلسيمات الكوندرية وجهاز كوجلي وغريها وكذلك فجوات )الشكل 1(. 50
الشكل )1(: املقارنة بني اخلاليا طالئعيات النوى وحقيقياتها )خلية حيوانية( 2- الفروق األساسية بني اخللية بدائية النواة واخللية حقيقية النواة: نورد يف اجلدول اآلتي )اجلدول -1( مقارنة بني اخلصائص والفروق البنيوية األساسية للخاليا بدائية النواة وحقيقية النواة: اجلدول 1: مقارنة بني اخلصائص العامة والبنيوية لبدائيات وحقيقيات النواة اخلاليا بدائية النواة 1- جمردة من الغشاء النووي حيث أنه ال توجد نواة منوذجية. 2- ال يوجد جهاز غوجلي منوذجي وشبكة بالمسية داخلية خشنة وملساء وجسيمات حالة ومتقدرات ومريكز. 3- املادة الوراثية عادة بشكل حلقات دائرية وتشكل مايسمى املنطقة شبه النووية. 4- اجلسيمات الريبية كبرية حرة وغري مرتبطة إىل قنيات الشبكة البالمسية الداخلية. وتتألف من حتت وحدتني: S50 وS30. 5- ترتاوح أبعاد اخلاليا مابني 10-1 ميكرون. 6- يصطنع mrna يف املنطقة النووية ويرتجم يف السيتوبالمسا. 7- االنقسام اخللوي باالنشطارالثنائي. 8 تشمل اجلراثيم والطحالب الزرقاء. اخلاليا حقيقية النواة 1- توجد نواة منوذجية حماطة بغشاء نووي مضاعف 2- يوجد جهاز غوجلي منوذجي وشبكة بالمسية داخلي ة خش نة وملس اء وجس يمات حال ة ومتق درات ومركز. 3- املادة الوراثية تنتظم بشكل خيطي يف الصبغيات حيث تكون مرتبطة إىل بروتينات اهليستونات. 4- اجلسيمات الريبية كبرية حرة ومرتبطة إىل قنيات الشبكة البالمسية الداخلية. وتتألف من حتت وحدتني: S60 وS40. 5- ترتاوح أبعاد اخلاليا مابني 100-10 ميكرون وميكن أن تصل إىل عدة سنتمرتات. 6- يصطنع mrnaيف النواة ويرتجم يف السيتوبالمسا. 7- االنقسام اخللوي باالنشطاراواالنقسام اخليطي أو املنصف حبسب نوع ووظيفة اخللية. 8- تشمل األوليات والفطريات والنباتات واحليوانات. 9- تتم احلركة بواسطة سياط مكونة من مادة الفالجني. 9- تتم احلركة يف األمناط املتحركة من اخلاليا بواسطة أهداب أو سياط مكونة من االنيبيبات الدقيقة. و بالرغم من التنوع الكبري الذي تبديه اخلاليا احلية سواء يف الشكل العام أو التعضي البنيوي أو منط 51
احلياة أو الوظيفة فان اخلاليا بدائية النواة وحقيقية النواة تشرتك مجيعها خبصائص بنيوية عامة ومشرتكة. وميكن تلخيص هذه اخلصائص على الشكل التالي: 1 وجود 1- مادة وراثية: حيث تكون يف اخلاليا بدائية النواة اجملردة من غشاء نووي موزعة يف السيتوبالمسا. وال تسمى صبغيات Chromosomesو إمنا نكليوئيد.Nucleoid أما يف اخلاليا حقيقيات النوى فان املادة الوراثية تكون مرتبة فيما يعرف بالصبغياتChromosomes وتوجد ضمن نواة منوذجية مفصولة عن مكونات السيتوبالمسا األخرى. 2 و 2- ج ود غش اء س يتوبالمسي: Plasmic Membrane مك ون م ن طبق ة ليبيدي ة مضاعف ة وبروتينات حييط باخللية ويفصل حمتواها عن الوسط احمليط بها ويعمل كحاجز ديناميكي يشرف على عبور املواد من وإىل اخللية. 3 السيتوبالمسا 3- :Cytoplasm توجد يف مجيع أنواع اخلاليا احلية وحتتوي على مكتنفات خلوية وسائل وعضيات متنوعة ختتلف حبسب كون اخللية بدائية أو حقيقية النواة. 4 اجلسيمات 4- الريبية :Ribosomes اليت تسهم يف كل أنواع اخلاليا يف عملية اصطناع الروتينات على الرغم من االختالف يف البنية. تستطيع اخللية القيام بالعديد من العمليات احليوية والوظائف اليت تضمن استمرارها وانتقال املعلومات الوراثية عر األجيال ومن هذه الوظائف نذكر: 1 التكاثر: 1. ويتجلى يف قدرة اخللية على االنقسام وزيادة أعدادها. 2 النمو: 2. ويتجلى يف قدرة اخللية على زيادة احلجم إىل مستوى معني حتدده النسبة الثابتة بني حجم اخللية وحجم السيتوبالمسا. 3 االستقالب: 3. والذي يتجلى يف قدرة اخللية على متثل املواد الغذائية وحتويلها إىل مواد مفيدة لبناء وترميم مكوناتها وعضياتها وكذلك للحصول على الطاقة الالزمة لقيامها بوظائفها احليوية. 4 التنفس: 4. تستطيع اخللية أخذ االكسجني وطرح غاز ثاني اكسيد الكربون. 5 التنبه: 5. وهو قدرة اخللية على االستجابة للمؤثرات اخلارجية الكيميائية أو الفيزيائية. 6 الناقلية: 6. وتتمثل يف قدرة اخلاليا على نقل التنبيه من مكان حدوثه إىل أماكن أخرى من اخللية نفسها أو إىل اخلاليا اجملاورة. 7 االمتصاص: 7. متتص اخلاليا املواد الغذائية املهضومة أو البسيطة بطرق نقل خمتلفة عر الغشاء السيتوبالمسي. 8 اإلفراز: 8. تستطيع أنواع كثرية من اخلاليا وال سيما الغدية منها طرح مفرزات ذات تراكيب متنوعة حبسب نوع اخللية. 9 احلركة: 9. حيث تستطيع بعض أنواع اخلاليا التنقل من مكان إىل آخر بوساطة أرجل كاذبة كما هو احلال يف الكريات البيض أو البالعم حيث تنتقل من نسيج إىل آخر. 52
3- الفروق األساسية بني اخللية احليوانية واخللية النباتية: بالرغم من التشابه الكبري يف التعضي العام بني اخلاليا احليوانية واخلاليا النباتية اال أن هناك بعض الفوارق البنيوية والوظيفية نرز أهمها كما يلي: 1 اجلدار 1. اخللوي: تفتقر اخلاليا احليوانية للجدار اخللوي املوجود يف اخلاليا النباتية والذي حييد بالغشاء السيتوبالمسي ويتألف من ألياف السيللوز ومطرق من البكتني واخلشبني. 2 الصانعات 2. اخلضراء اليت توجد حصرا يف اخلاليا النباتية وحتتوي على اليخضور وتقوم بعملية الرتكيب الضوئي الصطناع الغذاء لذلك فان اخلاليا النباتية ذاتية التغذية اما اخلاليا احليوانية فهي غريية التغذية. 3 الفجوات 3. تكون كبرية وغالبا وحيدة يف اخلاليا النباتية وأصغر بكثري ومتعددة أو كثرية يف اخلاليا احليوانية )الشكل 2(. الشكل )2(: الشكل العام للخلية النباتية مكونات اخللية: نستعرض فيما يلي مكونات اخللية حقيقية النواة الراقية وهي التالية: 1 الغشاء السيتوبالمسيmembrane :Plasma يتألف الغشاء السيتوبالمسي من طبقتني ليبيديتني تتوضعان على شكل ثالث وريقات: اثنتان 53
خارجيتان عامتتان حمبتان للماء وتتوسطهما طبقة نرية كارهة للماء.حتاط الطبقتني العامتتني بطبقتني من الروتينات احملبة للماء بشكل أحجار مرصعة يف حني تغوص الروتينات الكارهة للماء لتالصق الزمر الكارهة للماء م ن الليبيدات. يضاف إىل ذلك طبقة خارجية من الروتينات السكرية تدعى باملعطف اخللوي الذي يلعب دورا هاما يف دعم ومحاية الغشاء اخللوي من الصدمات اآللية كما يساهم بتشكيل املستقبالت اخللوية لبعض املواد احليوية )الشكل 3(. يقوم الغشاء السيتوبالمسي باحتواء وفصل املادة احلية وهو الذي يعتر جزءا منها يف اخللية عن جدار اخللية اخلارجي ويلعب دورا أساسيا يف تنظيم املبادالت اخللوية والسماح مبرور املاء واملركبات األخرى وكذلك يساهم يف نقل املعلومات بني اخلاليا ويساهم يف عملييت االدخال واالطراح اخللويني وبالتالي احملافظة على الروتوبالسم وعلى استمرار حياة اخللية الشكل )3(: البنية األساسية املوحدة لألغشية اخللوية 2 الشبكة السيتوبالمسية الداخلية :reticulum Endoplasmic هي عضية غشائية على شكل شبكة مرتابطة مكونة من أنيبيبات وحويصالت وجتويفات منبسطة تتكون من %30 ليبيدات و %70 بروتينات حتوي على أعداد كبرية من األنزميات كأنزميات الفسفرةو األنزميات االستقالبية لألمحاض الدمسة وأنزميات تركيب الليبيدات السكرية والفوسفورية وأنزميات حلمهة الكريتات العضوية. تعتر الشبكة السيتوبالمسية مقرا أساسيا لرتكيب الروتينات يف مستوى الشبكة اخلشنة أو احلبيبية نظرا لوجود اجلسيمات الريبية وأيضا مكانا أساسيا لرتكيب السكاكر واللبيدات يف مستوى الشبكة امللساء. منيز من الشبكة البالمسية الداخلية نوعان )الشكل 4(: 54
1- الشبكة البالمسية الداخلية احلبيبية: وترتبط إىل أغشيتها اجلسيمات الريبية وتعد املوقع األساسي الصطناع الروتينات. تلعب هذه الشبكة دورا يف انطواء الروتينات ونقلها ليتم افرازهامن اخللية. 2- الشبكة البالمسية الداخلية امللساء: ال ترتبط اليها أية جسيمات ريبية وهلا وظيفة استقالبية. الشكل )4(: منظر ختطيطي للشبكة السيتوبالمسية احلبيبية وامللساء يف اخلاليا حقيقيات النوى 3 جهاز غوجلي :Golgi apparatus هو عبارة عن كييسات منبسطة ومكدسة متصلة مع بعضها البعض يرتاوح عددها من 8-5 وتبدي اختالفا يف احلجم واملظهر حسب النمط اخللوي فتكون العلوية حمدبة وتدعى وجه التشكل والسفلية مقعرة وتسمى سطح النضج )الشكل 5 ( يتكون جهاز غوجلي من %35 ليبيدات و %65 بروتينات الذي يلعب دور نشيط ومضاعف يف عمليات اإلفراز. الشكل )5(: الشكل العام جلهاز غوجلي 4 اجلسيمات الكوندرية أو املصورات احليوية :Mitochondrion هي حجريات بيضوية أو متطاولة تنغلق على نفسها بغشاءين منفصلني: اخلارجي أملس مستمر والداخلي متعرج يرسل أعرافا للداخل ليؤمن سطح كبري للتفاعالت الشكل )6(. تعتر اجلسيمات الكوندرية مركزا أساسيا للتنفس وتوليد الطاقة يف اخللية. 55
الشكل )6(: الشكل العام للجسيمات الكوندرية 5 الريبوزوماتRibosomes : هي حبيبات بيضاوية صغرية غري حماطة بغشاء تتواجد يف السيتوبالمسا واجلسيمات الكوندرية والصانعات اخلضراء والنواة. تتألف من حبيبتني خمختلفيت الشكل واحلجم تتحدان سويا بفضل شوارد املغنزيوم)الشكل 7(. حيث يتشكل بينهما مكانني لربط سلسلة الرنا الرسول والرنا الناقل للحموض األمينية. الشكل )7(: الشكل العام للجسيمات الريبية و ميكن أن منيز من اجلسيمات الريبية ثالثة أمناط وهي: جسيمات ريبية مرتبطة: مفردة ترتبط إىل أغشية الشبكة البالمسية الداخلية احلبيبية. جسيمات ريبية حرة: مفردة تسبح ضمن البالمسا الشفيفة. 56 جسيمات ريبية متعددة: تتشكل من ارتباط اجلسيمات املرتبطة أو احلرة أو كليهما على الرنا الرسول.
6 اجلسيمات الدقيقة :Microbodies اليت تلعب دورا هاما حسب اجلسيم والوظيفة اليت يقوم بها مثل: البريوكسيزوماتPeroxisomes : تقوم بإنتاج )بتوسط األوكسيداز( وتفكيك )بتوسط الكاتالز( بريوكسيد اهليدروجني )املاء األوكسجيي(.H2O2 الغليوكسيزوماتGlyoxysomes : تلعب دورا بتحول اللبيدات إىل غلوسيدات. السيفروزوماتSpherosomes : تعتر مركز تركيب وجتميع الليبيدات. 7 اجلسيمات احلالة :Lysosomes وهي حويصالت صغرية متفاوتة احلجم واحملتويات تتوزع يف سيتوبالمسا اخللية حتتوي أنزميات اماهة حللمهة خمتلف املركبات العضوية. تلعب دورا يشبه جهاز هضم صغري داخل اخللية. 8 اهليكل السيتوبالمسي: Cytoskeleton ويتألف من: األنيببات الدقيقة :Microtubles تلعب دور يف تشكيل خيوط املغزل االنقسامي وتساهم يف التكوين والبناء املنظم للجدار اخللوي وتوجيه حركة املكونات اخللوية. اخلييطات الدقيقة :Microfilaments تلعب دورا هاما يف احلركة اخللوية السيتوبالمسية الدائرية أو مايسمىبالسيكلوز. 9 الفجوات :Vacuoles Les اليت تعر مقياسا للضغط احللولي وختزين املواد الضرورية للنشاط االستقالبي اخللوي وغريها. 10 النواة :Nucleus يرتبط شكلها غالبا بالشكل العام للخلية ولكن قد يكون أحيانا غري منتظم وخيتلف حجم النواة باختالف األنواع احلية املتغرية جدا ولكن يوجد عالقة بني حجم النواة وحجم السيتوبالسم اليت تعتر ثابتة بالنسبة للنوع اخللوي الواحد. واليت متر يف شروط التمايز ذاتها إمنا تتغري تبعا لعمر اخللية وحالتها الفيزيولوجية )الشكل 8(. يظهر الفحص اجملهري للنواة يف اخللية بعد تلوينها مبلونات خاصة بأنها مكو نة من: 1 غالف نووي :envelope nucléaire يف حقيقيات النوى حييط بشرائط رفيعة والذي يقوم بدورين أساسيني: أ ضمان استمرارية املبادالت النووية السيتوبالمسية. ب املساهمة يف تكوين بعض املركبات والبنيات السيتوبالمسية. 2 البالمسا النووية :Nucléoplasme اليت تكمن أهميتها باملساهمة يف العالقة املتبادلة فيما بني البنيات النووية وبينها وبني السيتوبالسم. 57
الشكل )8(: الشكل العام للنواة 3 النوي ات :Nucléoles هي كرة أو عدة كريات اليت تتلون بامللونات احلمضية لغناها باحلمض الرييب النووي ARN املتواجد )ARN m تظهر بالفحص اجملهري على شكل كريات ليس بأنواعه املختلفة يف النوية ( ARN, ARN, T r هلا غالف خارجي. منيز منطقتني من ال ARN اليت تتالءم مع املراحل املختلفة لتشكيل اجلسيمات الريبية هما: أ املنطقة الليفية :fibrilaire م شك لة لييفات متشابكة معقدة تسمى باخليوط النووية وهي 58 طويلة مكو نة من ال ARN الذي يدخل يف تركيب اجلسيمات الريبية لذا يلقب ب rarn الريبوزومي. ب املنطقة احلبيبية :granulaire مكو نة من حبيبات من الARN ترتبط فيما بينها بلييفات. تكمن األهمية الوظيفية للنويات باألساس يف كونها: املكان الفعال لرتكيب الروتينات )حتديدا اهليستونات( وال ARN وخاصة تركيب rarn الريبوزومي الذي يساهم يف بناء اجلسيمات الريبية. املركز لتجميع أنواع ال ARN )الرسول والريبوزومي والناقل(.
4 حبيبات من الكروماتني )املادة الصبغية النووية(.Chromatine أهمية النواة: ميتلك تنظيم املادة الوراثية يف منطقة نووية معزولة نسبيا عن باقي مكونات اخللية أهمية بالغة جدا على املستوى البنيوي والوظيفي للنواة ت لخص بالنقاط التالية: 1 اإلشراف على العمليات الكيمياحيوية املنجزة يف اخللية احلية واستمرارها باحلياة. 2 تعتر خمزن للمادة الوراثية املتمثلة باحلمض النووي الرييب املنقوص األوكسجني ال.DNA 3 مسؤولة عن تنظيم عملية التضاعف الوراثي واستمرار التطو ر والتمايز اخللوي ونقل الصفات الوراثية بدقة عر األجيال من خالل االنقسامات اخللوية. 4 تعمل على نسخ املعلومات الوراثية عر ال mrna الرسول اليت ترتجم يف السيتوبالسم يف مستوى اجلسيمات الريبية كذلك تركيب األنواع األخرى من ال rrnaالريبوزم trna الناقل اليت تساهم يف بناء الروتينات النوعية يف السيتوبالسم وتشكيل الصفات الوراثية مبعنى آخر تتحكم النواة يف تشكيل ونسخ ونقل الصفات الوراثية. نهاية احملاضرة الرابعة إضافات مدرس املقرر 59
60