شارح الدرس: تركيب الخلايا الحقيقية النوى الأحياء • الصف الأول الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نتعرَّف على العُضَيَّات الرئيسية في الخلايا الحقيقية النَّوى، ونَصِف وظائفها.

تتكون جميع النباتات والحيوانات والفطريات والطلائعيات على الكوكب من خلية واحدة حقيقية النواة على الأقل. وعلى الرغم من اختلاف جميع خلايا هذه الكائنات الحية اختلافًا كبيرًا، فإن معظمها له سمات أساسية مشتركة. التراكيب الصغيرة الموجودة داخل الخلايا (أو التراكيب تحت الخلوية) التي تؤدي وظائف محددة تُسَمَّى عُضَيَّات. أنواع العُضَيَّات التي تحتوي عليها خلية ما وكمية تواجدها فيها هما الدليل الأول على نوع تلك الخلية وعلى ما يمكنها فعله.

يمكن تصنيف الخلايا إلى مجموعتين كبيرتين: خلايا حقيقية النوى وبدائية النوى. فيما يأتي، يوضح الشكل 1، مخططًا بسيطًا لكل منهما.

السمة الأبرز في الخلية حقيقية النواة هي «النواة». احتواء الخلية على نواة هو الفارق الأساسي بين الخلايا بدائية النوى، مثل البكتيريا، والخلايا حقيقية النوى، مثل تريليونات الخلايا التي يتكون منها جسمك. بالإضافة إلى هذه النواة، تحتوي خلايا جسمك على العديد من التراكيب الأخرى التي لها وظائف مهمة أخرى. نسمي الخلايا مثل تلك التي يتكون منها جسمك «الخلايا الحيوانية». لنلق نظرة على العُضَيَّات المختلفة في خلية حيوانية نموذجية، كما هو موضَّح في الشكل 2.

الغشاء الخلوي (البلازمي) هو الطبقة الخارجية للخلية. وهو يشكل الحَدَّ الذي يميز الخلية عن بيئتها المحيطة. يتكون الغشاء الخلوي من طبقتين من الجزيئات تسمى الفسفوليبيدات. هذه الجزيئات لها خواص تسمح لها بتكوين ما نسميه «طبقة الفوسفوليبيد المزدوجة»؛ وذلك لوجود طبقتين من الجزيئات. يوضِّح الشكل 3 تركيب الغشاء الخلوي. طبقة الفوسفوليبيد المزدوجة ذات نفاذية اختيارية، وهذا يعني أنها تسمح بمرور بعض الأشياء بسهولة بينما لا تسمح بمرور بعضها الآخر.

السيتوبلازم هو السائل الذي يشبه الهلام الذي يملأ الخلية. فهو مكوَّن أساسًا من الماء إلى جانب البروتينات والأيونات والمغذيات. وبدلًا من أن يكون عُضَيَّة في حد ذاته، فإن السيتوبلازم هو السائل الذي تعلق فيه جميع العُضَيَّات. على الرغم من أننا عادة ما نعتقد أن السيتوبلازم مادة خاملة وغير نشطة، فإن العديد من الأنشطة الخلوية والتفاعلات الكيميائية المهمة تحدث داخل السيتوبلازم. أيضًا، يساعد حجم السيتوبلازم في إعطاء الخلية تركيبها. فالسيتوبلازم يشبه الهواء الموجود في منطاد؛ فهو يملأ الخلية ويعطيها شكلًا ثلاثي الأبعاد. يشار أحيانًا إلى السيتوبلازم ونواة الخلية معًا باسم البروتوبلازم.

الهيكل الخلوي هو شبكة مكوَّنة من البروتينات الموجودة في جميع أجزاء السيتوبلازم. كلمة خلوي ترتبط بالخلية، فمصطلح «الهيكل الخلوي» يعني هيكل الخلية. والهيكل الخلوي مكوَّن من خيوط دقيقة، وخيوط متوسطة، وأنيبيبات دقيقة. تثبت هذه البروتينات العُضَيَّات الأخرى في مكانها حتى لا تسبح في السيتوبلازم عشوائيًّا. يمكنك رؤية مخطط بسيط لذلك في الشكل 4. أيضًا، يعمل الهيكل الخلوي باعتباره مسارات يمكن للعُضَيَّات استخدامها للانتقال من مكان إلى آخر. الهيكل الخلوي هو ما يسمح لخلايا محددة مثل الأنواع التي تنتمي إلى جنس حقيقيات النوى وحيدة الخلية التي تسمى «الأميبا» بالتحرك وحدها. كما أنه يؤدي دورًا مهمًّا في الانقسام الخلوي.

تحتوي النواة على المادة الوراثية أو الحمض النووي (DNA) وتحميه، وهو موجود في شرائط طويلة تلتف حول بروتينات. تسمى جزيئات الحمض النووي (DNA) والبروتينات المرتبطة بها بالكروماتين. وتتحكم النواة أيضًا في التعبير عن هذا الحمض النووي (DNA)، وبهذا تتحكم في أنشطة الخلية. يوضح الشكل 5 مخططًا أساسيًّا للنواة.

تحتوي النواة على غشاء مزدوج؛ ما يعني أن هناك في الواقع طبقتين من طبقة الفوسفوليبيد المزدوجة بدلًا من طبقة واحدة فقط، كما هو موضح في الشكل 5.

يحتوي الغشاء النووي، الذي يُطلق عليه أحيانًا اسم الغلاف النووي، على فتحات خاصة تسمى المسام النووية. تسمح هذه المسام النووية لبعض الجزيئات الكبيرة، مثل الحمض النووي الريبوزي (RNA) والبروتينات بالمرور، ولكن ليس الكروماتين. تحتوي النواة على حشوتها الخاصة التي تسمى بلازما النواة، والتي تشبه إلى حد كبير السيتوبلازم. كما أن لها روافع من البروتينات التركيبية تسمى الحشوة النووية، وهي تشبه إلى حدٍّ كبير الهيكل الخلوي. في مركز النواة، توجد منطقة كثيفة تسمى النوية. تصنع هذه النوية الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)، وهو المكون الرئيسي للريبوسومات.

مثال ١: تحديد أجزاء النواة في صورة مجهرية إلكترونية

توضِّح الصورة المجهرية خلية تُفحص تحت مجهر إلكتروني نافذ. يُمكن رؤية نواة دائرية.

أيٌّ ممَّا يلي ليس جزءًا من تركيب النواة؟

1. الغلاف النووي.
2. النويَّة.
3. بلازما النواة.
4. المسام النووية.
5. الأعراف النووية.

الحل

النواة هي السمة المحددة للخلية الحقيقية النواة. فهي تميز بين الخلايا حقيقية النوى والخلايا بدائية النوى، التي لا تحتوي على نواة.

تتمثل الوظيفة الأساسية للنواة في تخزين وحماية الحمض النووي (DNA)، الملتف حول البروتينات لتكوين شرائط طويلة تسمى الكروماتين. يحيط بالنواة غلاف نووي، وهو غشاء مزدوج، ما يعني أن هناك طبقتين من طبقة الفوسفوليبيد المزدوجة بدلًا من طبقة واحدة. يحتوي هذا الغشاء المزدوج على فتحات خاصة تسمى المسام النووية، التي تسمح لجزيئات معينة بالمرور بسهولة. في مركز النواة، توجد منطقة كثيفة تسمى النُّوَيَّة، وهي مسئولة عن تصنيع الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)، وهو المكوِّن الأساسي للريبوسومات. تمتلئ النواة بمادة سائلة غنية تسمى بلازما النواة، وترتفع من خلال شبكة البروتينات المعروفة باسم الحشوة النووية.

يشير مصطلح «الأعراف» إلى ثنيات في غشاء الفوسفوليبيد ينتج عنها تقسيمات أصغر، مثل تلك التي نراها في الميتوكوندريا. النواة لا تحتوي على أعراف نووية.

باستخدام هذه المعلومات، يمكننا استنتاج أن التركيب الذي ليس جزءًا من النواة هو الأعراف النووية.

الريبوسومات هي تراكيب صغيرة مسئولة عن تصنيع البروتينات، ويمكن إيجادها حرة في السيتوبلازم أو مرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة. تُترجم الريبوسومات الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) الذي يحمل الشفرة الوراثية من الحمض النووي (DNA) في النواة، إلى سلسلة من الأحماض الأمينية تسمى سلسلة عديد الببتيد. عادة ما يعدل هذا الجزء من الببتيد من خلال عُضَيَّات أخرى، مثل الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي، ليصبح بروتينًا وظيفيًّا، كأن يصبح إنزيمًا على سبيل المثال. تتكون الريبوسومات من وحدتين ريبوسوميتين فرعيتين، إحداهما كبيرة والأخرى صغيرة، كما هو موضح في الشكل 6. تتكون هاتان الوحدتان الفرعيتان من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)، الذي يتكوَّن في النويّة، إضافةً إلى البروتينات.

لا تحيط طبقة الفوسفوليبيد المزدوجة بالريبوسومات، لذا يشار إليها بالعُضَيَّات غير المحاطة بغشاء. في الواقع، هذا الأمر يجعل بعض العلماء يتناقشون حول أنه لا يمكن اعتبارها من العُضَيَّات على الإطلاق.

على خلاف العُضَيَّات الأخرى المحاطة بغشاء، يمكن إيجاد الريبوسومات في الخلايا حقيقية النوى وبدائية النوى. وتكون الريبوسومات في الخلايا حقيقية النوى أكبر من تلك الموجودة في الخلايا بدائية النوى. S هي الوحدة المستخدمة لقياس الريبوسومات. يشار إلى الريبوسومات في الخلايا حقيقية النوى بالريبوسومات 80 S ، بينما يُشار إلى الريبوسومات في الخلايا بدائية النوى بالريبوسومات 70 S.

إن الشبكة الإندوبلازمية هي شبكة مترابطة من الأغشية المطوية الموجودة في جميع أجزاء الخلية حقيقية النواة. تؤدي الشبكة الإندوبلازمية دورًا في تكوين البروتينات والليبيدات ونقلها، وتنقسم إلى نوعين، كما هو موضح في الشكل 7: الخشنة والملساء.

يحتوي السطح الخارجي للشبكة الإندوبلازمية الخشنة على العديد من الريبوسومات المرتبطة به، ومن ثم يمكن القول إنها تؤدي دورًا في تخليق البروتينات. وهذا أيضًا ما يمنح الشبكة الإندوبلازمية الخشنة شكلها المتكتل واسمها. عمومًا، ممرات الشبكة الإندوبلازمية الخشنة لها شكل مسطح، وترتبط بالغشاء الخارجي للنواة. تتمثل الوظيفة الرئيسية للشبكة الإندوبلازمية الخشنة في طي البروتينات إلى شكلها النهائي.

لا تحتوي الشبكة الإندوبلازمية الملساء على ريبوسومات على سطحها؛ ولهذا السبب يطلق عليها ملساء. وعمومًا، تكون لممراتها شكل أنبوبي وتوجد على مسافة أبعد من النواة. تؤدي الشبكة الإندوبلازمية الملساء دورًا مهمًّا في تخليق الليبيدات، وتساهم أيضًا في تحويل السموم إلى مركبات أقل سمية يمكن إخراجها بعد ذلك.

جهاز جولجي المعروف أيضًا باسم جسم جولجي، هو مجموعة من الأكياس الغشائية المفلطحة، كما هو موضح في الشكل 8. يعمل الجهاز على تجميع التركيبات الصحيحة من البروتينات والليبيدات والمواد الكيميائية الأخرى وإيصالها إلى المناطق التي تحتاجها في الخلية. ولهذا السبب، يشار أحيانًا إلى جهاز جولجي بمكتب بريد الخلية. في الخلايا النباتية، توجد صفوف أصغر متناثرة من حويصلات جولجي تسمى الدكتيوسومات. يوضح الشكل 8 الآتي كيفية تفاعل الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي في خلية حيوانية نموذجية.

تمر البروتينات والليبيدات من الشبكة الإندوبلازمية إلى جهاز جولجي من خلال حويصلات النقل. الحويصلة هي تركيب صغير داخل الخلية يحتوي على مواد، ويحاط بغشاء. وهناك تندمج بين طبقات مختلفة من جهاز جولجي وتتحرك خلالها من طرف إلى آخر. وأخيرًا، تُجمع في حويصلات إفرازية جديدة لتوصيل المواد إلى خارج الخلية عن طريق الإخراج الخلوي، أو لتكوين الأجسام المحلِّلة (الليسوسومات).

الأجسام المحللة هي حويصلات متخصصة محاطة بأغشية يكوِّنها جهاز جولجي. فهي تعمل على تكسير مواد الخلية وتدويرها. يمكن أن يحتوي الجسم المحلل الواحد أكثر من 60 نوعًا مختلفًا من إنزيمات الهضم، ويكون السائل الموجود داخله حمضيًّا إلى حد ما. يعمل الحمض والإنزيمات معًا على تكسير المركبات المختلفة إلى مركبات يمكن أن تستخدمها الخلية مرة أخرى.

الميتوكوندريا (المفرد: ميتوكندريون) هي الموقع الرئيسي للتنفُّس الخلوي في الخلية حقيقية النواة. الميتوكوندريا هي المسئولة عن تحويل الجلوكوز إلى طاقة خلوية قابلة للاستخدام في صورة جزيئات ATP. ولهذا السبب، يُشار غالبًا إلى الميتوكوندريا بأنها مخزن الطاقة في الخلية. يمتلك كل ميتوكندريون طبقتين من الأغشية، كما هو موضح في الشكل 9. الميتوكندريون له غشاء خارجي أملس وغشاء داخلي مطوي. تسمى طيات الغشاء الداخلي الأعراف، وتعمل هذه الطيات على زيادة مساحة السطح المتاحة لحدوث تفاعلات التنفس. أما الفراغ داخل الغشاء الداخلي المطوي، فإنه يعرف باسم الحشوة.

يمكن العثور على الغشاء الخلوي، والسيتوبلازم، والهيكل الخلوي، والنواة، والشبكة الإندوبلازمية الخشنة والملساء، وجهاز جولجي، والميتوكوندريا، في معظم الخلايا حقيقية النوى. وهذا يتضمن الخلايا الحيوانية والنباتية.

إلا أن النباتات تختلف عن الحيوانات. فهي لها خواص مختلفة. فعلى سبيل المثال، تصنع المغذيات بنفسها، كما أنها كائنات ساكنة. وهذا يعني أن خلايا النباتات لها بعض السمات المختلفة عن سمات الخلايا الحيوانية، التي تدعم هذه الصفات المختلفة.

لنُلقِ نظرة على بعض العُضَيَّات الموجودة في الخلايا النباتية، وغير موجودة في الخلايا الحيوانية.

الجدار الخلوي هو تركيب صلب يحيط بالغشاء الخلوي، كما هو موضح في الشكل 10. فهو عبارة عن طبقة خارجية صلبة تمنح الخلية النباتية شكلها. يتكون معظم الجدار الخلوي للخلايا النباتية من كربوهيدرات تسمى السليولوز. أيضًا، يوفر الجدار الخلوي الدعامة للنبات. بما أن النباتات كائنات ساكنة ولا تحتوي على هياكل مثل بعض الحيوانات، تساعد الجدران الخلوية الصلبة على الحفاظ على وضعها منتصبة كما تسمح لها بتوجيه أوراقها باتجاه أشعة الشمس.

توجد البلاستيدات في الخلايا النباتية، ولكنها لا توجد في الخلايا الحيوانية. فهي تحتوي على غشاء مزدوج؛ لذا تحيط بها طبقتان من طبقة الفوسفوليبيد المزدوجة بدلًا من واحدة. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من البلاستيدات، تصنف طبقًا لنوع الصبغة التي تحتوي عليها: البلاستيدات الملونة، والبلاستيدات عديمة اللون، والبلاستيدات الخضراء. البلاستيدات الملونة هي البلاستيدات التي تصنع الصبغة وتخزنها، مثل الصبغات باللون الأحمر والأصفر والبرتقالي التي تعطي للفاكهة والزهور ألوانها الزاهية. البلاستيدات عديمة اللون أو البيضاء، لا تحتوي على صبغات، وتخزن مواد مثل النشا والدهون.

أما البلاستيدات الخضراء فهي البلاستيدات التي تحتوي على الصبغة الخضراء «الكلوروفيل». البلاستيدات الخضراء هي موقع عملية البناء الضوئي، التي تستخدم فيها الخلايا النباتية طاقة ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين. بعد ذلك، تستخدم الميتوكوندريا هذا الجلوكوز في عملية التنفس الخلوي.

تحتوي البلاستيدات الخضراء، الموضحة في الشكل 11، على غشاءين خارجي وداخلي. يسمى السائل الموجود داخل الغشاء الداخلي بالستروما. في داخل الستروما، توجد طبقات من أكياس على شكل العملة المعدنية. تمتلئ هذه الأكياس بالكلوروفيل، وتسمى بالثايلاكويدات. تسمى طبقات الثايلاكويدات هذه بالجرانا (مفردها: حُبَيْبَة الجرانا).

تحتوي الخلايا النباتية على فجوة عصارية مركزية كبيرة. تحت المجهر، تعد هذه الفجوة العصارية إحدى السمات المحددة للخلايا النباتية. فهي تخزن الماء وبعض المواد الأخرى في خليط يسمى أحيانًا «عصارة الخلية». وهي تساعد أيضًا على إعطاء الخلية شكلها من خلال الحفاظ على الضغط المواجه للجهة الداخلية من الجدار الخلوي. وهي تملأ الخلية أيضًا، دافعة محتويات السيتوبلازم باتجاه الخارج، وتساعد البلاستيدات الخضراء على الوصول إلى ضوء الشمس الذي تحتاجه لإجراء عملية البناء الضوئي. تحتوي الخلايا الحيوانية أيضًا على الفجوات العصارية، لكنها أصغر وأكثر عددًا، وعادة ما تشترك في العمليات الأيضية أو النقل الخلوي.

توجد أيضًا بعض الحالات لعُضَيَّات توجد في الخلايا الحيوانية، ولكنها لا توجد في الخلايا النباتية. السنتريولان هما من العُضَيَّات غير المحاطة بغشاء، يقعان في منطقة من الخلية بالقرب من النواة تسمى الجسم المركزي، وهي منطقة غير موجودة في الخلايا النباتية. يمكننا ملاحظة مقطع عرضي وطولي للسنتريول في خلية حيوانية نموذجية في الشكل 12.

يتكون كل سنتريول من تسع مجموعات من الأنيبيبات الدقيقة مرتبة على شكل ثلاثة أجزاء (أو ثلاثيات)، كما يُلاحَظ في الشكل 12. وتوجد ألياف رابطة بين كل ثلاثي من الثلاثيات التسع من الأنيبيبات الدقيقة.

أثناء الانقسام الخلوي، تمتد خيوط تسمى خيوط المغزل من السنتريولين، وتساعد في سحب المادة الوراثية المتضاعفة إلى طرفي الخلية المتقابلين. ومن المثير للاهتمام، أن الخلايا العصبية الناضجة تعد مثالًا على نوع من أنواع الخلايا الحيوانية التي لا تحتوي على أجسام مركزية.

تلبي العُضَيَّات داخل الخلية احتياجاتها، وتحدد أيضًا ما يمكن أن تفعله الخلية. فعلى الرغم من أن جميع الخلايا حقيقية النوى تحتوي على الميتوكوندريا، فإن الخلايا الحيوانية التي تستهلك طاقةً أكبر، مثل الخلايا العضلية، تحتوي على ميتوكوندريا أكثر من تلك الخلايا التي تحتاج إلى طاقة أقل. وفي النباتات، لا تحتوي الخلايا غير المعرَّضة للضوء، مثل خلايا الجذور، على أي بلاستيدات خضراء. يمكن معرفة الكثير عن حياة خلية ما عن طريق إمعان النظر إلى عُضَيَّاتها. يوضح الجدول 1 ملخصًا موجزًا لأنواع الخلايا التي قد نتوقع أن تحتوي على أعداد كبيرة من عُضَيَّات محددة.

لنراجع الآن ما تعلمناه عن تركيب الخلايا حقيقية النوى في هذا الشارح.