فيديو الدرس: النواة الأحياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف تركيب نواة الخلية الحقيقية النواة. سنستكشف أيضًا تركيب الكروماتين والكروموسومات ووظائفهما؛ لذا دعونا نتعمق في عالم النواة المثير.

إذا سبق لك النظر إلى خلايا البشرة في البصلة تحت المجهر، فربما تكون قد رأيت شيئًا كهذا. يمكننا هنا رؤية كل خلية من الخلايا التي تكون خلايا البشرة في البصلة، والنقطة الصغيرة التي يمكننا رؤيتها داخل كل خلية هي النواة. لكن ما هي النواة حقًّا؟ النواة هي عضية محاطة بغشاء وتحتوي على المادة الوراثية للكائن الحي؛ أي حمضه النووي ‪(DNA)‬‏. تذكر أن العضية هي مجرد تركيب تحت خلوي يؤدي وظيفة محددة. تحتوي نواة كل خلية بشرية على مترين من ‪DNA‬‏، المعبأ والمنظم بإحكام. إذا أخذنا جميع شرائط الحمض النووي من جميع خلايا الجسم ووضعناها معًا بحيث يكون طرف كل شريط بجانب الطرف الآخر، فسيبلغ طولها 6.2 مليار كيلومتر. وهذا يفوق المسافة بين الأرض والشمس بنحو 41 مرة.

والآن، لنلق نظرة عن قرب على الخلايا. تحتوي جميع الخلايا على غشاء خلوي على الأقل وبعض السيتوبلازم، لكن لا تحتوي كل الخلايا بالضرورة على نواة، كما هو الحال في البكتيريا. يمكننا استخدام هذه المعلومات لتقسيم خلايا الكائنات الحية إلى مجموعتين. الخلايا التي تحتوي على نواة وعضيات أخرى محاطة بأغشية وتسمى الخلايا الحقيقية النوى، والخلايا التي لا تحتوي على نواة وتسمى الخلايا البدائية النوى. وبما أن هذا الفيديو بالكامل يتحدث عن النواة، فإننا سنركز على الخلايا الحقيقية النوى. سيتوبلازم الخلية الحقيقية النواة هو سائل هلامي يحتوي على الماء وأملاح ذائبة وجزيئات عضوية أخرى. يعد السيتوبلازم أيضًا موطنًا للعديد من العضيات والتراكيب الأخرى؛ مثل الميتوكوندريا المسئولة عن إطلاق الطاقة، والريبوسومات المسئولة عن تخليق البروتين، والبلاستيدات الخضراء المسئولة عن عملية البناء الضوئي في النبات.

حقيقيات النوى هي كائنات حية مثل البشر، تتكون في معظمها من خلايا حقيقية النوى. في الواقع، كل كائن حي معروف متعدد الخلايا يعد من حقيقيات النوى، سواء أكان من النباتات أو الحيوانات أو الفطريات. لكن بعض حقيقيات النوى وحيدة الخلية، مثل الأميبا وفطر الخميرة. لنلق الآن نظرة على النواة بمزيد من التفصيل.

النواة هي عضية كروية الشكل تحتوي على المادة الوراثية للخلية الحقيقية النواة. وكما نرى في هذا الشكل، فإنها عادة ما تكون هي العضية الأكبر حجمًا داخل الخلية الحيوانية. وإذا أردنا التحدث عن أكثر من نواة، فإننا نشير إليها بـ «النوى». عندما ننظر إلى الخلايا تحت المجهر، يمكننا صبغ النوى حتى يسهل التعرف عليها. إذا نظرنا إلى خلايا البشرة في البصلة مثل تلك التي رأيناها في بداية الفيديو، فسنجد أن السبب الوحيد لظهور النوى هو أنها كانت مصبوغة باليود، وهو ما يمنحها اللون البرتقالي المائل إلى البني. للنواة تركيب داخلي معقد. فهي محاطة بغشاء مزدوج يعرف باسم «الغلاف النووي»، وهو يتصل عادة بعضية أخرى تسمى الشبكة الإندوبلازمية.

الغلاف النووي هو المسئول عن فصل محتويات النواة عن باقي الخلية، وبذلك يحمي ‪DNA‬‏ من التفاعلات التي قد تحدث داخل سيتوبلازم الخلية. يسمى ذلك تقسيم الخلية، ويحدث في جميع العضيات المحاطة بأغشية. يحتوي الغلاف النووي على فتحات صغيرة تسمى المسام النووية، وهي تسمح بمرور المواد الصغيرة من خلالها ما بين النواة والسيتوبلازم، غير أنها لا تسمح بمرور الجزيئات الكبيرة. على سبيل المثال، تعد جزيئات ‪DNA‬‏ كبيرة جدًّا بحيث لا يمكنها المرور من المسام النووية؛ وبهذا تظل داخل النواة، لكن جزيئات الحمض النووي الريبوزي الرسول ‪(mRNA)‬‏ أصغر حجمًا. وبهذا فإنها تتمكن من المرور عبر المسام النووية باتجاه الريبوسومات في السيتوبلازم؛ كي تتم عملية تخليق البروتين.

لنستخدم تشبيهًا يساعدنا على فهم دور الغلاف النووي فهمًا أفضل. تخيل أن النواة مكتبة مدرسية تحتوي على كمية كبيرة من المعلومات داخل الكتب، أو داخل المادة الوراثية إذا كان حديثنا عن النواة. وأن أبواب المكتبة تمثل المسام النووية الموجودة في الغلاف النووي. ويمكن نقل العناصر الصغيرة مثل الكتب من المكتبة وإليها عبر الأبواب، فقد يصعب نقل العناصر الأكبر حجمًا مثل خزانات الكتب إلى داخل المكتبة أو خارجها.

توجد مادة هلامية داخل النواة تسمى «بلازما النواة». تفصل التفاعلات الكيميائية التي تحدث في بلازما النواة أو تعزل عن السيتوبلازم بواسطة الغلاف النووي. نلاحظ أن الكلمتين «سيتوبلازم» و«بلازما النواة» يحتويان على المقطع نفسه وهو «بلازما». ويرجع ذلك إلى أن السيتوبلازم هو الجزء السائل من الخلية، وبلازما النواة هي الجزء السائل من النواة. تحتوي بلازما النواة على ‪DNA‬‏ في صورة كروماتين، بالإضافة إلى العديد من المواد الأخرى مثل النيوكليوتيدات والإنزيمات، التي تستخدم في تضاعف ‪DNA‬‏. إذا كان مصطلح الكروماتين مبهمًا بالنسبة لك، فلا داعي للقلق؛ لأننا سنعود إليه لاحقًا في الفيديو.

التركيب الأخير الذي سنتناوله، والذي يوجد أيضًا داخل بلازما النواة، هو النوية. النوية هي المنطقة التي تتكون فيها الريبوسومات من البروتينات والحمض النووي الريبوزي ‪(RNA)‬‏. ونظرًا للكثافة العالية للنوية، فمن السهل عادة رؤيتها في الصور المجهرية. تتكون الريبوسومات من وحدة فرعية كبيرة وأخرى صغيرة. تخرج هاتان الوحدتان الفرعيتان من النواة عبر المسام النووية وتتجمعان معًا لتكوين الريبوسوم أثناء عملية تخليق البروتين. وكما نرى في مخطط الخلية، تظل العديد من الريبوسومات حرة في السيتوبلازم، لكن بعضها يتمكن أيضًا من الالتصاق بالشبكة الإندوبلازمية؛ مما يعطيها مظهرها الخشن. بعد ذلك ترتبط جزيئات ‪mRNA‬‏، التي تنتقل أيضًا عبر المسام النووية، بالريبوسومات عند الحاجة إلى إنتاج بروتينات معينة. ويوضح ذلك الدور المهم الذي تلعبه الريبوسومات في تخليق البروتين.

الآن وبعد أن ألقينا نظرة على تركيب النواة، قد يطرح تساؤل حول السبب في أن لها مكانة مميزة للغاية لدرجة أن جميع خلايا الكائنات الحية المعقدة تحتاج إليها لتؤدي وظائفها بفاعلية. للإجابة عن هذا السؤال، علينا التعرف على المادة الوراثية الثمينة التي تعمل النواة على حفظها، وهي ‪DNA‬‏.

الحمض النووي ‪DNA‬‏ هو جزيء متخصص وعادة ما يكون مزدوج الشريط ولولبي الشكل. يحتوي كل جزيء ‪DNA‬‏ على العديد من الجينات. لعلنا نتذكر أن الجين هو مقطع من ‪DNA‬‏ يشفر على الأغلب بروتينًا محددًا لازمًا لأنشطة الخلية. ذكرنا من قبل أن شريط ‪DNA‬‏ لخلية بشرية واحدة فقط يبلغ طوله المترين. إذن، كيف تتسع الخلية لشريط ‪DNA‬‏ بهذا الطول كله وهي أصغر من أن ترى بالعين المجردة؟! الإجابة هي أن هذه الجزيئات معبأة بإحكام. يلتف ‪DNA‬‏ في حقيقيات النوى حول بروتينات متخصصة تسمى الهستونات، التي بدورها تلتف لتكوين ألياف الكروماتين. تلتف ألياف الكروماتين بصورة أكبر وتتكثف لتكون الكروموسوم الذي يقع داخل النواة. عملية تعبئة الحمض النووي هذه تشبه إلى حد ما عملية طي ملابسنا حتى يمكننا وضعها كلها داخل حقيبة السفر عند الذهاب في عطلة.

لنتعرف أكثر على الكروموسومات. الكروموسوم هو جزيء واحد من ‪DNA‬‏ والبروتينات المرتبطة به، ويحتوي على مادة وراثية في صورة جينات. غالبًا ما نعتقد أن الكروموسومات تتخذ شكل الحرف ‪X‬‏، لكن من المهم ملاحظة أن ذلك لا ينطبق في معظم الأحيان. هذا هو شكل الكروموسوم المفرد غير المتضاعف.

أثناء الانقسام الخلوي، يتضاعف ‪DNA‬‏. لا يزال الكروموسوم المتضاعف يسمى كروموسومًا، لكنه يتكون الآن من كروماتيدين شقيقين متصلين معًا عند السنترومير. ولهذا السبب يبدو الكروموسوم المتضاعف مثل الحرف ‪X‬‏ عندما نفحصه تحت المجهر. وعلى الرغم من أن الكروموسوم غير المتضاعف يبدو مثل الكروماتيد، فإنه من غير الصحيح أن نطلق عليه كروماتيد؛ لأنه لا يصبح كروماتيدًا إلا أثناء الانقسام الخلوي عندما يكون جزءًا من كروموسوم متضاعف. يتغير تركيب الكروموسومات وشكلها تبعًا للمرحلة التي تمر بها الخلية في دورتها.

للخلية دورة حياة تسمى دورة الخلية. ويمكن تقسيمها إلى طور النمو، الذي يرمز إليه بالحرف ‪I‬‏، للإشارة إلى الطور البيني ‪(interphase)‬‏، وطور الانقسام ‪(mitotic phase)‬‏، الذي يرمز إليه بالحرف ‪M‬‏، ويحدث فيه الانقسام الميتوزي ‪(mitosis)‬‏ أو الميوزي ‪(meiosis)‬‏ للخلايا. وهذه هي الطريقة التي ينمو بها الكائن الحي وتستبدل بها الخلايا حال تلفها. أما الانقسام الميوزي، فينتج عنه خلايا جنسية فريدة وراثيًّا تعرف باسم الجاميتات. تحتوي الجاميتات على نصف المادة الوراثية للخلية الأبوية، وهي ضرورية للتكاثر الجنسي. وهو التكاثر الذي يندمج فيه جاميت مع آخر من الجنس البيولوجي المغاير له، وتنتقل المادة الوراثية من الأبوين إلى النسل.

تقضي الخلية النموذجية معظم حياتها في الطور البيني؛ حيث تقوم بتحضيرات ما قبل عملية الانقسام الخلوي. وخلال الجزء الأول من الطور البيني، تنمو الخلية. بعد ذلك، تنسخ المادة الوراثية الموجودة على كل كروموسوم في الخلية عن طريق تضاعف ‪DNA‬‏. لذا فإن الخلايا البنوية الجديدة سيكون لها نفس ‪DNA‬‏ الموجود في الخلية الأبوية الأصلية. وبمجرد اكتمال عملية تضاعف ‪DNA‬‏، تنمو الخلية مرة أخرى وتستعد للانقسام الخلوي ميتوزيًّا أو ميوزيًّا. هذا شكل توضيحي لبعض الخلايا النموذجية تحت المجهر الضوئي. لكي ينسخ ‪DNA‬‏ أثناء الطور البيني، فإنه لا يمكن أن يكون على الصورة المكثفة للكروموسومات. لذا تحت المجهر الضوئي، لن نتمكن من تمييز أي تراكيب محددة. وأثناء الانقسام الخلوي ميتوزيًّا أو ميوزيًّا، تتكثف الكروموسومات وتصبح حينها مرئية.

لنتذكر أن ‪DNA‬‏ يتضاعف في هذه المرحلة، ومن ثم تتخذ الكروموسومات شكل الحرف ‪X‬‏؛ لأن كلًّا منها يتكون من كروماتيدين. إذا نظرنا عن قرب لهذه الكروموسومات، فسيبدو بهذا الشكل على هيئة كروماتيدين شقيقين مرتبطين بعضهما ببعض بواسطة تتابع متخصص من ‪DNA‬‏ يسمى السنترومير. والسنترومير هو الجزء الذي يسمح للخلية بالتحكم في توزيع ‪DNA‬‏ أثناء انقسامها الخلوي، بحيث تتلقى كلتا الخليتين البنويتين المقدار نفسه من ‪DNA‬‏.

في معظم حقيقيات النوى المتعددة الخلايا، تتحلل النواة قبل الانقسام الخلوي ولا تتبقى سوى مجموعة من الألياف المتخصصة تسمى الألياف المغزلية. ترتبط هذه الألياف المغزلية بالسنتروميرات أثناء الانقسام الخلوي؛ لتجذب عددًا متماثلًا من الكروماتيدات ناحية كل طرف من طرفي الخلية. وبمجرد انقسام الخلية إلى خليتين، تتكون نواة جديدة حول الكروموسومات في كل من هاتين الخليتين البنويتين الجديدتين.

الآن وبعد أن درسنا كل ما يخص تركيب النواة ووظيفة الكروماتين والكروموسومات، لنتناول سؤالين من تدريبين.

يمثل الشكل الموضح رسمًا لخلية حقيقية النواة. ما التركيب الذي يشار إليه بالحرف (أ)؟

يوضح لنا هذا السؤال شكلًا لخلية حقيقية النواة. تحتوي الخلايا الحقيقية النوى على نواة وعضيات أخرى محاطة بأغشية. يمكننا أن نرى أن التركيب المجهول (أ) يقع داخل تركيب دائري أكبر حجمًا ويحاط بطيات غشائية. هذا التركيب الأكبر حجمًا هو النواة، وتشكل الطيات الغشائية الشبكة الإندوبلازمية الخشنة والشبكة الإندوبلازمية الملساء وجهاز جولجي. لمعرفة ما يشير إليه (أ)، دعونا نراجع تراكيب النواة.

تضم النواة جميع المعلومات الوراثية اللازمة لإنتاج البروتين ولإتمام العمليات الحيوية الأخرى. تخزن المعلومات الوراثية في جزيء طويل يسمى ‪DNA‬‏، وهو ملتف في صورة كروماتين بحيث تتسع النواة له. وكما نرى، فإن الكروماتين يظهر في صورة شرائط طويلة رفيعة، ومن ثم فهو ليس التركيب المطلوب. تحاط النواة بالغلاف النووي الذي يحتوي على مسام نووية تسمح للجزيئات الصغيرة مثل جزيئات ‪mRNA‬‏ بالانتقال إلى داخل النواة وخارجها. يتصل الغلاف النووي بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة مباشرة، ومن ثم فهو ليس التركيب (أ) أيضًا.

المكون الأخير للنواة هو تركيب كثيف كبير الحجم يسمى النوية. والنوية هي المنطقة التي تتكون فيها الريبوسومات. لعلنا نتذكر أن الريبوسومات هي العضيات المسئولة عن تخليق البروتينات. وبذلك نكون قد حللنا اللغز واستنتجنا أن التركيب (أ) هو النوية.

لنجرب سؤالًا تدريبيًّا آخر.

كيف تمر المواد بين الجزء الداخلي من النواة وسيتوبلازم الخلية المحيط بها؟ (أ) من خلال المسام النووية، (ب) من خلال الفتحات الموجودة في جدار النواة، (ج) من خلال الثغور النووية، (د) من خلال أنسجة النقل النووية.

النواة هي عضية محاطة بغشاء وتحتوي على معظم المادة الوراثية للخلية الحقيقية النوى في صورة ‪DNA‬‏. وتتمثل وظيفة النواة في حماية ‪DNA‬‏ من التفاعلات التي تحدث في السيتوبلازم، وذلك باستخدام غشائها الذي يسمى الغلاف النووي. غير أنه يلزم مرور بعض المواد بين النواة والسيتوبلازم لإمداد الخلية بالتعليمات الضرورية. فكيف يتم ذلك؟ يحتوي الغلاف النووي على فتحات صغيرة تسمى المسام النووية، التي يمكن لبعض الجزيئات أن تمر من خلالها. لا يمكن للكروموسومات المرور خلال المسام النووية؛ لأن حجمها كبير جدًّا. في حين أن حجم جزيئات ‪mRNA‬‏ أصغر بكثير؛ لذا فإنها تمر بسهولة.

بفضل المسام النووية، تتمكن جزيئات ‪mRNA‬‏ من المرور من خلال النواة إلى السيتوبلازم؛ حيث تتحد مع الريبوسوم، ليتمكنا معًا من تخليق البروتين. ومن ثم فإن الإجابة الصحيحة هي (أ): تمر المواد بين الجزء الداخلي من النواة وسيتوبلازم الخلية المحيط بها من خلال المسام النووية.

لنلخص بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها بخصوص النواة في هذا الفيديو. النواة هي عضية محاطة بغشاء وتحتوي على الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ للكائن الحي. تحتوي الخلايا الحقيقية النوى على نواة وعضيات أخرى محاطة بأغشية، ولا تحتوي الخلايا البدائية النوى على نواة. تحاط النواة بغلاف نووي يحتوي على مسام نووية. بلازما النواة هي الجزء السائل من النواة الذي يحتوي على النوية والحمض النووي ‪(DNA)‬‏ في صورة كروماتين. تمر الخلية بدورة حياة تسمى دورة الخلية. وأخيرًا، تتضاعف الكروموسومات أثناء الانقسام الخلوي؛ ومن ثم يتخذ تركيبها شكل الحرف ‪X‬‏ حيث يتكون من كروماتيدين شقيقين.