العمارة الخلوية

الهياكل الخلوية:

ينشأ التعقيد الهيكلي المذهل للخلية من عمل عدد صغير نسبيًا من الجينات، مما يثير التساؤل حول كيفية تحقيق هذا التعقيد، حيث يبدو أن عمليات التنظيم الذاتي جنبًا إلى جنب مع القيود المادية البسيطة لها أدوار رئيسية في التحكم في حجم العضية وعددها وشكلها وموضعها، ثم تتحد هذه العوامل لإنتاج البنية الكلية للخلية.

من خلال دراسة كيفية التحكم في هذه المعلمات في أمثلة بيولوجية خلوية محددة يمكن تحديد عدد قليل من مبادئ التصميم البسيطة التي يبدو أنها تكمن وراء الهندسة المعمارية والتجميع الخلوي.

في الأجهزة الطبية يمكن استخدام الهياكل الخلوية لنسخ ميزات المحاكاة الحيوية، وفي هندسة الأنسجة تُستخدم السقالات المُصنَّعة بشكل إضافي كمصفوفة ركيزة للخلايا، حيث يمكن أن تتأثر الخواص الميكانيكية أو مظهر الأطراف الصناعية والمقاويم بالحالة المرغوبة.

غشاء الخلية:

يتكون هيكل الخلية من مكونات فردية ذات وظائف محددة ضرورية لتنفيذ عمليات الحياة، وتشمل هذه المكونات جدار الخلية وغشاء الخلية والسيتوبلازم والنواة وعضيات الخلية، حيث يدعم غشاء الخلية ويحميها ويتحكم في حركة المواد داخل وخارج الخلايا، كما يفصل الخلية عن البيئة الخارجية وغشاء الخلية موجود في جميع الخلايا.

غشاء الخلية هو الغطاء الخارجي للخلية، حيث يتم إحاطة جميع العضيات الأخرى مثل السيتوبلازم والنواة، ويشار إليه أيضًا باسم غشاء البلازما، حسب الهيكل إنه غشاء مسامي يحتوي مسام يسمح بحركة المواد الانتقائية داخل وخارج الخلية إلى جانب ذلك، يحمي غشاء الخلية أيضًا المكون الخلوي من التلف والتسرب، كما إنه يشكل بنية تشبه الجدار بين خليتين وكذلك بين الخلية ومحيطها.

النباتات غير متحركة لذا فإن هياكلها الخلوية مهيأة جيدًا لحمايتها من العوامل الخارجية، ويساعد جدار الخلية على تعزيز هذه الوظيفة.

جدار الخلية:

جدار الخلية هو الجزء الأكثر بروزًا في بنية خلية النبات، وهي مكونة من السليلوز والهيميسليلوز والبكتين، وجدار الخلية موجود حصريًا في الخلايا النباتية، حيث يحمي غشاء البلازما والمكونات الخلوية الأخرى، ويمثل جدار الخلية أيضًا الطبقة الخارجية للخلايا النباتية، إذ إنها بنية صلبة تحيط بغشاء الخلية ويوفر الشكل والدعم للخلايا ويحميها من الصدمات الميكانيكية والإصابات.

السيتوبلازم:

السيتوبلازم مادة سميكة وشفافة شبيهة بالهلام موجودة داخل غشاء الخلية، حيث تحدث معظم التفاعلات الكيميائية داخل الخلية في هذا السيتوبلازم، وتشمل عضيات الخلية مثل الشبكة الإندوبلازمية، الفجوات، الميتوكوندريا، والريبوسومات معلقة في هذا السيتوبلازم.

النواة:

تحتوي النواة على المادة الوراثية للخلية، وهي الحمض النووي، حيث يرسل إشارات إلى الخلايا لتنمو وتنضج وتنقسم وتموت، كما أن النواة محاطة بغلاف نووي يفصل الحمض النووي عن باقي الخلية، وتحمي النواة الحمض النووي، وهي جزء لا يتجزأ من بنية خلية النبات.

نظرية الخلية:

اقترح العلماء الألمان ثيودور شوان وماتياس شلايدن ورودولف فيرشو نظرية الخلية، حيث تنص نظرية الخلية على أن: تتكون جميع الأنواع الحية على الأرض من خلايا، والخلية هي الوحدة الأساسية للحياة وتنشأ جميع الخلايا من خلايا موجودة مسبقًا.

تمت صياغة نسخة حديثة من نظرية الخلية في النهاية، وهي تحتوي على الافتراضات التالية: تتدفق الطاقة داخل الخلايا وتنتقل المعلومات الجينية من خلية إلى أخرى والتركيب الكيميائي لجميع الخلايا هو نفسه.

وظائف الخلية:

تؤدي الخلية هذه الوظائف الرئيسية الضرورية لنمو وتطور الكائن الحي، والوظائف الهامة للخلية هي كما يلي:

يوفر الدعم والهيكل:

تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا، حيث أنها تشكل الأساس الهيكلي لجميع الكائنات الحية، ويعد جدار الخلية وغشاء الخلية المكونات الرئيسية التي تعمل على توفير الدعم والبنية للكائن الحي على سبيل المثال يتكون الجلد من عدد كبير من الخلايا، ويتكون النسيج الخشبي الموجود في النباتات الوعائية من خلايا توفر الدعم الهيكلي للنباتات.

تسهيل انقسام النمو:

في عملية الانقسام تنقسم الخلية الأم إلى خلايا ابنة وهكذا تتكاثر الخلايا وتسهل النمو في الكائن الحي.

يسمح بنقل المواد:

يتم استيراد العناصر الغذائية المختلفة بواسطة الخلايا للقيام بعمليات كيميائية مختلفة تجري داخل الخلايا، حيث يتم التخلص من النفايات الناتجة عن العمليات الكيميائية من الخلايا عن طريق النقل النشط والسلبي وتنتشر الجزيئات الصغيرة مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والإيثانول عبر غشاء الخلية على طول تدرج التركيز، ويُعرف هذا بالنقل السلبي، وتنتشر الجزيئات الأكبر عبر غشاء الخلية من خلال النقل النشط، حيث تتطلب الخلايا الكثير من الطاقة لنقل المواد.

إنتاج الطاقة:

تتطلب الخلايا طاقة للقيام بعمليات كيميائية مختلفة، وتنتج الخلايا هذه الطاقة من خلال عملية تسمى التمثيل الضوئي في النباتات والتنفس في الحيوانات.

يساعد في التكاثر:

تساعد الخلية في التكاثر من خلال عمليات تسمى الانقسام والانقسام الاختزالي، ويُطلق على الانقسام المتساوي اسم التكاثر اللاجنسي، حيث تنقسم الخلية الأم لتشكيل خلايا ابنة ويتسبب الانقسام الاختزالي في اختلاف الخلايا الوراثية عن الخلايا الأصل وبالتالي، يمكن فهم لماذا تُعرف الخلايا بالوحدة الهيكلية والوظيفية للحياة، وهذا لأنها مسؤولة عن توفير بنية للكائنات الحية وتؤدي العديد من الوظائف الضرورية لتنفيذ عمليات الحياة.