ما هي دور الخلية الوراثي؟

تعريف الخلية:

الخلية (Cell): هي الوحدة الهيكلية والأساسية للحياة وهي اللبنة الأساسية لجميع الكائنات الحية حيث أنها توفر بنية للجسم وتحويل العناصر الغذائية المأخوذة من الطعام إلى طاقة. تسمى دراسة الخلايا من بنيتها الأساسية إلى وظائف كل عضية خلية بيولوجيا الخلية. كان روبرت هوك أول عالم أحياء اكتشف الخلايا.

تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا قد تتكون من خلية واحدة (أحادية الخلية unicellular) أو عدة خلايا (متعددة الخلايا multicellular). الميكوبلازما (Mycoplasmas): هي أصغر الخلايا المعروفة.

الخلايا بشكل عام معقدة وتؤدي مكوناتها وظائف مختلفة في الكائن الحي، تملك الخلايا أشكال وأحجام مختلفة، تشبه إلى حد كبير طوب المباني. يتكون جسمنا من خلايا مختلفة الأشكال والأحجام. الخلايا هي أدنى مستوى من التنظيم في كل أشكال الحياة. من كائن حي إلى كائن حي، قد يختلف عدد الخلايا. البشر مثلاً لديهم عدد كبير جداً من الخلايا مقارنة بعدد الخلايا التي تمتلكها البكتيريا.

تتكون الخلايا من عدة عضيات خلوية تؤدي وظائف متخصصة لتنفيذ عمليات الحياة. كل عضية لها بنية محددة، المادة الوراثية للكائنات موجودة أيضًا داخل النواة في الخلايا.

أنواع الخلايا:

تشبه الخلايا المصانع التي بها عمال وأقسام مختلفة تعمل نحو هدف مشترك. تؤدي أنواع مختلفة من الخلايا وظائف مختلفة. بناءً على البنية الخلوية، يوجد نوعان من الخلايا:

• بدائيات النوى (Prokaryotes).
  
• حقيقيات النواة (Eukaryotes).
  

خلايا بدائية النواة:

• الخلايا بدائية النواة ليس لها نواة. بدلاً من ذلك، تمتلك بعض بدائيات النوى مثل البكتيريا منطقة داخل الخلية حيث يتم تعليق المادة الجينية بحرية. هذه المنطقة تسمى nucleoid.
  
• العتائق والبكتيريا والبكتيريا الزرقاء كلهم كائنات دقيقة وحيدة الخلية.
  
• يتراوح حجم الخلية من 0.1 إلى 0.5 ميكرومتر في القطر.
  
• يمكن أن تكون المادة الوراثية فيها إما DNA أو RNA.
  
• تتكاثر بدائيات النوى عن طريق الانشطار الثنائي، وهو شكل من أشكال التكاثر الجنسي.
  

الخلايا حقيقية النواة:

• تتميز الخلايا حقيقية النواة بنواة حقيقية.
  
• يتراوح حجم الخلايا بين 10-100 ميكرومتر في القطر.
  
• تشمل هذه الفئة الواسعة النباتات والفطريات والطفيليات والحيوانات.
  
• غشاء البلازما مسؤول عن مراقبة نقل العناصر الغذائية والإلكتروليتات داخل وخارج الخلايا. كما أنها مسؤولة عن الاتصال بين خلية وأخرى.
  
• تتكاثر الخلايا حقيقة النوى جنسيا وكذلك لاجنسياً.
  
• هناك بعض السمات المتناقضة بين الخلايا النباتية والحيوانية. على سبيل المثال، تحتوي الخلية النباتية على البلاستيدات الخضراء، الفجوات المركزية والبلاستيدات الأخرى، بينما لا تحتوي الخلايا الحيوانية على هذه العضيات.
  

الجدار الخلوي:

الجدار الخلوي (Cell Wall): عبارة عن طبقة صلبة غير حية توجد خارج غشاء الخلية وتحيط بالخلية. تحتوي النباتات والبكتيريا والفطريات على جدران خلوية. في النباتات، يتكون الجدار من السليلوز. يتكون من ثلاث طبقات تساعد في دعم النبات. تشمل هذه الطبقات الصفيحة الوسطى وجدار الخلية الأساسي وجدار الخلية الثانوي.

• الصفيحة الوسطى (Middle lamella): تفصل كل خلية عن الأخرى. وهي عبارة عن طبقة غشائية رقيقة على السطح الخارجي للخلية وتتكون من مادة لزجة تسمى البكتين.
  
• جدار الخلية الأساسي (Primary cell wall): يوجد داخل الصفيحة الوسطى ويتكون أساسًا من السليلوز.
  
• جدار الخلية الثانوي (Secondary cell wall): يقع بجانب غشاء الخلية. وهي مكونة من طبقة سميكة وصلبة من السليلوز والتي يتم تجميعها معًا بواسطة مادة صلبة مقاومة للماء تسمى اللجنين. يوجد فقط في الخلايا التي توفر الدعم الميكانيكي في النباتات.
  

وظائف الجدار الخلوي:

• تتمثل الوظيفة الرئيسية للجدار في حماية الأجزاء الداخلية للخلية النباتية؛ فهو يعطي الخلايا النباتية شكلاً أكثر انتظامًا وانتظامًا ويوفر الدعم لجسم النبات.
  
• يكون جدار الخلية منفذاً تمامًا للماء والأملاح المعدنية مما يسمح بتوزيع العناصر الغذائية في جميع أنحاء النبات.
  
• الفتحات الموجودة في جدار الخلية تسمى plasmodesmata والتي تحتوي على خيوط السيتوبلازم التي تربط الخلايا المجاورة. يسمح هذا للخلايا بالتفاعل مع بعضها البعض، مما يسمح للجزيئات بالتنقل بين الخلايا النباتية.
  

الغشاء الخلوي:

يفصل الغشاء الخلوي، الذي يُطلق عليه أيضًا غشاء البلازما، فيزيائيًا الفضاء داخل الخلية (intracellular space) عن البيئة خارج الخلية (extracellular environment). تحتوي جميع الخلايا النباتية والحيوانية على أغشية خلوية. يحيط غشاء الخلية السيتوبلازم ويحميها. السيتوبلازم: هو جزء من البروتوبلازم وهو المكون الحي للخلية.

يتكون غشاء الخلية من طبقة مزدوجة (ثنائية الطبقة) من الدهون الخاصة تسمى الفوسفوليبيدات. تتكون الفوسفوليبيد من رأس محب للماء وذيل كاره للماء. رأس الفسفوليبيد الكارهة للماء قطبي (مشحون) وبالتالي يمكن أن يذوب في الماء. الذيل الكاره للماء غير قطبي (غير مشحون) ولا يمكن أن يذوب في الماء.

تتكون الطبقة الدهنية الثنائية تلقائيًا بسبب خصائص جزيئات الفوسفوليبيد. في البيئة المائية، تحاول الرؤوس القطبية تكوين روابط هيدروجينية مع الماء، بينما تحاول الذيول غير القطبية الهروب من الماء. يتم حل المشكلة عن طريق تكوين طبقة ثنائية لأن الرؤوس المحبة للماء يمكن أن تشير إلى الخارج ومن الروابط الهيدروجينية مع الماء، وتتجه ذيول الكارهة للماء إلى بعضها البعض وتكون “محمية” من جزيئات الماء.

السيتوبلازم:

السيتوبلازم: هو سائل يشبه الهلام داخل الخلية. إنها وسيلة التفاعل الكيميائي. يوفر منصة يمكن أن تعمل عليها العضيات الأخرى داخل الخلية. يتم تنفيذ جميع وظائف توسع الخلية ونموها وتكرارها في سيتوبلازم الخلية. داخل السيتوبلازم، تتحرك المواد عن طريق الانتشار، وهي عملية فيزيائية يمكن أن تعمل فقط لمسافات قصيرة.

العضيات السيتوبلازمية:

العضيات السيتوبلازمية: هي “أعضاء صغيرة” معلقة في سيتوبلازم الخلية. كل نوع من العضية له هيكل محدد ودور محدد في وظيفة الخلية. من أمثلة العضيات السيتوبلازمية الميتوكوندريا، الريبوسومات، الشبكة الإندوبلازمية، جهاز جولجي والليزوزومات.

جهاز جولجي (Endoplasmic Reticulum):

الشبكة الإندوبلازمية (ER) موجودة كترابط للأنابيب التي ترتبط بالغشاء النووي في الخلايا حقيقية النواة.
هناك نوعان من الشبكة الإندوبلازمية يعتمدان على وجود أو عدم وجود الريبوسومات عليها:

• الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (Rough ER) مع الريبوسومات المثبتة على الوجه العصاري الخلوي للشبكة الإندوبلازمية وبالتالي فهي تشارك في تخليق البروتين.
  
• الشبكة الإندوبلازمية الناعمة (Smooth ER) الذي يفتقر إلى الريبوسومات وله وظيفة أثناء تخليق الدهون.
  

جهاز جولجي (The Golgi Apparatus):

جهاز جولجي: هو عضية خلوية موجودة في الغالب في الخلايا حقيقية النواة وهي مسؤولة عن تعبئة الجزيئات الكبيرة في حويصلات بحيث يمكن إرسالها إلى موقع عملها.

الليزوسومات (Lyzosome):

الليزوزيمات: هي عضيات مرتبطة بالغشاء تحدث في سيتوبلازم الخلايا الحيوانية. تحتوي هذه العضيات على مجموعة من الإنزيمات المتحللة بالماء اللازمة لتحلل الجزيئات الكبيرة المختلفة.

ميتوكوندريا (Mitochondria):

الميتوكوندريا: هي عضيات خلوية مزدوجة مرتبطة بالغشاء مسؤولة عن إمداد وتخزين الطاقة للخلية.
إن أكسدة ركائز مختلفة في الخلية لإطلاق الطاقة على شكل (Adenosine Triphosphate) هي الهدف الأساسي للميتوكوندريا.

الريبوسومات (Ribosomes):

الريبوسومات: هي بروتين نووي ريبي يحتوي على أجزاء متساوية من الحمض النووي الريبي والبروتينات جنبًا إلى جنب مع مجموعة من المكونات الأساسية الأخرى اللازمة لتخليق البروتين. في بدائيات النوى، توجد حرة بينما في حقيقيات النوى، توجد إما حرة أو مرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية.

النواة:

النواة المكونة من غشاء نووي حول نيوكليوبلازم سائل، هي مركز التحكم في الخلية. تحتوي خيوط الكروماتين في النواة على الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA)، المادة الوراثية للخلية. النوية هي منطقة كثيفة من الحمض النووي الريبي (RNA) في النواة وهي موقع تكوين الريبوسوم. تحدد النواة كيفية عمل الخلية، بالإضافة إلى البنية الأساسية لتلك الخلية.

المادة الوراثية داخل النواة:

كان يُعتقد في البداية أن جميع المعلومات الجينية في الخلية تقتصر على الحمض النووي (DNA) في كروموسومات نواة الخلية. حددت الاكتشافات اللاحقة كميات صغيرة من المعلومات الجينية الإضافية الموجودة في الحمض النووي للكروموسومات الأصغر بكثير الموجودة في نوعين من العضيات في السيتوبلازم.
هذه العضيات هي الميتوكوندريا في الخلايا الحيوانية والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في الخلايا النباتية. تحمل الكروموسومات الخاصة ترميز المعلومات لعدد قليل من العديد من البروتينات وجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تحتاجها العضيات. كما يشيرون أيضًا إلى الأصل التطوري لهذه العضيات، التي يُعتقد أنها نشأت كبكتيريا تعيش بحرية تم تناولها بواسطة كائنات أخرى في عملية التعايش.

الحمض النووي الريبي (RNA):

من الممكن أن يكرر الحمض النووي الريبي (RNA) نفسه من خلال آليات مرتبطة بتلك التي يستخدمها الحمض النووي، على الرغم من أنه يحتوي على بنية أحادية الجديلة بدلاً من بنية مزدوجة الشريطة. يُعتقد أن الحمض النووي الريبي في الخلايا المبكرة قد نسخ نفسه بهذه الطريقة.
مع ذلك، يتم تصنيع كل الحمض النووي الريبي في الخلايا الحالية بواسطة إنزيمات خاصة تُنشئ سلسلة RNA أحادية الشريطة باستخدام خيط واحد من حلزون الحمض النووي كقالب. على الرغم من أن جزيئات الحمض النووي الريبي يتم تصنيعها في نواة الخلية، حيث يوجد الحمض النووي، يتم نقل معظمها إلى السيتوبلازم قبل أن تؤدي وظائفها.