الخلية تعتبر الوحدة الأساسية المرتبطة بالغشاء التي تحتوي على الجزيئات الأساسية للحياة، والتي تتكون منها جميع الكائنات الحية، وغالبًا ما تكون الخلية المفردة كائنًا كاملًا في حد ذاته، مثل البكتيريا أو الخميرة، كما تكتسب الخلايا الأخرى وظائف متخصصة عندما تنضج.
ما هي الخلية
تتعاون هذه الخلايا مع خلايا متخصصة أخرى وتصبح اللبنات الأساسية لكائنات كبيرة متعددة الخلايا، مثل البشر والحيوانات الأخرى، وعلى الرغم من أن الخلايا أكبر بكثير من الذرات، إلا أنها لا تزال صغيرة جدًا. أصغر الخلايا المعروفة هي مجموعة من البكتيريا الصغيرة تسمى الميكوبلازما.
يهدف بيولوجيا الخلية إلى فهم البنية والوظيفة الفسيولوجية للخلايا الفردية، وكيفية تفاعلها مع بيئتها، وكيف تنسق أعداد كبيرة من الخلايا مع بعضها البعض لتشكيل الأنسجة والكائنات الحية. على هذا النحو، فإن بيولوجيا الخلية هي في صميم جميع العلوم البيولوجية ومفتاح لفهم تطور وتطور الأمراض البشرية، وتركز الكيمياء الحيوية في على العمليات الخلوية، لذا فإن مراجعة أساسيات بيولوجيا الخلية توفر أساسًا مهمًا:
الهيكل العام للخلية
- غشاء البلازما: ينظم الاتصال بالعالم خارج الخلية.
- العصارة الخلوية: نقل الإشارات والمواد وتخليق البروتين.
- النواة: تضم الحمض النووي والنسخ.
- الشبكة الإندوبلازمية وجولجي: معالجة البروتين ونقله.
- الميتوكوندريا: موقع إنتاج الطاقة وعمليات التمثيل الغذائي الأخرى.
- الليزوزوم: انهيار النفايات.
الغشاء البلازمي
غشاء البلازما هو نقطة التلامس مع خارج الخلية، حيث إنه مصنوع من طبقة ثنائية فسفوليبيد تمنع محتويات الخلية من الانسكاب وينظم المدخول الخلوي، لذا فهو مهم لعلم الأدوية، ويمكن للجزيئات الكارهة للماء أن تمر عبر الغشاء بحرية، وهناك هرمونات الستيرويد وهرمون الغدة الدرقية هي مركبات شائعة مسعورة تمر عبر غشاء البلازما، وتتطلب الجزيئات المحبة للماء والجزيئات الكبيرة قنوات أو ناقلات بروتينية لدخول الخلية.
تستجيب ناقلات الجلوكوز (GLUTs) للأنسولين بشكل مختلف اعتمادًا على الشكل الإسوي GLUT4، حيث يستجيب للأنسولين (العضلات والأنسجة الدهنية)، وقد تستهدف بعض أدوية السكري ناقلات الجلوكوز، الصوديوم (SGLTs)، كما تدخل الأدوية إلى الجهاز العصبي المركزي فقط إذا كانت كارهة للماء؛ بسبب الحاجز الدموي الدماغي (BBB) المكون من خلايا مكتظة بإحكام.
كما أن مضادات الهيستامين هي عبارة عن أدوية الجيل الأول غير قطبية وتمر عبر BBB؛ النعاس الجيل الثاني مشحون ويبقى محيطيًا، ولا توجد أعراض للجهاز العصبي المركزي، ويمكن أن تكون الخلايا مستقطبة، ويمكن أن يختلف تكوين غشاء البلازما في الخلية.
أهمية الكيمياء الحيوية في الخلية
الحمض النووي
كل يوم داخل كل خلية حية يتم تنظيم الحمض النووي ونسخه إلى mRNA، حيث يتم ترجمة mRNA إلى بروتينات، ويتم إعادة تدوير أغشية الخلايا وتعديل الدهون، فالبروتينات “موسومة” للتحلل، كما تتواصل الخلايا مع الخلايا والإشارات الأخرى في بيئتها. حيث تتضمن كل من هذه العمليات آلات جزيئية معقدة، كما توفر البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية أدوات قوية للكشف عن التفاعلات الجزيئية التي تشكل أساس جميع الوظائف الخلوية.
البيولوجيا الجزيئية
في حين أن جذور الكيمياء الحيوية تعود إلى القرن التاسع عشر، فقد تمت صياغة مصطلح “البيولوجيا الجزيئية” في عام 1938، كما تجمع الأبحاث الطبية الحيوية الحديثة بشكل نموذجي بين الأساليب من علم الوراثة وعلم الجينوم مع تلك الخاصة بالبيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية لكشف القصص الجزيئية المعقدة.
على سبيل المثال، عندما يحدد العلماء لأول مرة جينًا جديدًا مرتبطًا بمرض معين، فقد يكونون قادرين على استخدام معلومات من تسلسل الجين لتفسير وظيفته، ومع ذلك، فإن الخطوات التجريبية التالية تتضمن عادةً تحديد كيفية تفاعل منتج الجين مع الجزيئات الأخرى في الخلية.
الإنزيمات المحفزة
تعمل الإنزيمات المحفزة عن طريق الارتباط بالجزيئات المبتلعة وتنظيم معدل تغييرها كيميائيًا، وهذه التعديلات الكيميائية تجعل الجزيئات أكثر فائدة للخلية، وعلى عكس الجزيئات المبتلعة، لا يتم تغيير المحفزات كيميائيًا أثناء التفاعل، مما يسمح لمحفز واحد بتنظيم تفاعل كيميائي معين في العديد من الجزيئات.
المحفزات البيولوجية
المحفزات البيولوجية تخلق سلاسل من ردود الفعل، يعمل الجزيء المحول كيميائيًا بواسطة محفز واحد كمواد أولية، أو ركيزة، لمحفز ثانٍ وما إلى ذلك، وبهذه الطريقة تستخدم المحفزات الجزيئات الصغيرة التي يتم إحضارها إلى الخلية من البيئة الخارجية لإنتاج منتجات تفاعل معقدة بشكل متزايد.
تستخدم هذه المنتجات لنمو الخلايا وتكرار المواد الجينية، وبمجرد نسخ المادة الجينية ووجود جزيئات كافية لدعم انقسام الخلية، تنقسم الخلية لتكوين خليتين ابنتيتين، ومن خلال العديد من دورات نمو الخلايا وانقسامها، يمكن أن تؤدي كل خلية أصل إلى ظهور ملايين الخلايا الوليدة، في عملية تحويل كميات كبيرة من المادة غير الحية إلى جزيئات نشطة بيولوجيًا.
