تقوم الخلايا بتشكيل الكائنات الحية، حيث تختلف تماما عن بعضها البعض، كما هو الحال في النباتات. تم اكتشاف خلايا في الكائنات الدقيقة والكائنات الحقيقية، وعلى الرغم من ذلك، فإن الهياكل والوظائف مختلفة بشكل كبير بين الخلايا الدقيقة والكائنات الحقيقية، ولمعرفة أساس الكائنات الحية، يجب أن تفهم ماذا يعني علم الأحياء الخلوي .
تعريف الخلية
تعرف الخلايا باعتبارها الوحدات الأساسية والرئيسية المسئولة عن تشكيل جميع الكائنات الحية. وعلى الرغم من ذلك، فإننا غالبا لا نستطيع رؤية معظم الخلايا الفردية بدون استخدام المجهر. في القرن السادس عشر، اكتشف العالم روبرت هوك العديد من الخلايا عن طريق استخدام مجهر لفحص جزء صغير من الفلين .
إذا نظرت إلى الترتيب والتكوين بشكل عام للكائنات الحية على وجه الأرض، ستلاحظ أن الخلايا هي الأساس. فالخلايا قادرة على تشكيل الأنسجة، وبالتالي يمكنها تكوين الأعضاء والأنظمة الحيوية المختلفة. وتعتبر الجزيئات والهياكل المختلفة المسؤولة عن تكوين الخلية الفعلية .
أنواع الجزيئات العضوية داخل الخلايا
- البروتينات : البروتينات تتكون من وحدات صغيرة تسمى الأحماض الأمينية، وتختلف هياكل البروتينات بناء على درجة تعقيدها. يمكن تصنيف هذه الهياكل أو الأشكال بوصفها أولية أو ثانوية أو ثالثية أو رباعية. تلعب هذه الهياكل أو الأشكال دورا في تحديد وظيفة البروتين .
- الكربوهيدرات : يمكن أن تقوم الكربوهيدرات البسيطة بتوفير الطاقة للخلية، ويمكن تخزين الكربوهيدرات المعقدة أو المركبة للاستخدام في وقت لاحق، وتحتوي الخلايا النباتية والحيوانية على أنواع مختلفة من الكربوهيدرات .
- الدهون : هي عبارة عن نوع آخر من الجزيئات العضوية داخل الخلايا، حيث تتواجد الأحماض الدهنية في الدهون، والتي يمكن تصنيفها إلى دهون مشبعة ودهون غير مشبعة، وتحتوي هذه الدهون على منشطات مثل الكوليسترول ومواد أخرى من الستيرول .
- الأحماض النووية : الأحماض النووية هي الجزيئات العضوية من النوع الرابع الموجودة داخل الخلايا، وهناك نوعان رئيسيان للأحماض النووية وهما: حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) وحمض الريبونوكلييك (RNA).
تحتوي الأحماض النووية على جميع المعلومات الوراثية والبيانات الخاصة بالخلية، ويقوم الخلايا بتنظيم وترتيب الحمض النووي داخل الكروموسومات .
يقول العلماء إن الخلايا قد تجددت وتطورت منذ 3.8 مليار سنة، وحدث ذلك عندما تشكلت الجزيئات العضوية الكبيرة وبدأت في حماية نفسها باستخدام غشاء واق، وهناك أيضا اعتقاد بأن الحمض النووي الريبي كان أول حمض يتشكل في ذلك الوقت، ومن المرجح أن خلايا ذات نواة حقيقية ظهرت بعد اندماج الخلايا البدائية ذات النواة مع الخلايا ذات النواة الحقيقية لتشكيل كائن أكبر .
تحتوي الخلايا ذات النواة الحقيقية على حمض نووي محاط بغشاء، بينما الخلايا البدائية التي لا تحتوي على نواة لا تحتوي على هذا الحمض وتفتقر أيضًا إلى وجود هياكل أخرى .
تنظيم الجينات والتعبير عنها
- تحتوي الخلايا على الجينات البروتينية التي يمكن أن تؤثر في وظائف الخلية في وقت لاحق، ويتم تحديد وظيفة تلك الخلايا ومعرفة ما تقوم به عن طريق تلك البروتينات .
- أثناء عملية نسخ الحمض النووي، تعمل الخلية على فك تشفير المعلومات التي تكون موجودة في الحمض النووي، ويتم نسخ هذه المعلومات .
- تحتوي العملية على مراحل أساسية، بما في ذلك بدء استطالة الحبل وإنهاء التحرير، ويقوم التنظيم النسخي للخلية بتحكم خاصية تشكيل المواد الوراثية مثل RNA وخاصية التعبير الجيني الوراثي .
- خلال عملية فك شفرة mRNA، يتم إعداد سلاسل الأحماض الأمينية التي يمكن أن تتحول إلى بروتينات .
- تتضمن العملية البدء والاستطالة والإنهاء، كما يوفر التنظيم الانتقالي للخلية عملية التحكم في تخليق أو عمل البروتينات .
- تساعد المعالجة في تعديل وتنظيم البروتينات بعد ترجمتها للخلية، من خلال إضافة وظائف وإعدادات للبروتينات.
- تؤدي الخلية دورًا في التحكم في التعبير الجيني عند عملية النسخ والترجمة للجينات، بالإضافة إلى أن تنظيم الكروماتين يساعد على ذلك، حيث يمكن أن ترتبط البروتينات التنظيمية به وتؤثر على التعبير الجيني .
الفرق بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة
الخلايا بدائية النواة
- تتكون الخلايا بدائية النواة من عدة مكونات، بما في ذلك الغشاء الخلوي والجدار الخلوي والسيتوبلازم والريبوسومات، وعلى الرغم من وجود هذه المكونات، فإن الخلايا بدائية النواة تحوي نواة منفصلة بعيدا عن النواة المرتبطة بالغشاء .
- تُعد البكتيريا السالبة والموجبة للجرام مثالين من أمثلة الكائنات الحية البدائية التي تفتقر لنواة، ويمكن التفرق بينهما بسبب الاختلافات في جدران الخلايا .
- وتعتبر أغلبية بدائيات النواة مشتملة على كبسولة لحمايتها، ويكون لدى الكثير منها بيلوس أو بيلي، وهذه المسميات تشير إلى هياكل تكون شبيهة للشعر على السطح .
الخلايا حقيقية النواة
- تتألف الخلايا الحقيقية من نواة وغشاء بلازما وسيتوبلازم وريبوسومات، ومن الخلايا البدائية غير الحقيقية التي لا تحتوي على نواة.
- رغم ذلك، تحتوي الخلايا الحقيقية للنواة أيضًا على نواة مرتبطة بالغشاء، وتحتوي أيضًا على أجهزة للتثبيت بالغشاء وكروموسومات بشكل قضيبي، وتتواجد الشبكة الإندوبلازمية والجولجي في الخلايا الحقيقة للنواة .
- يعتمد التمثيل الغذائي الخلوي على سلسلة أو مجموعة من التفاعلات الكيميائية التي تحول الطاقة إلى وقود، وتتضمن العملية التنفس الخلوي والعملية التمثيل الضوئي وهما العمليتان الأساسيتان التي تستخدمهما الخلايا .
- هناك نوعان من عمليات التنفّس الخلوي، النوع الهوائي الذيحتاج إلى الأكسجين، والنوع اللاهوائي الذي لا يحتاج إلى الأكسجين، وعملية تخمر حمض اللاكتيك هي نوع من عمليات التنفّس اللاهوائي الذي يقوم بتحليل الجلوكوز .
الفرق بين التنفس الخلوي و التركيب الضوئي
التنفس الخلوي
هو عبارة عن سلسلة من العمليات المتتابعة التي تعمل على تحطيم السكر، حيث تتكون من أربعة أجزاء أساسية وهي:
- تحلل السكر.
- أكسدة البيروفات.
- دورة حمض الستريك أو دورة كريب.
- الفسفرة التأكسدية.
التركيب الضوئي
يتمثل التركيب أو البناء الضوئي في العملية التي يستخدمها النبات لإنتاج الطاقة، ويساعد الكلوروفيل النبات على امتصاص أشعة الشمس، حيث تكون هذه الأشعة ضرورية للنبات للحصول على الطاقة .
يوجد نوعين أساسيين في عملية التمثيل الضوئي :
- التفاعلات التي تكون معتمدة على الضوء.
- التفاعلات التي تكون مستقلة عن الضوء.