الخلية التركيب والوظيفة The Cell structure and Function

الخلية: الوحدة التركيبية والوظيفية للكائنات الحية

(The cell: Structural and functional unit of all living organisms)  

أول من أطلق اسم الخلية (Cell)  هو العالم روبرت هوك (Robert Hooke) ....

منذ الاكتشاف الأول للخلية توالت الدراسات بالمجهر الضوئي على خلايا الأنسجة المختلفة في النبات والحيوان ووجد أنها تتكون من خلايا. ويعتبر العالمان الألمانيان شوان (Schwann) وشليدن (Schleiden) أول من قال بأن الحيوانات والنباتات تتكون من خلايا وذلك بعد الدراسات المجهرية التي أجروها كل على حدة سنة 1838م وسنة 1839م وعلى أنواع مختلفة من الأجنة الحيوانية (شوان) والنباتية (شليدن).  وقد نتج عن ذلك ظهور نظرية الخلية (Cell theory) والتي تنص على أن:

جميع الكائنات الحية تتكون من خلايا، وهذا يعني أن الخلية هي الوحدة التركيبية

ثم توالت الدراسات بعد ذلك وكان من بين الدراسات الهامة تلك التي أجراها العالم فيرشو (Virchow) سنة 1855م، حيث اثبت أن الخلايا الجديدة تأتي عن طريق انقسام خلايا سابقة. كما أن الخلايا لا يمكن أن تتولد تلقائياً من مواد غير حية. ومنذ ذلك الوقت توالت الدراسات المستفيضة على الخلية ومن جميع الزوايا (النمو، الوراثة، التكوين، ....)، إلى أن أصبحت في الوقت الحاضر علم قائم بذاته يعرف بعلم الخلية(Cytology) أو كما يعرف حديثاً (Cell biology).

كان للمجاهر الضوئية دورا كبيرا في معرفة مكونات الخلية من العضيات.

تعتبر المجاهر الوسيلة الأولى التي أمكن استخدامها في دراسة الخلية. ولعلها احد أهم الأسباب التي ساعدت ومازالت تساعد الباحثين في الكشف عن أسرار الخلية. وهناك نوعين من المجاهر المستخدمة في دراسة الخلية، وهي المجاهر الضوئية (The light microscopes) والمجاهر الالكترونية (Electron microscopes).

أ - المجاهر الضوئية (The light microscopes): ويوجد نوعان من هذه المجاهر هما:

1 – المجهر الضوئي البسيط (Simple light microscopes): وهو أول وابسط المجاهر التي أستخدمت في دراسة الخلية. ويتكون المجهر البسيط من عدسة زجاجية واحدة محدبة الوجهين. ومصدر الإضاءة فيه ضوء الشمس أو الضوء الكهربائي، وقوة التكبير فيه لا تزيد عن 25 مرة. ولم يعد استخدام مثل هذا النوع من المجاهر شائعاً في الوقت الحالي.

2 - المجهر الضوئي المركب (The compound light microscope): يمتاز هذا النوع من المجاهر الضوئية بقوة تكبير عالية قد تصل إلى ألف مرة. و يعتبر المجهر الضوئي المركب أكثر تعقيداً من المجهر الضوئي البسيط حيث يعتمد نظام التكبير فيه على مرور الضوء خلال العينة (Specimen) المراد فحصها إلى نوعين من العدسات، الأول يعرف بالعدسات الشيئية (Objective lenses) وهي القريبة من العينة. أما النوع الثاني فيعرف بالعدسات العينية (Ocular lenses) وهي العدسات التي يمكن رؤية صورة العينة من خلالها.

ب - المجاهر الالكترونية (Electron microscopes): تمتاز هذه المجاهر بقوة تكبير عالية جداً قد تصل إلى أكثر من مليون مرة، كما أن مصدر الإضاءة فيها عبارة عن حزم من الالكترونات، والعدسات المستخدمة فيها هي عدسات كهرومغناطيسية، بالإضافة إلى أسعارها المرتفعة. ومنها الأنواع التالية:

1 - المجهر الالكتروني النافذ (Transmission electron microscope): وهو من أول المجاهر الالكترونية التي تم استخدامها في دراسة الخلية. حيث بدأ العلماء باستخدام هذا النوع من المجاهر الالكترونية في الخمسينات من القرن الماضي وقد كان للمجهر الالكتروني النافذ الدور الكبير في دراسة التركيب الدقيق للخلية واكتشاف العديد من عضياتها المتناهية في الصغر والتي كان من المتعذر رؤيتها بواسطة المجهر الضوئي مثل الرايبوزومات (Ribosomes) والأجسام الهاضمة (Lysosomes). ويتكون المجهر الالكتروني النافذ من مصدر الكترونات والذي تنبعث منه حزمة مكثفة من الالكترونات تمر خلال مكثف ثم تخترق حزمة الالكترونات العينة المراد فحصها والتي يشترط أن يتراوح سمكها بين 0.01 – 0.2 ميكرومتر، ثم تمر الالكترونات بالعدسات الكهرومغناطيسية الشيئية فالعدسات الكهرومغناطيسية العينية حتى تصل إلى المسرح وهو عبارة عن شاشة فلوروسنتية (Fluorescent screen) والتي تصطدم بها الالكترونات وعليها تظهر صورة العينة فالأجزاء الكثيفة من العينة والتي لم تخترقها الالكترونات يمكن رؤيتها بألوان داكنة أما الأجزاء الرقيقة والتي نفذت منها الالكترونات فيمكن رؤيتها بألوان فاتحة وهكذا فان درجة التباين والوضوح تعتمد على كمية الالكترونات النافذة خلال العينة. أو يمكن طبع صورة العينة على فيلم بواسطة كاميرا.

2 - المجهر الالكتروني الماسح (Scanning electron microscope): وهو من المجاهر الحديثة.  تركيب المجهر الالكتروني الماسح والذي يشبه المجهر الالكتروني النافذ من حيث مصدر الإضاءة والعدسات المستخدمة، إلا أنه يختلف عن النافذ في كيفية إظهار صورة العينة. حيث يعتمد إظهار الصورة في هذا النوع من المجاهر الالكترونية على الالكترونات المرتدة من على سطح العينة لتظهر على شاشة تلفزيونية. وعادة ما يستخدم المجهر الالكتروني الماسح في دراسة العينة كاملة أو جزء منها لذلك لا يشترط أن تكون العينات رقيقة.

ج- عزل عضيات الخلية (Cell fractionation)
بعد التطور الكبير في دراسة التركيب الدقيق للخلية بواسطة المجاهر الالكترونية، احتاج الباحثون لدراسة الوظائف الكيموحيوية (Biochemical functions) الخاصة بكل عضية من عضيات الخلية، وقد تمكنوا من فصل أو ترسيب عضيات الخلايا ودراسة وظائفها ومكوناتها باستخدام أجهزة خاصة تعرف بأجهزة الطرد المركزي (Centrifugation instruments) والتي تنقسم حسب السرعة إلى نوعين هما:
1 – أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة (High speed centrifuges). والتي لا تزيد سرعتها عن 40.000 دورة في الدقيقة [40.000 Revolutions per minute (RPM)]، وتستخدم هذه الأجهزة في ترسيب عضيات الخلية الكبيرة والمتوسطة الكثافة مثل النواة (Nucleus) والميتوكوندريا (Mitochondria) والبلاستيدات (Chloroplasts).
2 - أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة (Ultracentrifuges). وهي تعتبر من أحدث أجهزة الفصل، وتصل سرعتها إلى 100.000 دورة في الدقيقة. ويمكن بواسطة هذه الأجهزة ترسيب العضيات الخلوية الدقيقة جداً مثل الرايبوزومات.

وتمر عملية فصل أو ترسيب مكونات الخلايا بخطوتين رئيسيتين يمكن ذكرهما باختصار على النحو التالي:
أ – تمزيق أو هرس النسيج (Tissue homogenization)
يتم تمزيق أو هرس النسيج الحيواني أو النباتي عادة في وسط متعادل (Isotonic medium) أو يضبط عند درجة حموضة (pH) مناسبة حسب نوع النسيج. وتتم عملية التمزيق بواسطة جهاز خاص يعرف بجهاز الهرس أو التمزيق (Homogenizer) والذي يتكون من أنبوبة هرس زجاجية (Homogenizer tube) و يد الهاون (Pestle) التي تتكون من ساق معدنية تنتهي بجزء منتفخ مصنوع من التفلون (Teflon). وتتصل الساق المعدنية من الطرف الآخر بمحرك يعمل على لف يد الهاون داخل الأنبوبة. أو يمكن تمزيق الأنسجة بواسطة الخلاط الكهربائي العادي (Mixer).
بعد إتمام عملية الهرس أو التمزيق التي تتم عند درجة حرارة 4 درجة مئوية، يوزع المهروس المتجانس في أنابيب الفصل أو الترسيب تمهيداً للخطوة الثانية.

ب – الطرد المركزي (Centrifugation)
وتبدأ هذه الخطوة بوضع الأنابيب المحتوية على المهروس في دوار أو راس مثبت في جهاز الطرد المركزي، تمهيدا لإجراء عملية فصل مكونات الخلايا (Cell fractionation)  . وفي هذه العملية يتم ترسيب مكونات الخلية خلال عدة خطوات منفصلة، تعتمد على كثافة ووزن عضيات الخلية، فالعضيات ذات الوزن الأكبر تترسب أولاً ثم الأقل وزنا فالأقل.

 

 

حجم الخلية (Cell size)

تتفاوت الخلايا في أحجامها، ويرتبط حجم وشكل كل خلية بوظيفتها. ومعظم الخلايا صغيرة جدا ولا يمكن رؤيتها بالعين المجردة لذا يطلق عليها مجهرية الحجم. ويتم قياس الخلية أو عضياتها بما يناسبها من الوحدات المترية الصغيرة المبينة في الجدول (3-1).

الفيروسات (Viruses)

لا يمكن اعتبار الفيروسات كائنات حية وكذلك لا يمكن اعتبارها غير حية أو جماد. ويمكن أن نقول أنها تقع على الخط الفاصل بين الحياة وبين الجماد، فهي تتبلور عندما تكون خارج عائلها. أما عندما تكون داخل عائلها فإنها تبدأ بالتكاثر وهذه صفة من صفات الكائنات الحية. والفيروسات صغيرة جداً يتراوح طولها بين 20 – 200 نانومتر تقريباً. وتختلف الفيروسات في أحجامها وأشكالها وتركيبها، ومعظمها عصوية الشكل (Rod-shaped) أو شبه كروية (Quasi-spherical). وتركيب الفيروسات بسيط جداً، فهي تتركب بصفة عامة من لب (Core) يحتوي على حامض نووي، وتختلف الفيروسات عن بعضها البعض من ناحية الحامض النووي فبعضها يحتوي على الحامض النووي (RNA) مثل فيروسات شلل الأطفال، الحمى الصفراء، داء الكلب، الأنفلونزا، الحصبة وغيرها. والبعض الآخر يحتوي على الحامض النووي (DNA) مثل فيروس الجدري وفيروس الهربس وعدد من الفيروسات البكتيرية. ولا يوجد فيروس يحتوي على الحامضين معاً. وفي معظم الفيروسات يكون الحامض النووي على هيئة جزيء واحد. يحيط بالحامض النووي غلاف بروتيني يعرف بالعلبة (Capsid) وهو يختلف حسب شكل الفيروس، فهو يكون على هيئة حلزون في الفيروسات العصوية، بينما يكون متساوي أو متجانس القياس (Isometric) ومتعدد الأوجه (Polyhedron) في الفيروسات ذات الشكل شبه الكروي. كما يوجد لبعض الفيروسات ذيل.

منذ اكتشاف أول الفيروسات وهو فيروس تبرقش الدخان أو التبغ (Tobacco mosaic) بواسطة العالم الروسي ايفانوفسكي (Iwano wski) سنة 1892م فقد تم اكتشاف عدد كبير من الفيروسات والتي تسبب أمراض خطيرة لعائلها، فعلى سبيل المثال هناك العديد من الفيروسات تصيب الإنسان وتسبب له الكثير من الأمراض مثل شلل الأطفال والجدري، الحصبة، الكوليرا الفيروسية، الأنفلونزا، الجدري المائي، النكاف، الحصبة الألمانية، الهربس وأخيراً مرض الإيدز.

               

 

الفيرويدات (Viroids)

تركيبات شبيهة بالفيروسات (Virus-like)، لكنها اصغر منها وأبسط في التركيب، حيث تتركب فقط من الحامض النووي (RNA)، وهو عبارة عن خيط واحد قصير جداً يصل طوله إلى 50 نانومتر تقريباً، كما في شكل (3-10). ويتكون من عدد قليل من النيوكليوتيدات يتراوح عددها بين 250 – 400 نيوكليوتيدة. ولا يوجد غلاف بروتيني يحيط بالحامض النووي. كل الفيرويدات التي تم اكتشافها إلى الآن تصيب النباتات فقط، مسببة لها أمراض كثيرة، مثل أمراض درنات البطاطس المغزلية، حيث تصبح درنة البطاطس طويلة مغزلية الشكل.  والتجمع القمي لنبات الطماطم.

       

 

البرايونات (Prions)

وهي عبارة عن تركيبات صغيرة جدا شبيهة بالبروتينيات (Protein-like)، وحجمها أصغر من أدق فيروس بمائة مرة تقريباً. وهي تتكون فقط من بروتينات سكرية (Glycoprotein)، والتي هي عبارة عن جزيء سكر مرتبط بقطعة صغيرة من عديد الببتيدات، يصل عدد الأحماض الأمينية فيها إلى 250 حامض أميني تقريباً، ويتراوح وزنها الجزيئي من 50.000 إلى 100.000 دالتون. ولا يوجد بها حامض نووي أو غلاف بروتيني. والبرايونات عادة ما تصيب الخلايا الحيوانية خاصة الثدييات، وتوجد فيها على هيئة كتل ورمية، ويبدأ بناءها في خلايا المخ التي يصبح شكلها إسفنجي. ومن أمثلة البرايونات تلك التي تسبب مرض جنون البقر (Mad cow disease)، أو ما يعرف بمرض الدماغ الإسفنجي البقري (Bovine spongiform encephalopathy). كما أنها تسبب عدة أمراض للإنسان الذي يصاب بها، ومن هذه الأمراض (Creutzfeldt-Jakob syndrome)، ومن أعراضه فقدان الذاكرة وعدم التحكم في المشي وتغير في ملامح الوجه.

هناك نوعان من الخلايا:

خلايا ذات النواة الأولية ( Prokaryotic cells)

توجد  في البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة.

خلايا ذات النواة الحقيقية (Eukaryotic cells) .

توجد في بقية الكائنات الحية.

الفرق الأساسي بين هذين النوعين هو

أن الخلية ذات النواة الأولية تفتقر نواتها إلى الغشاء النووي

الخلية ذات النواة الحقيقية يوجد بها الغشاء النووي محيطا بالنواة.

الخلايا أولية النواة (Prokaryotic cells)

هذه الخلايا عبارة عن كائنات بسيطة التركيب، يتكون اسمها اللاتيني من شقين الأول: (Pro) ويعني أولي أو قبل (Before)، والثاني: (Karyon) ويعني نواة(Nucleus). وتشمل الخلايا أولية النواة: البلازما الفطرية (Mycoplasmas)، والبكتيريا (Bacteria)، مثل بكتيريا القولون (Escherichia coli)، التي تعيش في القناة الهضمية للإنسان، والطحالب الخضراء المزرقة
(Blue–green algae) أو البكتيريا المزرقة (Cyanobacteria).

البلازما الفطرية (Mycoplasmas)

 تعتبر البلازما الفطرية (Mycoplasmas) من أصغر الكائنات أولية النواة. بعضها يعيش حراً، والبعض الآخر يتطفل على الحيوان والنبات.

تركيب البلازما الفطرية الواضح في شكل (3-11) يشبه تركيب بقية الكائنات أولية النواة. حيث أن مادتها النووية لا يحيط بها غشاء نووي، والعضية الوحيدة التي توجد بكثرة هي الرايبوزومات (Ribosomes)، والمادة الوراثية مكونة من (DNA)، وهو عبارة عن خيط حلقي، إلا أن البلازما الفطرية تختلف عن البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة في عدم وجود جدار خلوي يحيط بها.

الطحالب الخضراء المزرقة (Blue–green algae)

تركيب الطحالب الخضراء المزرقة كما في الشكل (3-12) يشبه إلى حد كبير تركيب البكتيريا، من حيث مادتها النووية ليست محاطة بغشاء نووي، ويحيط بها من الخارج جدار خلوي (Cell wall). والعضية التي يحتوي عليها السيتوبلازم بكثرة هي الرايبوزومات (Ribosomes).

البكتيريا (Bacteria)

يبين الشكل (3-13) تركيب البكتيريا، حيث تمتاز هذه الخلايا بأن مادتها النووية ليست محاطة بغشاء نووي، ويحيط بالخلية من الخارج جدار خلوي (Cell wall)، يتكون من مركبات تعرف بالجليكان البيبتيدية (Peptidoglycan)، وهي عبارة عن سلاسل طويلة من سكرات متعددة ترتبط عرضيلً بسلاسل قصيرة من متعدد البيبتيدات. وفي بعض البكتيريا يحاط الجدار الخلوي بغلاف جلاتيني يطلق عليه الكبسولة (Capsule) أو الطبقة اللزجة (Slime layer).

 

               

التركيب الدقيق للخلية حقيقية النواة: (Ultrastructure of Eukaryotic Cell)

وتتكون كل خلية من:

1- السيتوبلازم (Cytoplasm)

2- النواة (Nucleus)

أولا: السيتوبلازم:

مادة شبه سائلة هلامية القوام يوجد بها أنواع مختلفة من العضيات (Organelles)

يحيط بها غشاء الخلية (Cell Membrane) .

1- غشاء الخلية:

يحيط غشاء الخلية بالسيتوبلازم.

خاصة نفاذ تفاضلية (Difternetial permeabillity ) تعمل على تنظيم مرور المواد من والى الخلية.

يتكون غشاء الخلية من طبقتين من الدهن الفسفوري يرتبط بهما جزئيات من البروتين وجزئيات من مركب بروتين الكربوهيدرات تسمى الكربوهيدرات المخاطيةMucopoly saccharides

            

 

وظائف غشاء الخلية (Cell membrane functions)

       يقوم غشاء الخلية بوظائف هامة يمكن تلخيصها في النقاط التالية:

       يحيط بالسيتوبلازم لذلك فهو يحافظ على بقاء الخلية سليمة، ويحدد شكل الخلية،

   للغشاء الخلوي خاصية نفاذ تفاضلية مميزة
(Differential permeability)، تعمل على تنظيم مرور المواد من والى الخلية. فليس كل المواد تستطيع أن تنفذ إلى الخلية بسهولة. فعندما يسمح غشاء الخلية لبعض المواد أن تمر عبره بسهولة مثل الماء، فإن هناك مواد أخرى مثل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم والكلور(Na⁺, K⁺, Cl^-) لا يمكن أن تمر عبر غشاء الخلية إلا عن طريق ميكانيكيات النقل. وتعتبر الجزيئات الداخلة في تركيب الغشاء كالدهون الفوسفاتية، والبروتينات، هي المسئولة عن تنظيم دخول وخروج المواد من وإلى الخلية. وهناك عدة طرق للنقل تتم عبر غشاء الخلية هيموضحة بالجدول :

2- الميتوكوندريا ( Mitochondria):
عضيات سيتوبلازمية كروية أو اسطوانية الشكل.
الكلمة في اللغة الإنجليزية مشتقة من كلمتين لاتينيتين:
خيط= (Mitos = threo) حبة = (Chondria = grain)
محاطة بغشاءين أحدهما خارجي والآخر في داخله.
ينثني الغشاء الداخلي عدة ثنيات يعرف كل واحدة منها بالثنية ( Crista).
تعمل على زيادة السطح الداخلي للميتوكوندريا.
يتم في الميتوكوندريا إنتاج المركب الكيميائي ثلاثي فوسفات الادينوسين (ATP).
الميتوكوندريا هي مركز إنتاج الطاقة وتخزينها في (ATP)
كما يوجد في الميتوكوندريا ( RNAو DNA) خاصان بها ويتكونان داخلها ولهما دور  في وراثة الميتوكوندريا.

                       

3- الشبكة الإندوبلازمية (Endoplasmic Reticulum):

- شبكة من الأغشية تتخذ شكل الانيبيبات و الأوعية الدقيقة المتشابكة.

- تغزو هذه الشبكة جميع أجزاء السيتوبلازم.

- تتصل بكل من غشاء الخلية وغشاء النواة.

- هذه الشبكة تمر من خلية إلى أخرى.

هناك نوعان لهذه الشبكة:

 

الشبكة الإندوبلازمية المحببة (Rough endoplasmic reticulum):

يوجد على سطحها الرايبوزومات.

يجرى عند سطح الشبكة الإندوبلازمية المحببة عملية تكوين البروتينات.

 

الشبكة الإندوبلازمية الملساء (Smooth endoplasmic reticulum).

يخلو سطحها من الرايبوزومات.

يجرى عند سطحها عملية تكوين كل من الدهون و الكربوهيدرات.

تقوم الشبكة الإندوبلازمية المحببة والملساء بالربط بين جميع أجزاء الخلية وذلك بنقل المواد المختلفة من مكان لآخر في الخلية أو خارج الخلية.

 

4- الرايبوزومات ( Ribosomes):

حبيبات كروية الشكل تتكون من الرايبوزومى ( rRNA) محاط بغلاف بروتيني.

 يوجد بها الإنزيمات اللازمة لتفاعلات تكوين البروتين.

توجد متصلة بالشبكة الإندوبلازمية المحببة أو مبعثرة في السيتوبلازم.

الرايبوزومات هي موضع تكوين البروتينات في الخلية.

 

5- أجسام جولجى (Golgi Bodies) :

على هيئة رصات متتالية بعضها فوق بعض.

توجد أجسام جولجي في الخلية الحيوانية مركزة أعلى النواة.

في الخلية النباتية تنتشر في مناطق عديدة من السيتوبلازم.

وتقوم أجسام جولجي بتهيئة البروتينات الكربوهيدرات والدهون المكونة في الشبكة الإندوبلازمية المحببة والملساء على هيئة إفرازات  محتواة في فجوات غشائية.

 

6- الأجسام الهاضمة (Lysosomes) :

أجسام حويصلية دقيقة يحاط كل منها بغشاء.

وتوجد اللايزوزومات في الخلايا الحيوانية على الغالب.

للإنزيمات الهاضمة عدة وظائف منها:

- تحليل بعض الجزئيات الغذائية المعقدة إلى مركبات بسيطة تجعلها صالحة للاستعمال في الخلية.

- تهشيم العضيات الخلوية في أوقات معينة (انقسام الخلية مثلا).

- إبادة الأشياء الضارة بالخلية مثل الميكروبات والسموم.

 

البركسيزومات (Peroxisomes)

 يطلق عليها أيضاً الأجسام الدقيقة، وهي تشبه الأجسام الهاضمة في الشكل والحجم حيث أنها عضيات صغيرة حويصلية ومحاطة بغشاء واحد، ويتراوح قطرها من 0.2 إلى 0.5 ميكرومتر كما في شكل (3-30). وهي توجد في الخلايا الحيوانية والنباتية. ويعتقد أن البركسيزومات تتكون بواسطة الشبكة الإندوبلازمية. وتلعب البركسيزومات دوراً هاماً في الخلية حيث تحتوي على أكثر من 40 نوع من الإنزيمات الخاصة التي تقوم بالكثير من الوظائف الهامة منها:

تحتوي البركسيزومات على إنزيمات تقوم بأكسدة بعض الجزيئات الصغيرة لتعطي مركب فوق أكسيد الهيدروجين
[Hydrogen peroxide (H₂O₂)] وهو احد المركبات السامة الناتج عن الأيض في الخلية، الذي يتم تكسيره بإنزيمات أخرى في البركسيزومات تعرف بالإنزيمات المحفزة (Catalase enzymes) والتي توجد في اللب البلوري للبركسيزومات كما في شكل (3-31). وتتم عملية الأكسدة بإزالة ذرة أوكسجين ويبقى جزيء الماء (H₂O) .

 

 الفجوات (Vacuoles)

هي عضيات سيتوبلازمية ذات أحجام متفاوتة، ومحاطة بغشاء يشبه غشاء الخلية. أما في الخلايا الحيوانية فتكون صغيرة الحجم. وتوجد أنواع مختلفة من الفجوات أهمها ما يلي:

الفجوة الغذائية (Food vacuole) وهي التي تتكون بواسطة عملية البلعمة بحيث تكون المكان الذي تتم فيه عملية الهضم كما في الكائنات وحيدة الخلية مثل الأميبا.

الفجوة المنقبضة (Contractile vacuole) توجد مثل هذه الفجوات في الحيوانات وحيدة الخلية (Protozoa) حيث تقوم بإخراج الماء الزائد عن حاجة الخلية.

الفجوة المركزية (Central vacuole) عبارة عن فجوة كبيرة توجد في الخلايا النباتية الناضجة كما في الشكل (3-32). تكونت هذه الفجوة من فجوات صغيرة تم تكوينها بواسطة الشبكة الإندوبلازمية وأجسام جولجي في الخلايا النامية ومع تقدم عمر الخلية تتحد هذه الفجوات إلى أن تصبح فجوة مركزية كبيرة.

تقوم الفجوات بوظائف عديدة أهمها التخزين. ويمكن تلخيصها في النقاط التالية:

      بعضها يقوم بتخزين الجزيئات العضوية مثل البروتينات والنشا كما في البذور.

      والبعض الآخر يقوم بتخزين الدهون، أو تخزين الماء.

      تقوم الفجوات المركزية في الزهور بتخزين الصبغيات الملونة مثل الحمراء والزرقاء  وغيرها معطية الزهور ألوانها الجميلة المختلفة.

      كما تقوم الفجوات المركزية في النباتات بعزل المواد السامة الناتجة من العمليات الأيضية عن السيتوبلازم. وفي بعض النباتات تحتوي الفجوة المركزية على مواد سامة أو منفرة ضد الكائنات التي تتغذى على هذه النباتات. أيضا تساهم الفجوة المركزية في نمو النبات وذلك بامتصاص كميات كبيرة من الماء مما يجعلها تزداد في الحجم ليستطيل النبات.

      إضافة إلى ذلك تقوم بعض الفجوات بنقل إفرازات خلوية إلى الخارج. وهناك بعض أنواع الفجوات يقوم بنقل مواد غذائية مذابة إلى داخل الخلية عند اقتراب هذه المواد من سطح الخلية. 

 

7- البلاستيدات ( Plastids) :

عضيات مستديرة أو عدسية أو قرصية الشكل.

توجد في معظم الطحالب والنبات الأخضر فقط.

هناك ثلاث أنواع من البلاستيدات تختلف عن بعضها البعض بحسب نوع الصبغة الموجودة في كل نوع. وهذه الأنواع هي:

 

  البلاستيدات الخضراء (Chioroplasts)

تحتوى على صبغة اليخضور (الكلورفيل Chlorophyll) بكميات كبيرة إلى جانب وجود الصبغات الجزرانية ولكن بكميات قليلة جدا.

يعزى اللون الأخضر في الأوراق و أجزاء أخرى من النبات إلى هذا النوع من البلاستيدات.

هي أهم أنواع البلاستيدات حيث أنها موضع جريان عملية التمثيل الضوئي (Photosynthesis).

يوجد بها (DNA) خاص بها.

تتكون من غشاء خارجي وطبقات متراصة من الأغشية الداخلية على هيئة صفائح.

هناك مناطق كثيفة من هذه الصفائح تعرف بمناطق الحبيبات ( Grana ) ويوجد بها مادة اليخضور (الكلوروفيل).

مناطق رقيقة تعرف بالصفائح ( Lamellae) .

يسمى تجويف البلاستيدة التي تنغمس فيه هذه الأغشية بالحشوة او السداة ( Stroma) .

 

   البلاستيدات الملونة (Chromoplasts)

 وهى بلاستيدات تحتوى على صبغات جزرانية ( Carotenoids ) أى حمراء أو صفراء أو برتقالية مثل التي يعزى لها اللون الأحمر فى ثمرة الطماطم واللون البرتقالي في الجزر.

 

  البلاستيدات البيضاء ( Leucoplasts)

 وهى بلاستيدات تفتقر إلى وجود أي نوع من الصبغات وتعمل كمراكز لتخزين النشا.

8- ا لجدار الخلوي ( Cell Wall) :

يوجد في الخلايا النباتية فقط خارج غشاء الخلية محيطا بها من جميع الجهات.

يتكون من مادة السليولوز (Cellulose) ومواد كربوهيدراتية أخرى توجد بكميات قليلة.

يتخلل الجدار الخلوي البلازموديزمات (Plasmodesmata) واصلا الخلايا المجاورة بعضها ببعض. البلازموديزمات خيوط رفيعة من السيتوبلازم تمر من خلية إلى أخرى عبر الجدار الخلوي.

يعمل الجدار الخلوي على إعطاء الشكل الخاص بالخلية كما يحميها ويعضدها.

 

هيكل الخلية (Cytoskeleton)

تتميز جميع الخلايا بثبات شكلها بالرغم من حركة وانتقال بعض الخلايا من مكان إلى آخر مثل خلايا الدم البيضاء والحمراء. والسبب في احتفاظ الخلايا بأشكالها يعود إلى وجود شبكة كبيرة ومعقدة من الألياف التي تتكون من بروتينات حبيبية (Globular)، والتي تكون ما يعرف بالهيكل الخلوي (Cytoskeleton). وتعمل شبكة الألياف هذه على تثبيت عضيات الخلية، كما تعطي الدعامة الداخلية للخلية كما في شكل (3-37).

الخيوط الدقيقة (Microfilaments)

وهي عبارة عن ألياف رفيعة جداً وطويلة يصل قطر الليفة إلى 7 نانومتر والطول قد يصل إلى عدة سنتمترات. وتعرف بخيوط الأكتين (Actin filaments)، حيث تتكون من سلسلتين من بروتين حبيبي يسمى الأكتين (Actin) حيث تلتف السلسلتان حول بعضهما لتعطي شكل حلزوني كما في شكل (3-38).

الخيوط المتوسطة (Intermediate filaments)

ألياف بروتينية اكبر حجماً من الخيوط الدقيقة واصغر من الأنيبيبات الدقيقة، يتراوح قطر الليفة من 8 إلى 11 نانومتر، والطول من 10 إلى 100 ميكرومتر كما في شكل (3-39). تتكون من سلسلة طويلة من ألياف بروتينة متعددة الببتيدات، وتوجد على هيئة ضفيرة ثلاثية تشبه الحبل. ويدخل في تركيبها على الأقل خمسة أنواع من البروتينات. ويوجد عدة أنواع من الخيوط المتوسطة يختلف طول كل منها باختلاف نوع الخلية ونوع الكائن. ويعتقد أن وظيفة الخيوط المتوسطة هي تكوين الهيكل الدعامي داخل الخلية والمحافظة على شكل الخلية، كما أن بعضها يدعم غشاء النواة. والبعض الآخر يدعم الغشاء الخلوي وتكوين روابط (Junctions) بين الخلايا المتجاورة. تساهم في وظيفة الخلية العصبية كما هو الحال بالنسبة للمحاور العصبية (Axons).

الأنيبيبات الدقيقة (Microtubules)

أنيبيبات اسطوانية الشكل مجوفة يصل قطر الواحدة إلى 25 نانومتر تقريباً وطولها يتراوح ما بين 0.2 - 25 ميكرومتر. تتكون من نوعين من البروتينات هما الفا-تويوبيولين (a-tubulin)، وبيتا-تويوبيولين (b-tubulin)، وهما من البروتينات الحبيبية (Globular)، يتصلان مع بعضهما لا تساهمياً ليكونا شكلاً حبيبياً مزدوج (Dimer)، وهذا مثال للتركيب الرباعي للبروتين. ويتم بناء الأنيبيبة الدقيقة بإضافة الحبيبات المزدوجة الواحدة تلو الأخرى في ترتيب حلزوني كما في شكل (3-40 أ).

عملية تركيب الأنيبيبات في معظم الخلايا تتم بواسطة مركز تنظيم الأنيبيبات الدقيقة [Microtubule organizing center (MTOC)]، والذي يعرف بالأجسام المركزية (Centrosomes) في الخلايا الحيوانية.

وتلعب الأنيبيبات الدقيقة وظائف عديدة وهامة في الخلية من أهمها ما يلي:

·         تدعيم الهيكل الخلوي.

·    تساهم في انقسام الخلية حيث أن خيوط المغزل وهي عبارة عن أنيبيبات دقيقة تعمل على التوزيع المتساوي للكروموزومات أثناء انقسام الخلية كما يلاحظ في الطور الاستوائي.

·          تدخل الأنيبيبات الدقيقة في تركيب الأجسام المركزية والأجسام القاعدية والأهداب والأسواط.

·    تعمل على تسهيل حركة وانتقال بعض العضيات داخل الخلية مثل الميتوكوندريا والحويصلات. فهي تعمل كمسارات أو ما يشبه الخطوط تسير عليها العضيات محملة على حوامل بروتينية. وهناك نوعين من الحوامل البروتينية مرتبطة بالأنيبيبات الدقيقة هما الكاينيسين (Kinesin)، والداينين (Dynein)، ولكل منهما أنواع مختلفة كل نوع مسئول عن حركة عضيات خاصة. فمثلا احد أنواع الكاينيسين مسئول عن حركة جميع الحويصلات حيث يتم ارتباط الحويصلة بواسطة مستقبل الكاينيسين (Kinesin receptor) كما في شكل (3-40 ب)، ثم يتم انقباض وانبساط البروتين الحامل للحويصلة ويرافق ذلك صرف طاقة.

9- الجسيمات المركزية ( Centrioles) :

توجد في الخلية الحيوانية فقط ولا توجد في الخلية النباتية.

توجد في بعض الطحالب وبعض الفطريات.

حبيبات دقيقة يوجد عادة اثنان منها بالقرب من نواة الخلية.

تلعب الأجسام المركزية دورا هاما في تكوين المغزل حين انقسام الخلية.

يوجد بها ( DNA ) خاص بها ويتكون فيها.

كل واحد منها يتكون من تسع من الانيبيبات الدقيقة ( Microtubules )

ترتص على مدار شكل اسطوانى.

 

10- الأهداب و الأسواط (Cilia and Flagella) :

زوائد تبرز من سطح الخلية تعمل على الحركة الانتقالية كما هو في الحيوانات الأولية.

تعمل على حركة المواد على سطح الخلية.

تتكون الأهداب و الأسواط من أنيبيبات دقيقة كالتي يتكون منها الأجسام المركزية إلا أن العدد يختلف.

 

الاتصالات في الخلايا الحيوانية
(Junctions in animal cells):

هناك ثلاثة أنواع من الاتصالات بين الخلايا الحيوانية وهي كما يلي:

الاتصالات اللاصقة (Adhesion junctions)

وهي اتصالات سيتوبلازمية محكمة عبارة عن حزم من الخيوط المتوسطة (Intermediate filaments) التي ترتبط بالهيكل السيتوبلازمي كما في شكل (3-43؛ أ). تعمل على ربط الخلايا ببعضها البعض.

الاتصالات المحكمة (Tight junctions)

هذه الاتصالات شديدة الإحكام تعمل على ربط أغشية الخلايا المتجاورة في مناطق معينة حيث يبدو غشائي الخليتين المتجاورتين ملتصقين تماماً، ليظهر الشكل على هيئة أحزمة مقفلة كما في شكل (3-43 ب). وتمنع هذه الاتصالات مرور المواد بين الخلايا. فعلى سبيل المثال كما في خلايا الأمعاء التي تفصل العصارات الهاضمة عن تجويف الجسم الخلايا التي ترتبط باتصالات محكمة تعمل كحاجز.

الاتصالات الفجوية أو الثغرية (Gap junctions)

هذا النوع من الاتصالات يعمل كقنوات اتصال بين الخلايا المتجاورة حيث يسمح بمرور الجزيئات الصغيرة والايونات بين كل خليتين متجاورتين لذا توصف هذه الاتصالات بأنها روابط اتصال (Communication junctions). كما تمتاز هذه الروابط بشكل تركيبي مختلف عن الروابط السابقة حيث أن كل قناة محاطة بستة بروتينات كما في شكل (3-44). وهي تلعب دوراً هاماً في خلايا العضلات القلبية و العضلات الملساء حيث تسمح بمرور الايونات الضرورية لانقباض هذه العضلات.

     

 

الاتصالات في الخلايا النباتية (Junctions in plant cells):

ترتبط الخلايا النباتية بمجموعة كبيرة من القنوات تمر عبرها خيوط سيتوبلازمية تعرف بالبلازمودزمات (plasmodesmata)، مفردها بلازمودزما(Plasmodesma)، وهي عبارة عن قناة تخترق الجدار الخلوي يمر خلالها خيط سيتوبلازمي ليصل بين كل خليتين متجاورتين كما في شكل (3-45). والبلازمودزمات تسمح بمرور بعض المواد مثل الماء، المواد الغذائية (Nutrients)، والهرمونات من خلية إلى خلية مجاورة لها.

ثانيا: النواة:

تتكون من:

الغشاء النووي (Nuclear membrane)

الشبكة الكروماتينة ( Chromatin reticulum).

الكروموزومات (Chromosomes).

النوية ( Nucleolus).

السائل النووي (Nuclear sap) .

ا- الغشاء النووي:

يحيط الغشاء النووي بالنواة.

يتكون من طبقتين من الأغشية.

تتخلل الغشاء ثقوب نووية (Nuclear pores).

يحط بالنواة وينظم حركة مرور المواد بين النواة و السيتوبلازم.

متصل بالشبكة الاندوبلازمية وغشاء الخلية.

يتكون من البروتينات والدهون الفوسفورية.

2- الشبكة الكروماتينية و الكروموزومات:

الشبكة الكروماتينية هي المظهر الذي تتخذه الكروموزومات في الطور البيني للخلية.

تتكون من خيوط دقيقة متشابكة تملأ فراغ النواة.

حين انقسام الخلية تقصر هذه الخيوط الدقيقة وتسمك بالتدريج متخذة شكل الكروموزومات.

الكروموزومات أشكال عصوية لها عدد معين خاص بكل نوع من الكائنات الحية.

توجد على هيئة أزواج متماثلة.

يتكون كل كروموزوم من الحامض النووي (DNA) ونوع (أنواع) من البروتين متصلة بالحامض.

تحمل الكروموزومات الجينات التي توجه عمليات الوراثة و بالتالي توجه وتنظم جميع العمليات الخلوية.

3- النوية:

تتكون من حبيبات من البروتين والحامض النووي (RNA ).

تعمل الكروموزومات على تكوين النوية.

يوجد بكل نواة عدد معين من الانوية.

النوية هي موضع تكوين الرايبوزومات.

4- السائل النووي:

يحيط بجميع محتويات النواة.

يوجد به الإنزيمات اللازمة لتكوين (DNA) والأنواع المختلفة من (RNA) .

يوجد به أيضا المواد اللازمة لتكوين النيوكليوتيدات الداخلة فى تكوين (DNA) ، و (RNA).

يتكون معظمه من الماء.

جدول يوضح وظائف مكونات الخلية الحيوانية و النباتية والفرق بينهما:

السيتوبلازم	العضية	الحيوانية	النباتية	الوظيفة
	غشاء الخلية	P	P	يحيط بالخلية، له خاصية نفاذ تفاضلية تعمل على تنظيم مرور المواد من والى الخلية.
	الشبكة الإندوبلازمية	P	P	تجرى عند سطحها تفاعلات كيميائية مهمة مثل تكوين البروتين. و الكربوهيدرات والدهون. الربط بين جميع أجزاء الخلية المختلفة.
	الميتوكوندريا	P	P	مركز إنتاج الطاقة.
	الرايبوزومات	P	P	موضع تكوين البروتين.
	أجسام جولجي	P	P	موضع تهيئة المركبات المختلفة على هيئة إفرازات خلوية.
	اللايزوزومات	P	X	تحتوى على إنزيمات هاضمة مبيدة للأجسام المضرة بالخلية.
	البلاستيدات الخضراء	X	P	موضع جريان عملية التمثيل الضوئي.
	الأجسام المركزية	P		تكوين المغزل حين انقسام الخلية.
	الفجوات العصارية	P	P	تخزين ونقل مواد مختلفة في الخلية.
	الجدار الخلوي	X	P	يحدد شكل الخلية النباتية ويحميها ويعضدها.
	الأهداب و الأسواط	P	X	تساعد على الحركة في الحيوانات الأولية وتعمل على حركة المواد على سطح الخلية.
النواة	الكروموزومات	P	P	تحمل الجينات التي توجه عمليات الوراثة الموجهة لكل عمليات الخلية.
	النوية	P	P	موضع تكوين الرايبوزومات.
	الغشاء النووي	P	P	تنظيم حركة مرور المواد بين النواة و السيتوبلازم.