الكيمياء الحيوية - التركيب الكيميائي للمادة الحية 3
التنظيم البنيوي للخلية
إن الحالة البنيوية الرئيسية لمختلف أنواع الخلايا تشمل أبعاد الخلية والبنية الجزيئية لعضياتها الداخلية , وأقسامها المستقلة وللحديث عن ذلك سوف نستعرض نوعين من الخلايا الخلية الجرثومية و الخلية الكبدية .
الخلية الجرثومية (Escherichia coli)
تنتمي الخلية الجرثومية الى طليعيات النوى(Prokayotic cells) التي تتميز بحجم صغير جداً وبساطة في التركيب حيثُ تحتوي على غلاف واحد هو الغشاء الخلوي مُحاط بجدار الخلية الصلب , وبما أنها لاتضم أي أغشية أخرى فهي معدومة النواة والعضيات ذات البنية الغشوية كالميتوكوندري والشبكة الأندوبلاسمية.
تَضم طليعيات النوى الجراثيم الحقيقة والأشنيات الزرقاء - الخضراء و المكورات والريكتسيا , وتتوزع المادة الوراثية على كروموسوم واحد مؤلف من جزيئة DNA واحدة تشكل حلزوناً مضاعفاً يلتف متكاثفاً ليشكل المنطقة النووية , تتكاثر طليعيات النوى عادةً بالأنقسام اللاجنسي .
تضم الخلية الجرثومية الأقسام الرئيسية التالية:
1- الجدار والغشاء الخلويين :
جدار الخلية عبارة عن هيكل صلب يتألف من سكريدات مركبة تتصالب مع سلاسل ببتيدية قصيرة , أما السطح الآخر من الجدار عبارة عن طبقة من الدسم السكرية , تبلغ سماكة الجدار 20 nm
إن الخواص والدور الحيوي الذي يقوم به جدار الخلية هام حيثُ يحمي الجدار الخلوي الجرثوم من الأنتفاخ في الأوساط منخفضة الضغط الحلولي , وهو يحتوي على مسام تسمح لمختلف الجزيئات الصغيرة بالمرور عبرها وتكون بعض الأهداب مجوفة ينتقل عبرها DNA أثناء الاتصال الجنسي .
يتألف الغشاء الخلوي من 45% دسم و 55% بروتينات تشكل الدسم طوراً متصلاً غير مستقطب , تسمى إلتفافات الغشاء الخلوي بالميزوسوم , وتبلغ سماكة الغشاء 9nm .
يكون الغشاء الخلوي حاجزاً انتقائياً نفوذاً يسمح بمرور بعض الأغذية والشوارد بشكل حرّ , تتمركز في الغشاء الخلوي الأنزيمات المسؤولة عن أستخلاص الطاقة من الغذاء وإدخارها على شكل ATP .
2- المنطقة النووية :
إن المادة الوراثية عبارة عن كروموسوم واحد يتألف من حلزون مضاعف لجزيئة DNA بقطر 2nm وطول 1.2mm وهو يلتف بكثافة .
يتم في المنطقة النووية إدخار المعلومات الوراثية , حيثُ تتضاعف سلاسل DNA أثناء الأنقسام لتعطي سلسلتين على شكل جزيئة مضاعفة , تُنسخ المعلومات عن سلسلة DNA مفردة على شكل mRNA
3- الجسيم الريبي :
تضم الخلية الجرثومية حوالي 15 ألف جسيم ريبي , ويتألف الجسيم الريبي من وحدة كبيرة وأخرى صغيرة , تتالف وحدات الجسيم الريبي من 65% RNA و 35% بروتينات .
الجسيم الريبي هو مركز أصطناع البروتينات , حيثُ تنضم جزيئة mRNA بين الوحدتين ( الكبيرة والصغيرة ) وتحدد إنضمام الحموض الأمينية في سلسلة متعددة الببتيد النامية .
4- الحبيبات الأدخارية :
تضم الخلية الجرثومية حبيبات إدخارية تتألف من متماثرات السكاكر تتفكك هذه المتماثرات أنزيمياً لتعطي الغلوكوز الحرّ.
5- السيتوزول :
تكون البروتينات المنحلة في السيتوبلاسما شديدة اللزوجة حيثُ يكون تركيز البروتين حوالي 20% , أغلب البروتينات في السيتوزول هي أنزيمات تَلزم في الأستقلاب , كما يضم السيتوزول نواتج الأستقلاب الوسطية و الأملاح اللاعضوية .
الخلية الكبدية (Liver cell)
سوف ندرس الخلية الكبدية في الجرذ .
تنتمي الخلية الكبدية الى حقيقيات النوى والتي تُعتبر أكثر تطوراً من طليعيات النوى و أكثر تعقيداً وأكبر منها بحوالي 1- 10 الف مرة .
تحتوي الخلية على غشاء يحيط بالنواة وأغشية داخلية تحيط بالعضيات المختلفة , تتوزع المادة الوراثية على عدد من الكروموسومات التي تتضاعف أثناء الأنقسام .
تقسم الخلية الكبدية عند الجرذ الى الاقسام الرئيسية التالية:
1- الغشاء الخلوي :
يكون الغشاء الخلوي مَرّن وكثيف , ويتألف من السكريدات المخاطية الحمضية والليبيدات السكرية والبروتينات السكرية تبلغ سماكة الغشاء البلاسمي 9nm , ويَضم كميات متساوية من المواد الدسمة والبروتينات .
تنتظم المواد الدسمة على شكل طبقة مضاعفة وتضم أنواع مختلفة من الدسم .
تلعب لزوجة الجدار الخلوي دوراً هاماً في ضم الخلايا الى بعضها البعض وبتالي تشكيل نسيج .
أما الغشاء البلاسمي فهو ذو نفوذية إنتقائية ويضم نظام النقل الفعال لشوارد +K و +Na وللفلوكوز والحموض الأمينية وغيرها من المركبات الغذائية ولعدد من الأنزيمات الهامة .
2-النواة :
يبلغ قطر النواة من 4- 6 nm وتُحاط بظرف محيطي
ترتبط جزيئات DNA ضمنها مع الهستونات وتنتظم على شكل كروموسومات , أما النويّة فتكون غنية بجزيئات RNA .
تتعرض الكروموسومات أثناء الأنقسام الخلوي الى التضاعف والأنفصال الى كروموسومات بنات
3- الميتوكوندري :
يوجد في الخلية الكبدية حوالي 800 ميتوكوندري وهي عضيات إهليليجية الشكل قطرها حوالي 1nm وتشغل 20% من حجم السيتوبلاسما .
تختلف الأغشية الداخلية عن الخارجية بنوعية المواد الدسمة الموجودة فيها وبالفعالية الأنزيمية .
تكون المادة الغشائية (matrix)غنية بالأنزيمات
يُعدّ المنتوكوندري منبع للطاقة في الخلية , تتأكسد فيه السكاكر و الدسم و الحموض الامينية الى CO2 و H2O بواسطة الاكسجين الجزيئي وتُتدخر الطاقة المحررة أثناء ذلك في جزيئات ATP .
4- معقد كولجي :
يتألف هذا المعقد من حويصلات مسطحة ووحيدة الغشاء تنشأ الحويصلات نتيجة الضغط ويتحول بعضها الى فجوات تتركز ضمنها نواتج الأفراز .
يقوم معقد كولجي باإفراز النواتج الخلوية كالبروتينات خارج الخلية , كما يساهم في تشكيل الغشاء البلاسمي وغشاء الليزوسوم .
5- الجسيم الميكروئي :
الأجسام الميكروئية هي حويصلات وحيدة الغشاء , يبلغ قطرها 0.5 ميكرومتر , تضم أنزيمات الكاتالاز و أوكسيداز البولة و أوكسيداز D- الحموض الأمينية وغيرها من أنزيمات الاكسدة التي تتجمع بتنظيمات بلورية .
تقوم الجسيمات الميكروئية بأكسدة بعض الأغذية , أما الماء الاوكسجيني الناتج عن إرجاع الاكسجين ضمن هذه العضية فإنه يتفكك الى الماء و الأكسجين .
6- الليزوسوم :
عبارة عن حويصلات وحيدة الغشاء قطرها 0.25- 0.5 ميكرومتر , تضم أنزيمات الحلمهة كالريبونوكلياز و الفوسفاتاز.
يقوم الليزوسوم بهضم المركبات التي تدخل الخلية بعملية البلعمة , كما تساهم بهضم محتويات الخلية ذاتها بعد موتها .
7- الشبكة الأندوبلاسمية والجسيمات الريبية :
عبارة عن فجوات أحادية الغشاء ومسطحة , تتداخل أقسامها الداخلية - الأوعية ( cisternae) لتشكل أقنية ضمن السيتوبلاسما , أما السطح الخارجي يكون محاط بجسيمات الريبية .