أثبتت الدراسات التجريبية الحديثة أن الخلية هي الوحدة الهيكلية والوظيفية الأكثر تعقيدًا لجميع الكائنات الحية تقريبًا ، باستثناء الفيروسات ، وهي أشكال حياة غير خلوية. يدرس علم الخلايا التركيب والنشاط الحيوي للخلية: التنفس ، والتغذية ، والتكاثر ، والنمو. سيتم النظر في هذه العمليات في هذه الورقة.
هيكل الخلية
باستخدام المجهر الضوئي والإلكتروني ، أثبت علماء الأحياء أن الخلايا النباتية والحيوانية تحتوي على جهاز سطحي (معقدات فوق غشاء وغشاء فرعي) ، وسيتوبلازم وعضيات. في الخلايا الحيوانية ، يوجد جلايكوكاليكس فوق الغشاء ، والذي يحتوي على إنزيمات ويوفر التغذية للخلية خارج السيتوبلازم. في الخلايا النباتية ، بدائيات النوى (البكتيريا والبكتيريا الزرقاء) ، وكذلك الفطريات ، يتكون جدار خلوي فوق الغشاء ، والذي يتكون من السليلوز أو اللجنين أو مورين.
النواة هي عضية أساسيةحقيقيات النواة. يحتوي على مادة وراثية - DNA ، والتي تشبه الكروموسومات. تحتوي البكتيريا والبكتيريا الزرقاء على نواة تعمل كناقل للحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين. كل منهم يؤدي وظائف محددة بدقة تحدد العمليات الخلوية الأيضية.
ماذا نعني بالتغذية الخلوية
المظاهر الحيوية للخلية ما هي إلا نقل للطاقة وتحولها من شكل إلى آخر (حسب القانون الأول للديناميكا الحرارية). الطاقة الموجودة في العناصر الغذائية الكامنة ، أي الحالة المرتبطة ، تمر إلى جزيئات ATP. بالنسبة لسؤال ما هو تغذية الخلية في علم الأحياء ، هناك إجابة تأخذ في الاعتبار الافتراضات التالية:
- الخلية ، كونها نظامًا حيويًا مفتوحًا ، تتطلب إمدادًا ثابتًا بالطاقة من البيئة الخارجية.
- المواد العضوية اللازمة للتغذية ، يمكن أن تحصل الخلية بطريقتين:
أ) من الوسط بين الخلايا ، في شكل مركبات جاهزة ؛
ب) توليف البروتينات والكربوهيدرات والدهون بشكل مستقل من ثاني أكسيد الكربون والأمونيا وما إلى ذلك.
لذلك ، يتم تقسيم جميع الكائنات الحية إلى غيرية التغذية وذاتية التغذية ، والتي يتم دراسة السمات الأيضية لها بواسطة الكيمياء الحيوية.
التمثيل الغذائي والطاقة
تخضع المواد العضوية التي تدخل الخلية للانقسام ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الطاقة في شكل جزيئات ATP أو NADP-H2. المجموعة الكاملة من تفاعلات الاستيعاب والتفكك هي التمثيل الغذائي. أدناه سننظر في مراحل استقلاب الطاقة التي توفر التغذية للخلايا غيرية التغذية. أولها البروتينات والكربوهيدرات والدهونيتم تقسيمها إلى مونومراتها: الأحماض الأمينية والجلوكوز والجلسرين والأحماض الدهنية. ثم ، أثناء الهضم الخالي من الأكسجين ، يتعرضون لمزيد من الانهيار (الهضم اللاهوائي).
بهذه الطريقة ، يتم تغذية الطفيليات داخل الخلايا: الريكتسيا والكلاميديا والبكتيريا المسببة للأمراض ، مثل المطثية. فطريات الخميرة أحادية الخلية تكسر الجلوكوز إلى كحول الإيثيل ، وبكتيريا حمض اللاكتيك إلى حمض اللاكتيك. وبالتالي ، فإن تحلل السكر ، والكحول ، والزبد ، وتخمير حمض اللاكتيك هي أمثلة على تغذية الخلايا بسبب الهضم اللاهوائي في الكائنات غيرية التغذية.
التغذية الذاتية وخصائص عمليات التمثيل الغذائي
بالنسبة للكائنات الحية التي تعيش على الأرض ، فإن المصدر الرئيسي للطاقة هو الشمس. بفضله ، يتم تلبية احتياجات سكان كوكبنا. البعض منهم يصنع العناصر الغذائية بسبب الطاقة الضوئية ، ويطلق عليهم اسم phototrophs. آخرون - بمساعدة طاقة تفاعلات الأكسدة والاختزال ، يطلق عليهم اسم chemotrophs. في الطحالب أحادية الخلية ، يتم تغذية الخلية ، التي يتم عرض صورتها أدناه ، بطريقة التمثيل الضوئي.
تحتوي النباتات الخضراء على الكلوروفيل ، وهو جزء من البلاستيدات الخضراء. إنه يلعب دور الهوائي الذي يلتقط الكميات الخفيفة. تحدث تفاعلات أنزيمية (دورة كالفين) في المراحل الفاتحة والمظلمة من عملية التمثيل الضوئي ، مما يؤدي إلى تكوين جميع المواد العضوية المستخدمة للتغذية من ثاني أكسيد الكربون. لذلك الخلية التي تتغذىبسبب استخدام الطاقة الضوئية ، تسمى ذاتية التغذية أو ضوئية.
الكائنات أحادية الخلية ، التي تسمى المواد الكيميائية ، تستخدم الطاقة المنبعثة نتيجة التفاعلات الكيميائية لتكوين مواد عضوية ، على سبيل المثال ، تقوم بكتيريا الحديد بأكسدة المركبات الحديدية إلى الحديد الحديدي ، وتذهب الطاقة المنبعثة إلى تخليق الجلوكوز الجزيئات.
وهكذا ، تلتقط الكائنات الاصطناعية الضوئية الطاقة الضوئية وتحولها إلى طاقة الروابط التساهمية للسكريات الأحادية والسكريات المتعددة. ثم ، على طول روابط السلاسل الغذائية ، يتم نقل الطاقة إلى خلايا الكائنات غيرية التغذية. بعبارة أخرى ، بفضل التمثيل الضوئي ، توجد جميع العناصر الهيكلية للمحيط الحيوي. يمكن القول أن الخلية ، التي يتم تغذيتها بطريقة ذاتية التغذية ، "تتغذى" ليس فقط نفسها ، ولكن أيضًا كل شيء يعيش على كوكب الأرض.
كيف تأكل الكائنات غيرية التغذية
الخلية التي تعتمد تغذيتها على تناول المواد العضوية من البيئة الخارجية تسمى غيرية التغذية. تقوم الكائنات الحية مثل الفطريات والحيوانات والبشر والبكتيريا الطفيلية بتفكيك الكربوهيدرات والبروتينات والدهون باستخدام الإنزيمات الهاضمة.
ثم تمتص الخلية المونومرات الناتجة وتستخدمها لبناء عضياتها وحياتها. تدخل المغذيات الذائبة الخلية عن طريق كثرة الخلايا ، بينما تدخل جزيئات الطعام الصلبة الخلية عن طريق البلعمة. يمكن تقسيم الكائنات غيرية التغذية إلى رَجَّامات وطفيليات.الأول (على سبيل المثال ، بكتيريا التربة ، والفطريات ، وبعض الحشرات) تتغذى على المواد العضوية الميتة ، والأخيرة (البكتيريا المسببة للأمراض ، والديدان الطفيلية ، والفطريات الطفيلية) تتغذى على خلايا وأنسجة الكائنات الحية.
Mixotrophs ، توزيعها في الطبيعة
النوع المختلط من التغذية في الطبيعة نادر جدًا وهو شكل من أشكال التكيف (التكيف الذاتي) مع العوامل البيئية المختلفة. الشرط الرئيسي للتغذية المختلطة هو وجود كل من العضيات المحتوية على الكلوروفيل في الخلية من أجل التمثيل الضوئي ، ونظام من الإنزيمات التي تفكك العناصر الغذائية الجاهزة القادمة من البيئة. على سبيل المثال ، يحتوي الحيوان أحادي الخلية Euglena green على كروماتوفور مع الكلوروفيل في الهيالوبلازم.
عندما يكون الخزان الذي تعيش فيه الأوجلينا مضاء جيدًا ، فإنه يتغذى مثل النبات ، أي ذاتي التغذية ، من خلال التمثيل الضوئي. نتيجة لذلك ، يتم تصنيع الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون ، والذي تستخدمه الخلية كغذاء. يتغذى Euglena بشكل غير متجانسة في الليل ، مما يؤدي إلى تكسير المواد العضوية بمساعدة الإنزيمات الموجودة في الفجوات الهضمية. وبالتالي ، يعتبر العلماء أن التغذية المختلطة للخلية هي دليل على وحدة أصل النباتات والحيوانات.
نمو الخلايا وعلاقته بالجائزة
الزيادة في الطول والكتلة والحجم لكل من الكائن الحي وأعضائه وأنسجته الفردية تسمى النمو. إنه مستحيل بدون الإمداد المستمر بالمغذيات للخلايا التي تعمل كمواد بناء. للحصول على إجابة على سؤال حول كيفية نمو الخلية ، وتغذيتهايحدث بشكل ذاتي التغذية ، من الضروري توضيح ما إذا كان كائنًا مستقلاً أو ما إذا كان جزءًا من فرد متعدد الخلايا كوحدة هيكلية. في الحالة الأولى ، سيتم تنفيذ النمو خلال الطور البيني لدورة الخلية. تتم فيه عمليات التبادل البلاستيكي بشكل مكثف. ترتبط تغذية الكائنات غيرية التغذية بوجود الغذاء القادم من البيئة الخارجية. يحدث نمو الكائن متعدد الخلايا بسبب تنشيط التخليق الحيوي في الأنسجة التعليمية ، فضلاً عن غلبة التفاعلات الابتنائية على عمليات الهدم.
دور الأكسجين في تغذية الخلايا غيرية التغذية
الكائنات الهوائية: تستخدم بعض البكتيريا والفطريات والحيوانات والبشر الأكسجين لتحطيم العناصر الغذائية تمامًا مثل الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء (دورة كريبس). يحدث في مصفوفة الميتوكوندريا التي تحتوي على النظام الأنزيمي H + -ATP-ase ، الذي يصنع جزيئات ATP من ADP. في الكائنات بدائية النواة مثل البكتيريا الهوائية والبكتيريا الزرقاء ، تحدث خطوة تبديد الأكسجين في غشاء البلازما للخلايا.
تغذية محددة من الأمشاج
في علم الأحياء الجزيئي وعلم الخلايا ، يمكن وصف تغذية الخلية بإيجاز بأنها عملية إدخال العناصر الغذائية إليها ، وتقسيمها وتوليف جزء معين من الطاقة في شكل جزيئات ATP. غناء الأمشاج: تحتوي البويضات والحيوانات المنوية على بعض السمات المرتبطة بالخصوصية العالية لوظائفها. هذا ينطبق بشكل خاص على الخلية الجرثومية الأنثوية ، والتي تضطر إلى تجميع كمية كبيرة من العناصر الغذائية ، بشكل رئيسي في شكلصفار البيض
بعد الإخصاب ، سوف تستخدمها لسحق وتشكيل جنين. تتلقى الحيوانات المنوية في عملية النضج (تكوين الحيوانات المنوية) المواد العضوية من خلايا سيرتولي الموجودة في الأنابيب المنوية. وبالتالي ، يتمتع كلا النوعين من الأمشاج بمستوى عالٍ من التمثيل الغذائي ، وهو أمر ممكن بسبب الكأس الخلوي النشط.
دور التغذية المعدنية
عمليات التمثيل الغذائي مستحيلة بدون تدفق الكاتيونات والأنيونات التي هي جزء من الأملاح المعدنية. على سبيل المثال ، تعتبر أيونات المغنيسيوم ضرورية لعملية التمثيل الضوئي ، كما أن أيونات البوتاسيوم والكالسيوم ضرورية لتشغيل أنظمة إنزيم الميتوكوندريا ، كما أن وجود أيونات الصوديوم ، وكذلك الأنيونات الكربونية ، ضروري للحفاظ على الخصائص العازلة للهيالوبلازم. تدخل محاليل الأملاح المعدنية الخلية عن طريق كثرة الخلايا أو بالانتشار عبر غشاء الخلية. التغذية المعدنية متأصلة في كل من الخلايا ذاتية التغذية وغيرية التغذية.
بإيجاز ، نحن مقتنعون بأن أهمية تغذية الخلايا كبيرة حقًا ، لأن هذه العملية تؤدي إلى تكوين مواد البناء (الكربوهيدرات والبروتينات والدهون) من ثاني أكسيد الكربون في الكائنات ذاتية التغذية. تتغذى الخلايا غيرية التغذية على المواد العضوية التي تكونت نتيجة للنشاط الحيوي للتغذية الذاتية. يستخدمون الطاقة المستلمة للتكاثر والنمو والحركة وعمليات الحياة الأخرى.
