وحدة بنية وعمل كائن متعدد الخلايا. الوحدات الهيكلية للكائنات متعددة الخلايا. أشكال حياة الكائنات الحية

2. الخلية - الوحدة الأولية للكائن الحي

تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا كوحدات منفصلة وتتكاثر من الخلايا ، لذلك تعتبر الخلية أصغر وحدة بين جميع الكائنات الحية. تحتوي الخلية على جميع علامات كائن حي ، وتتميز بالتهيج ، والتمثيل الغذائي ، والتنظيم الذاتي ، والتنظيم الذاتي ، ونقل الصفات الوراثية. الخلية عبارة عن تكوين معقد ذاتي التنظيم للعضيات ، وهو عبارة عن حاملة دقيقة للحياة ، حيث تحتوي كل خلية على معلومات وراثية كافية لإعادة إنتاج الكائن الحي بأكمله. تتكون جميع الكائنات الحية من خلية واحدة أو أكثر. تختلف أحجام الخلايا من 0.1 ميكرومتر إلى 155 مم (بيض النعام في القشرة).

تخضع حياة كل خلية لنشاط الكائن الحي ككل. الخلايا الكائنات متعددة الخلاياغير قادر على الوجود في بيئة مفتوحة ، باستثناء الكائنات الحية وحيدة الخلية- البكتيريا ، الطحالب الأولية ، الفطريات. الأجزاء التي تتكون منها الخلية خالية من الحيوية. يمكن للخلايا المعزولة من أنسجة مختلفة من الكائنات الحية الموضوعة في وسط غذائي خاص أن تنمو وتتكاثر. تُستخدم قدرة الخلايا هذه على نطاق واسع للأغراض البحثية والتطبيقية.

على الرغم من التنوع الكبير والاختلافات الكبيرة في مظهروالوظائف ، تتكون جميع الخلايا من ثلاثة أجزاء رئيسية - غشاء البلازما ، الذي يتحكم في انتقال المواد من بيئةفي الخلية والظهر ، السيتوبلازم مع بنية متنوعة و نواة الخلية، التي تحتوي على ناقل المعلومات الجينية - DNA (انظر الشكل 7.7). تحتوي جميع الخلايا الحيوانية وبعض الخلايا النباتية على مريكزات - هياكل أسطوانية يبلغ قطرها حوالي 0.15 ميكرون ، وتشكل مراكز الخلايا. عادة ما تكون الخلايا النباتية محاطة بغشاء - جدار الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تحتوي على بلاستيدات - عضيات حشوية (هياكل خلوية متخصصة) ، وغالبًا ما تحتوي على أصباغ تحدد لونها.

يتكون الغشاء المحيط بالخلية من طبقتين من جزيئات المواد الشبيهة بالدهون ، وبينهما جزيئات بروتينية. الوظيفة الأساسيةالخلايا - لضمان حركة مواد محددة جيدًا في الاتجاهين الأمامي والخلفي لها. على وجه الخصوص ، يدعم الغشاء تركيز طبيعيبعض الأملاح داخل الزنزانة ويلعب دور مهمفي حياتها: عندما يتلف الغشاء ، تموت الخلية على الفور ، وفي نفس الوقت دون غيرها مركبات اساسيهيمكن أن تستمر حياة الخلية لبعض الوقت. أول علامة على موت الخلية هي بداية التغيرات في نفاذية غشاءها الخارجي.

يوجد داخل الغشاء البلازمي للخلية السيتوبلازم الذي يحتوي على الماء محلول ملحيمع الإنزيمات القابلة للذوبان والمعلقة (كما في أنسجة العضلات) ومواد أخرى. يوجد في السيتوبلازم مجموعة متنوعة من العضيات - وهي أعضاء صغيرة محاطة بأغشيتها. تشمل العضيات ، على وجه الخصوص ، الميتوكوندريا - تكوينات تشبه الكيس مع إنزيمات الجهاز التنفسي. يحولون السكر ويطلقون الطاقة. يوجد في السيتوبلازم أيضًا أجسام صغيرة - ريبوسومات ، تتكون من البروتين والحمض النووي (RNA) ، بمساعدة تخليق البروتين. البيئة داخل الخلايا لزجة تمامًا ، على الرغم من أن 65-85٪ من كتلة الخلية عبارة عن ماء.

تحتوي جميع الخلايا القابلة للحياة ، باستثناء البكتيريا ، على نواة ، وتحتوي على الكروموسومات - وهي أجسام خيطية طويلة تتكون من حمض الديوكسي ريبونوكلييك وبروتين مرتبط بها.

في كائن متعدد الخلايا ، تظهر جميع مظاهر الحياة المعقدة نتيجة للنشاط المنسق للخلايا المكونة لها.

الوظائف الحيوية للخلية هي الحركة والتهيج والتمثيل الغذائي والتكاثر. يتم التعبير عن حركة الخلية في الدوران داخل الخلايا لمحتويات الخلية ، والفيضان ، وضرب النواتج البروتوبلازمية الصغيرة ، والانقباض. يتم تحديد التهيج من خلال قدرة الخلية على إدراك المنبه والاستجابة له بدافع أو موجة من الإثارة. هذا هو أكثر ما يميز الخلايا العصبية للكائنات الحية. يشمل التمثيل الغذائي جميع تحولات المادة والطاقة التي تحدث في الخلايا.

أهم وظيفة للخلية هي تكاثرها عن طريق تقسيم وتشكيل الخلايا الوليدة. مع نمو الخلية ، تتدهور تغذية عناصرها الفردية ، وتقل القدرة على التحكم في العمليات الداخلية للخلية ، وتدخل الخلية في حالة غير مستقرة. ثم تنقسم الخلية إلى خليتين ابنتيتين ، كطريقة للخروج من الحالة غير المستقرة ، تكتسب الخلايا المشكلة حديثًا الاستقرار حتى الانقسام التالي. عندما تنقسم الخلية البنت ، يتم نقل مجموعة كاملة من الكروموسومات التي تحمل معلومات وراثية. لذلك ، قبل القسمة ، يتضاعف عدد الكروموسومات في الخلية ، وأثناء الانقسام ، تتلقى كل خلية ابنة مجموعة واحدة منها. في أي كائن حي ، طوال حياته ، هناك عملية استبدال الخلايا القديمة بخلايا جديدة يتم تكوينها. يبلغ متوسط ​​عمر الخلايا البشرية من يوم إلى يومين ، ويبلغ إجمالي عدد الخلايا حوالي 10 إلى 15 خلية. إنها القدرة على إعادة إنتاج أنفسهم ، وليس فقط القدرة على النمو والتغذية ، التي تسمح لنا باعتبار الخلايا أصغر وحدات الحياة.

الاختلافات الهيكلية الرئيسية بين الخلايا الحيوانية والنباتية قليلة. أولاً ، الخلايا الحيوانية ، على عكس الخلايا النباتية (باستثناء النباتات السفلية) ، تحتوي على أجسام صغيرة - مريكزات موجودة في السيتوبلازم. ثانيًا ، كما ذكرنا سابقًا ، تحتوي الخلايا النباتية على تكوينات بروتينية في السيتوبلازم - البلاستيدات ، والتي لا تمتلكها الحيوانات. وثالثًا ، تحتوي الخلايا النباتية على جدار الخلية المذكور سابقًا ، والتي بفضلها تحتفظ بشكلها. الخلايا الحيوانية لديها فقط رقيقة غشاء بلازميوبالتالي قادرة على التحرك وتغيير الشكل.

اعتمادًا على نوع الخلايا ، يتم تقسيم جميع الكائنات الحية إلى مجموعتين - بدائيات النوى وحقيقيات النوى. تشمل بدائيات النوى البكتيريا وحقيقيات النوى - جميع الكائنات الحية الأخرى: البروتوزوا والفطريات والنباتات والحيوانات. يمكن أن تكون حقيقيات النوى أحادية الخلية أو متعددة الخلايا. من المفترض أن الكائنات الحية الأولى التي ظهرت منذ حوالي 4-3.5 مليار سنة كانت بدائيات النوى.

يتغير الخواص الكيميائيةالعناصر ومركباتها. شكل عرض القانون الدوري هو جدول - النظام الدوريالعناصر الكيميائية. 2. النماذج الكونية لعلم الكون هو فرع من فروع علم الفلك الذي يدرس الكون ككل ويتضمن عقيدة بنية وتطور الجزء الكامل من الكون الذي تغطيه الملاحظات الفلكية. أكثر من نصف ...

وعلم الأحياء الآن لا يوجد شيء أكثر إلحاحًا من فك تشفير تركيبة النوكليوتيدات للحمض النووي ، بحيث يمكن أن يحل هذا بشكل مباشر الألغاز والمشكلات الرئيسية في علم الوراثة والبيولوجيا الفصل الأول. موضوع علم الوراثة 1.1. مناظر حديثةحول الجين تمامًا كما في الفيزياء ، فإن الوحدات الأولية للمادة هي الذرات ، في علم الوراثة الوحدات الأولية المنفصلة للوراثة و ...

في الخلايا العصبيةيتم إنتاج إشارة كهربائية ضعيفة - نبضة عصبية يمكن أن تنتشر على طول أغشية الخلايا. دور المركبات العضوية في تنفيذ وظائف الخلية. الدور الرئيسيفي تنفيذ وظائف الخلية ينتمي مركبات العضوية. فيما بينها أعلى قيمةتحتوي على البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية. السناجب. البروتينات ...

0.05 - 0.10 كالسيوم ماغنسيوم صوديوم حديد زنك نحاس يود فلورين 0.04 - 2.00 0.02 - 0.03 0.02 - 0.03 0.01 - 0.015 0.0003 0.0002 0.0001 0.0001 محتوى لكل خلية مركبات كيميائيةالمركبات (٪) مياه عضوية غير عضوية مواد غير عضوية 70-80 1.0 - 1.5 بروتينات كربوهيدرات دهون أحماض نووية 10-20 0.2 ...

الخلايا (الشكل 1) هي الشكل الرئيسي لوجود المادة الحية. حجمها صغير جدًا - من 2 إلى 200 ميكرون (1 ميكرون = 0.001 مم) ، لذا فهي غير مرئية بعين بسيطة. شكل الخلايا متنوع للغاية (كروي ، موشوري ، مكعب ، نجمي ، إلخ) ويتم تحديده من خلال وظيفتها وعلاقاتها مع الخلايا الأخرى.

بعد اختراع المجهر وتحسينه ، اكتشف العالم الإنجليزي هوك الخلايا النباتية لأول مرة. في وقت لاحق - خلايا من أصل حيواني. جعلت هذه الاكتشافات من الممكن إنشاء نظرية خلوية لتركيب وتطور الكائنات الحية. لأول مرة ، تم التعبير عن فكرة التركيب الخلوي لجميع الكائنات الحية النباتية والحيوانية من قبل العالم الروسي P. f. Goryaninov في عام 1834. كما أنه يمتلك بيانًا حول أصل الخلية نفسها. وفي عام 1837 ، نشر العالم التشيكي J. Purkyne حقائق جديدة تؤكد البنية الخلويةالكائنات الحية. أخيرًا ، صاغ العلماء الألمان إم شلايدن (في عام 1838) ، وبشكل أساسي تي شوان (عام 1839) نظرية الخليةهياكل الكائنات الحية. لاحقًا ، أفسد العالم الألماني ر. فيرشو النظرية الخلوية لبنية الكائنات الحية. تخلص من الفكرة التطور التاريخيالخلايا وسمح بتطور الخلايا فقط من الخلايا. في غضون ذلك ، تؤكد البيانات العلمية أن الخلايا نشأت من بروتين عديم البنية (غير متبلور) ، كما أشار ف.إنجلز ، بسبب تكوين نواة وصدفة. جادل فيرشو بأنه لا توجد حياة خارج الخلية ، وأن الكائن متعدد الخلايا ما هو إلا مجموعة من الخلايا ، وأن النشاط الحيوي للكائن هو فقط مجموع النشاط الحيوي لخلاياه ، وأن الكائن الحي ليس سوى "حالة خلوية" ". وهكذا ، اختفى مفهوم الجسد كنظام متكامل واحد من Virchow ، وكذلك مفهوم التغييرات النوعية في الكائن الحي المتنامي. مثل هذه النظرة للكائن الحي وبنيته تتعارض مع النظرة العلمية الديالكتيكية للعالم.

أرز. 1. مخطط هيكل الخلية:

أ - تحت المجهر الضوئي. ب - تحت المجهر الإلكتروني ؛ 1 - السيتوبلازم. 2 - جوهر 3 - الميتوكوندريا 4 - مركز الخلية؛ 5 - الميكروسومات.

هيكل وفيزيولوجيا الخلية

تتكون جميع الخلايا ، على الرغم من تنوعها ، من بروتوبلازم ، والتي تنقسم إلى سيتوبلازم (جسم الخلية) وكاريوبلازم ، والتي تشكل نواة الخلية.

البروتوبلازم هو مادة بروتينية معقدة في حالة غروانية. إنه أثقل قليلاً من الماء - جاذبيته النوعية حوالي 1.03. تسمى الطبقة الخارجية الأكثر كثافة من السيتوبلازم بـ ectoplasm ، والباقي يشكل الإندوبلازم. في زرع الخلايايتم تمثيل ectoplasm من خلال قشرة معبر عنها بوضوح. يحتوي السيتوبلازم على عضيات وشوائب خلوية.

العضيات هي تشكيلات هيكلية دائمة للسيتوبلازم ، كل منها يؤدي وظائف معينة. تشمل العضيات: الشبكة الإندوبلازمية ، الريبوسومات ، الميتوكوندريا ، منطقة جولجي ومركز الخلية (الجسيم المركزي).

لا يمكن رؤية الشبكة الإندوبلازمية إلا بالمجهر الإلكتروني. يقع في الإندوبلازم ويتكون من أغشية أشكال متعددةتشكيل الأنابيب والخزانات. يظهر بشكل أكثر وضوحًا في الخلايا ذات التمثيل الغذائي المكثف ، على سبيل المثال ، في الحيوانات الصغيرة.

الريبوسومات (وهي أيضًا ميكروسومات ، أو حبيبات الحمض النووي الريبي) في شكل أجسام مستديرة مرئية أيضًا فقط في المجهر الإلكتروني. وهي تتكون من جزيئات الحمض النووي الريبي - RNA وتقع على أغشية الشبكة الإندوبلازمية وفي السيتوبلازم نفسه. في الريبوسومات ، يتم تصنيع جزيئات البروتين من بنية معينة (بروتينات الأنسجة والإنزيمات والهرمونات والمحفزات الأخرى).

الميتوكوندريا (الغضروفية) هي أجسام خيطية أو حبيبية مرئية حتى باستخدام المجهر الضوئي. يقومون بتحويل الطاقة من الغذاء إلى طاقة كيميائية ، وتتركز احتياطيات هذه الطاقة في ATP (حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك) ، الذي يتم تصنيعه في الميتوكوندريا. يتم استهلاك الطاقة الكيميائية في تصنيع البروتينات بواسطة الريبوسومات ، في العمليات نشاط عصبييتم تدمير الميتوكوندريا في غضون 10-20 يومًا ، اعتمادًا على كثافة التمثيل الغذائي ، ويتم استبدالها بأخرى جديدة. وهي تتكون من البروتين والدهون ، والتي تشكل قشرة - غشاء وأقسام داخلية. في جدران الميتوكوندريا ، يتم إنتاج الإنزيمات التي تضمن نقل الإلكترونات أثناء عمليات الأكسدة والاختزال.

تعتبر منطقة جولجي ، أو الجهاز الشبكي داخل الخلايا ، موقعًا نشطًا للبروتوبلازم ، حيث تحدث عمليات خاصة بخلية معينة ، مثل الإفراز (الخلايا الغدية) ، وتخليق البروتين ، وتكوين الدهون. تتكون منطقة جولجي من خيوط متشابكة ميكروسكوب الكترونيالفقاعات لا تزال مرئية.

مركز الخلية (الجسيم المركزي) هو الأكثر كثافة العنصر الهيكليالسيتوبلازم ، له شكل حبة أو اثنتين - المريكزات ، محاطة بمنطقة ضوئية - الوسط الغني بالـ RNA والبروتينات. يشارك Centrioles في عملية تكاثر الخلايا ، في تكوين الهياكل الداعمة للأهداب المهدبة ، إلخ.

الادراج الخلوية هي تكوينات مؤقتة في السيتوبلازم تظهر وتختفي في عملية التمثيل الغذائي. عادة ما تكون إما مادة احتياطية ، أو منتجات نشاطها الحيوي المراد إزالتها من الخلية. يمكن رؤيتها تحت المجهر على شكل حبيبات أو قطرات أو بلورات.

نواة - مطلوب عنصرالخلايا. في الثدييات ، خلايا الدم الحمراء هي الوحيدة الخالية من الأسلحة النووية (انظر الصفحات 196-197). تموت الخلايا التي تفتقر إلى النواة بسرعة. هذا يشير إلى أن النواة لها أهمية كبيرة في عملية التمثيل الغذائي. بدون نواة ، لا يمكن للخلايا أن تتكاثر.

شكل النوى متنوع للغاية ، ويعتمد الحجم عليها الحالة الوظيفيةالخلايا. تحتوي النواة على كمية كبيرة من الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) ، الذي يحدد ويوجه الرئيسي العمليات البيوكيميائيةفي قفص. في الخلية الحية ، في النواة ، تكون النواة فقط ملحوظة ، والتي تختلف في شدة التمثيل الغذائي. في المستحضرات الثابتة ، بالإضافة إلى النواة ، تم العثور على غلاف النواة ، كروماتين على شكل كتل تتكون من الحمض النووي.

أرز. 2. الانقسام المباشرالخلايا:

أ - خلية غير مقسمة ؛ ب - ربط النواة ؛ V-Zh - جلد النواة ؛ H - تقسيم الخلية الأم إلى خليتين ابنتيتين ؛ نواة؛ ب - النواة. ج - السيتوبلازم.

تتميز الخلايا ، باعتبارها أحد أشكال المادة الحية ، بالاستقلاب والاستثارة والحركة والتكاثر. يكمن جوهر التمثيل الغذائي في إدراك المواد الضرورية للحياة من البيئة الخارجية ، واستيعابها في مادة الخلية وإطلاق النفايات. يكون التمثيل الغذائي ممكنًا فقط إذا كانت هناك خاصية تفاعلية ، أي قدرة الخلايا ليس فقط على إدراك التهيجات الناجمة عن التغيرات في ظروف الوجود ، ولكن أيضًا للاستجابة لها ، أي الاستجابة. تعكس قدرة الخلايا هذه وحدة الكائن الحي مع بيئة خارجيةالتي بدونها تكون الحياة مستحيلة.

أحد أشكال الاستجابة للتهيج هو الحركة الموجهة إما نحو المنبه أو في الاتجاه المعاكس. في الكائن الحي متعدد الخلايا ، فقط عدد قليل من الخلايا لديها القدرة على التحرك ، على سبيل المثال ، خلايا الدم البيضاء - الكريات البيض.

تكاثر الخلايا. تتكاثر الخلايا عن طريق الانقسام. التمييز بين التقسيم المباشر وغير المباشر والتخفيض.

الانقسام المباشر ، أو amitosis [في الترجمة: بدون (أ) تشكيل الخيوط - الانقسام] (الشكل 2) ، يتكون من حقيقة أن النواة يتم ربطها أولاً ، ثم يتم تقسيم السيتوبلازم. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على خليتين ابنتيتين مكافئتين ، والتي تنمو لاحقًا إلى حجم الأم. الانقسام المباشر للخلايا نادر في الحيوانات العليا. يعتبر الانقسام غير المباشر ، أو الانقسام الخيطي ، أو الحركة الحركية (الشكل 3) أكثر تعقيدًا بكثير ، ويتميز بزيادة التوليف في النواة ومضاعفة كمية الحمض النووي. تتكون من أربع مراحل: الطور الأولي ، الطور الفوقي ، الطور الطوري ، الطور البعيدة. يتميز Prophase بما يلي: أ) تشكيل خيوط الكروماتين الأولى على شكل كرة بدلاً من النواة ، ثم خيوط فردية - * كروموسومات على شكل دبابيس شعر ؛

الطور - النواة الميتة في الخلية ؛ 2 - تشكيل خيوط الكروماتين على شكل كرة ؛ 3 - تكوين الكروموسومات على شكل دبابيس الشعر. الطورية؛ 4 - مرحلة النجم الأم ؛ طور: 5 - انقسام الكروموسومات. ج - مرحلة نجوم الابنة ؛ الطور النهائي: 7 - انقسام السيتوبلازم. 8- تكوين الخلايا الوليدة.

* تتشكل الكروموسومات قبل انقسام الخلية من كروماتين النواة. لديهم شكل خيوط لولبية ملتوية ذات بنية دقيقة الحبيبات ، والتي ترجع إلى الترتيب المنتظم للأحماض النووية والبروتينات. إن عددًا معينًا من الكروموسومات (ثنائي الصبغيات) هو نموذجي للحيوانات من كل نوع ؛ على سبيل المثال ، كبير ماشية 48 كروموسوم. في الأغنام 5G ، في الخنازير 40 (في البشر 46).

ب) اختلاف المريكزات عن بعضها البعض. في الطور الاستوائي ، توجد المريكزات عند أقطاب الخلية ، والكروموسومات بينهما على طول خط الاستواء ؛ يتم الحصول على ما يسمى بالنجمة الأم. في الطور الصاعد ، تنقسم الكروموسومات وتنتقل إلى أقطاب الخلية ، وتشكل النجوم البنت. في الطور النهائي ، يحدث انقسام السيتوبلازم وتشكيل الخلايا الوليدة. في الخلايا الوليدة ، تندمج الكروموسومات مرة أخرى في كرة ، ثم تتوقف عن الظهور ، مكونة النواة. الانقسام الخيطي هو الطريقة الأكثر تقدمًا لانقسام الخلايا. هذه هي الطريقة التي تنقسم بها الخلايا بشكل طبيعي في كائن حي متنامي.

إن الانقسام الخفيف متأصل فقط في الخلايا الجرثومية. يتميز بحقيقة أن الكروموسومات تشكل تكوينات مزدوجة ، باستثناء كروموسوم واحد غير مزدوج ، والذي يتباعد باتجاه أقطاب الخلية. نتيجة لانقسام الخلية الأم ، يوجد نصف مجموعة الكروموسومات في خليتين ابنتيتين. يوجد كروموسوم غير متزاوج في خلية ابنة واحدة فقط. تسمى الخلايا الجنسية الناضجة التي تحتوي على نصف مجموعة من الكروموسومات ، القادرة على الإخصاب ، الأمشاج الذكرية والأنثوية.