De los átomos a la célula من الذرّات إلى الخليّة From atoms to cell

La estructura básica de la materia orgánica, de la que están compuestos los seres vivos, es la misma que la de la materia inorgánica. En efecto, ambas consisten en partículas de infinita pequeñez llamadas moléculas, integradas a su vez por átomos. Los átomos se agrupan según fórmulas invariables para formar las distintas moléculas: en la molécula de agua hay dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, que se representan H2O. El hidrógeno, el oxígeno, el carbono y muchas sustancias más (117 hasta el momento) son los elementos químicos: sustancias simples que no pueden descomponerse químicamente en otras.

http://barrameda.com.ar/biologia/de-los-atomos-a-la-celula.htm

 

Visual Methods from Atoms to Cells 

 

Building the Body: From Atoms to Organs 

 

 البنية الأساسيّة للمادة العضويّة، التي تتشكّل منها الكائنات الحيّة، هي ذات البنية الأساسيّة للمادة الغير عضوية. 

 

ويتشكَّل كلاهما، عملياً، من جسيمات متناهية في الصغر تسمى الجزيئات، والتي تتشكل بدورها من ذرّات. 

 

تنتظم الذرّات وفق أشكال متنوعة لتشكيل جزيئات مختلفة، نجد في جزيء مياه ذرّتي هيدروجين وذرّة أوكسجين على سبيل المثال ورمزه، هو: H2O. 

 

العناصر الكيميائيّة كالهيدروجين، الأوكسجين، الكاربون والكثير غيرها (117 عنصر حتى الآن) هي مواد بسيطة لا يمكنها التحلُّل لعناصر أخرى.

كذلك تنتظم المواد العضوية في جزيئات متشكلة من ذرّات. 

 

تسود عند الكائنات الحيّة فقط بعض العناصر الكيميائيّة المسماة بالعناصر الحيويّة الجينيّة، مثل الكاربون، الهيدروجين، الأوكسجين، الآزوت، الكبريت، الفوسفور، الصوديوم، البوتاسيوم، الكالسيوم والمغنزيوم. تتوفّر بعض العناصر الأخرى بكميات أقلّ، لكن يُشكِّل الاتحاد الأهم، في المادة الحيّة، بين الكاربون والهيدروجين من جهة، والأوكسجين والآزوت من جهة أخرى. 

 

من أهمّ ميزات العناصر الحيويّة الجينيّة قلّة وزنها الذرّي، وهذا أهمّ سبب لانسجامها مع تشكيل المادة الحيّة. لكن، لا تظهر العناصر الذريّة الثقيلة، بالمقابل، في الخليّة، بل تحضر في العالم الغير عضويّ.

المركبّات العضوية

تتكوّن الكائنات الحيّة بقسمها الأكبر من الماء. 

 

فعلى سبيل المثال، يحتوي جسم الإنسان على 70% من وزنه ماء، ويحتوي الدماغ البشريّ على وجه الخصوص على 85% من وزنه ماء. 

 

ينتج عن ارتباط العناصر الكيميائيّة ثلاثة أنواع من المركبّات العضوية، هي: 

 

الغلوسيدات أو السكريات، البروتيدات أو البروتينات والليبيدات أو الدهون. 

 

ويُضاف لتلك الأنواع الثلاثة الأحماض النوويّة، الماء والاملاح المعدنيّة.

يتواجد الماء بقسمه الأكبر عند زيادة مُفرطة بالعمل الوظيفيّ للعضو. فالمياه هي عربة نقل المواد الداخلة والخارجة من وإلى الخليّة، كذلك، تُعدِّل المياه التغيرات بدرجة الحرارة. 

 

الأملاح المعدنية الرئيسيّة، هي: 

 

الكلوريدات، الفوسفات، الكاربونات، البيكاربونات وسولفات الصوديوم، البوتاسيوم، الكالسيوم والمغنزيوم. 

 

وتمثل هذه العناصر نسبة 4.3% من مادة الحيوان و2.5% من المادة النباتيّة.

تسمى الغلوسيدات أو السكريات، كذلك، بهيدرات الكاربون أو الكاربوهيدرات. وتتكوّن من الكاربون، الأوكسجين والهيدروجين. كميّة الغلوسيدات الموجودة في الطبيعة أكبر من كل المواد الأخرى مُجتمعة. فالسللوز كداعم هيكليّ نباتيّ، والنشاء المتوفِّر في البقوليات، الجذور والدرنات، ما هي إلّا كاربوهيدرات (سكريات). كذلك اللاكتوز (سكر الحليب)، السكروز (سكّر القصب) والمالتوز (سكّر الشعير)، كلها سكريات. السكّر الأكثر وفرة في الكبد وفي العضلات وفي الدم هو الغلوكوز. تُستعمل الغلوسيدات كمصدر للطاقة عند غالبيّة الكائنات الحيّة، وكذلك، تُعتبر داعم رئيسي عند النباتات.

تتكوّن البروتيدات أو البروتينات من الهيدروجين، الأوكسجين، الكاربون والآزوت، وهي تشكّل هيكل البروتوبلازما أو الوحدة الخليويّة. وتتوفّر عند الحيوانات أكثر منها في النباتات. تحتوي اللحوم على 20% من البروتينات، بينما تحتوي فاكهة كالإجاص، التفاح والليمون بالكاد على 1% برويتنات. كذلك، البيض، الحليب والبقوليات غنيّة بالبروتينات، وتحضر في بياض البيض كألبومين المصل، الكازين في الحليب والليغومين في البقوليّات. تتدخّل تلك المركبّات العضوية في تحضير الأنسجة. فمن المهم احتواء نظامنا الغذائيّ عليها، لأنّ الجسم يهدم ويستبدل بروتينات الخلايا.

أمّا الدهون فتتكوّن من الكاربون، الهيدروجين والأوكسجين. حيث تشكّل مواد حفظ طاقيّة في الكائنات الحيّة النباتيّة والحيوانيّة، وتظهر الدهون بحالين صلب وسائل. تساهم الدهون بتكوين النسيج الدهنيّ المُخزّن تحت الجلد المتواجد في الجهاز العصبيّ وفي النخاع الشوكيّ، تساهم بالعزل الحراريّ، كما أنها توفّر كميّة مُضاعفة من السعرات الحرارية مقارنة بمركبّات أخرى، لكنها تحتوي على كميات قليلة من الماء، وهو ما يجعلها صعبه أكثر في عملية الهضم.
 

الأغذية الأغنى بالدهون، هي: الزبدة، الجبن، الزيوت واللحوم.

كما توجد مركبّات أخرى في أجسام الكائنات الحيّة، كالأحماض النووية والمتوفرة في نوى وسيتوبلازما الخلايا. وتتكوّن تلك الأحماض من مواد متنوعة مثل السكّر الأحادي، حمض الفوسفوريك والآزوت. كما أنّه يوجد نوعا حمض نووي، هما: 

 

الحمض النووي الريبي منقوص الأوكسجين DNA والحمض النووي الريبيّ RNA. 

 

نسبة الحمض النووي الريبي منقوص الأوكسجين هي 45% من كتلة الكروموزومات (الصبغيات)، أي من المادة الموجودة بكل نواة خليّة تحتوي العوامل الوراثيّة. أما الحمض النووي الريبيّ، فهو حاضر في السيتوبلازما، وينقسم بدوره إلى ثلاث أنواع وفق وظيفته: الرسول، الريبوزومي والناقل ويتدخّل هذا الحمض بشكل رئيسي بعمليّة تكوين البروتين.

الخليّة

 

الخليّة، هي الوحدة الأساسيّة في كل الكائنات الحيّة، سواء بنيوياً أو تشريحياً، كما هو الحال وظيفياً أو فيزيولوجياً. 

 

توجد كائنات مؤلّفة من خليّة واحدة كوحيدات الخلايا أو مجتمعة بالملايين لتكوين الأنسجة عند عديدات الخلايا. 

 

ففي الصيغ الحيّة الأكثر تعقيداً، الانسجة هي جزء من الأعضاء، والتي تنتظم، بدورها، بأجهزة وأنظمة.

بدأ اكتشاف الخليّة، من لحظة ابتكار المجاهر، خلال القرن السابع عشر، والتي تطورت كثيراً بوقت لاحق، بيومنا هذا، يمكننا ملاحظة الخليّة بكامل بنيتها.

 وتتكوّن الخليّة من الغشاء الخارجيّ المُحيط بالبروتوبلازما (كتلة سائلة تقريباً ومعقدة كيميائياً) وتوجد النواة بداخلها. يحصل في الغشاء عملية تناضح (عبور السوائل عبر الغشاء نصف النفوذيّ، سواء من الداخل نحو الخارج، كما من الخارج نحو الداخل)، وهكذا، تحصل عملية التبادل للمواد مع الخارج.

 

 يوجد أنزيمات خاصة في الغشاء الخليويّ، منظمات للغلوكوز. 

 

في حالة النباتات: الغشاء الخليويّ عبارة عن مركّب خيطيّ سللوزي، يحمي السيتوبلازما ويمنح النبات المتانة اللازمة.
 

السيتوبلازما عبارة عن مادة شفّافة ولزجة، ونسبة الماء فيها 80% وتحتوي على عناصر كيميائيّة مختلفة. توجد، ضمن السيتوبلازما، مجموعة عضيّات مسؤولة عن وظائف حيويّة. فالميتاكوندريا (المُتقدرات)، توجد بحالة حركة ثابتة وتحتوي على أنزيمات أكسدة، منظمات للعمليات التنفسيّة، التي يجري تحصيل الطاقة بواسطتها.

 

 الريبوزومات، هي جسيمات تحت مجهرية حاضرة في كل الخلايا، تقوم بتوجيه تركيب المواد البروتينيّة، يُعثر عليها حرّة ضمن السيتوبلازما أو متحدة في أغشية الشبكة الإندوبلازميّة. امّا عضيّات اليحلول المحدّدة بغشاء إنزيمات هضمية، فتقوم بإتمام وظيفة تمثيل الأغذية.

عندما تمتص الخليّة مادة عضوية، تُشكِّل جسيم، فجوة أو بلعمة، فيقترب اليحلول من تلك المادة، يجري توفير الأنزيمات الضرورية لتهديم المادة، يمكن إلغاء البقايا أو الحفاظ عليها في الخليّة على صورة أصباغ.

 

 البلاستيدات، هي عضيات أخرى، تلعب دوراً في الوظائف الاستقلابيّة الخاصة بالمملكة النباتيّة مستخدمة الأصباغ. 

 

هكذا، نجد الصانعات اليخضورية في كل المناطق الخضراء بالنبات، لكن، نجدها في الأوراق على وجه الخصوص؛ حيث يمكنها إتمام عملية التركيب الضوئيّ بفضل احتوائها على اليخضور. تسمح هذه الوظيفة للنبات بتحصيل الطاقة اعتباراً من ضوء الشمس. تساهم بلاستيدات أخرى بتصنيع النشاء (تسمى بلاستيدات عديمة اللون) أو تعطي اللون للفاكهة (تسمى بلاستيدات مُلوِّنة). 

 

أما جهاز غولجي، فهو عبارة عن بنية غشائيّة حاضرة في السيتوبلازما؛ وظيفته الرئيسيّة هي تركيب الغلوسيدات.

نجد في مركز السيتوبلازما جسيم يأخذ أشكال مختلفة بحسب النشاط الخليويّ (وضع راحة أو تكاثر)، ويسمى بالنواة، ويغلفها غشاء نوويّ مُزدوج ناشيء من الشبكة الإندوبلازميّة وفيها سائل نوويّ، الذي نجد بداخله نويات (جسيمات بروتينيّة). 

 

كذلك يوجد ضمن النواة شبكة تسمى بالكروماتين، والتي تُكوِّن الكروموزومات، خيوط الحمض النووي الريبي منقوص الأوكسجين DNA المسؤولة عن نقل المزايا الوراثيّة عند كل الكائنات الحيّة، وحيدة الخليّة وعديدات الخلايا.

 

 قد يهمكم الإطلاع على مواضيع ذات صلة

تطور عديدات الخليّة

تطور المادة والحياة 

 

هل ساهمت البكتريا بتطوّر الحياة عديدة الخلايا؟