بنية الخلية والعضيات الخاصة بها
تتكون الخلية حقيقية النية من أعضاء رئيسية أربعة: الغشاء الذي يؤدي وظيفة حاجز ويتكون من طبقة دهنية ثنائية الفوسفolipid مع بروتينات مندمجة؛ والسيتوبلازم الذي يضم السيتوسول والعضيات؛ والنواة التي تخزن المعلومات الوراثية؛ ونظام من العضيات التي تؤمن العمليات البيوكيميائية.
- الریبوسومات هي عضيات غير محاطة بأغشية، مسؤولة عن الترجمة.
- الميتوكوندريا هي عضيات ثنائية الغشاء تقوم بتخليق أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).
- جهاز غولجي هو عضية أحادية الغشاء للنقل وتعديل البروتينات وتخليق الجسيمات الحالة (الليسوسومات).
- الشبكة الإندوبلازمية: الخشنة (تخليق البروتينات) والملساء (تخليق الدهون، إزالة السموم، تنظيم الكالسيوم).
- الهيكل الخليوي — خيوط دقيقة وأنابيب دقيقة تحافظ على شكل الخلية.
تحتوي الخلية النباتية إضافياً على الفجوات، والبلاستيدات، وجدار خلوي من السليلوز. بينما تحتوى الخلية الحيوانية على المركز الخلوي (الجسيم المركزي) والليسوسومات. تخلو خلايا بدائيات النية من العضيات الغشائية؛ ويتمثل الحمض النووي (DNA) الخاص بها في منطقة نووية (نووييد) دائرية.
النقل الغشائي
النقل السلبي يحدث وفقاً لتدرج التركيز دون استهلاك طاقة: الانتشار البسيط (O₂ وCO₂ عبر طبقة الدهون الثنائية)، والاسموزية (الماء عبر غشاء شبه نفاذ)، والانتشار الميسر عبر بروتينات الناقلة (الجلوكوز).
النقل النشط يتطلب طاقة ATP ويحدث عكس تدرج التركيز. أمثلة: مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، والإخراج والإدخال الخلوي. ويتم تصنيف النقل بناءً على الاتجاه إلى النقل الأحادي، والنقل المشترك (السيمبورت)، والنقل المتبادل (الأنتیبورت).
الدورة الخلوية، الانقسام المتساوي والانقسام الاختزالي
تتكون الدورة الخلوية من الطور البيني (الإنتيرفيس) (G1 - النمو، S - تضاعف الحمض النووي، G2 - التحضير للانقسام) والانقسام الفعلي. تضمن نقاط التفتيش G1/S وG2/M ونقطة طور الاستواء (الميتافيز) سلامة الحمض النووي والتوجيه الصحيح للكروموسومات. وفي طور G0 تكون الخلية في حالة سكون.
الانقسام المتساوي (الميتوزي) هو انقسام الخلايا الجسدية لتشكيل خليتين ابنتين متطابقتين. المراحل: الطور التمهيدي (تكثف الكروماتين)، الطور الاستوائي (تكون الصفيحة الاستوائية)، الطور الانفصالي (انفصال الكروماتيدات الشقيقة)، والطور النهئي مع انقسام السيتوبلازم.
الانقسام الاختزالي (الميوزي) ينتج أربع خلايا أحادية الصبغية ويضمن التباين التوافقي. يتضمن الطور التمهيدي الأول خمس مراحل: القلادة (الليبتوتين)، التزاوج (الزيغوتين)، التغلظ (الباشيتين) (مع العبور الجيني)، الانفصال (الديبلوتين) (حيث تظهر التصاوبات)، والتحرك (الديأكينيسيس). الانقسام الثاني يشبه الانقسام المتساوي.
الأحماض النووية وتعبئة الحمض النووي
الدنا يخزن المعلومات الوراثية، بينما تشارك الرنا في تنفيذها. يتكون النيوكليوتيد من قاعدة نيتروجينية (A، G، C، T/U)، وسكر خماس الكربون (ديوكسي ريبوز أو ريبوز)، ومجموعة فوسفات. يشكل الدنا حلزوناً مضاعفاً متضاد الاتجاه (5′→3′ بشكل متكامل مع 3′→5′).
أنواع الرنا: الرنا المرسال (mRNA) (قالب لتصنيع البروتين)، الرنا الناقل (tRNA) (توصيل الأحماض الأمينية)، الرنا الريبوسومي (rRNA) (هيكلي وتحفيزي في الریبوسومات)، الميكرو-رنا والرنا المتدخل الصغير (تنظيم التعبير الجيني)، والرنا الطويل غير الكوّدي.
مستويات تعبئة الحمض النووي: الجسيم النووي (النيوكليوسوم) (الحمض النووي على ثماني هيستون)، الملف اللولبي بقطر 30 نانومتر (المثبت بالهيستون H1)، والبنية الحلقية (الكوهيزينات)، والكروموسوم المكثف.
التضاعف، النسخ، والترجمة
التضاعف (النسخ المتضاعف) هو شبه محافظ، ومتضاد الاتجاه، ويتطلب بادئاً (Primer). المراحل: البداية (فك الحلزون بواسطة الهليكاز وتشكيل شوكة التضاعف)، الاستطالة (تخليق الحمض النووي بواسطة DNA بوليميراز 5′→3′)، والنهاية. في بدائيات النية يوجد منشأ واحد (origin) على الكروموسوم الدائري؛ أما في حقيقيات النية فتوجد نقاط بدء متعددة ومعقد ORC.
النسخ: يرتبط إنزيم RNA بوليميراز بالمحفز، ويصنع mRNA، وينتهي عمله عند الوصول إلى المُنهي (Terminator). في حقيقيات النية يتبع ذلك المعالجة — إضافة القبعة (Capping)، إضافة عديد الأدينين (القص واللصق (السپلایسینگ) مع إزالة الإنترونات)؛ أما في بدائيات النية فيحدث النسخ والترجمة في وقت واحد في السيتوبلازم.
تحدث الترجمة على الریبوسوم الذي يحتوي على المواقع A وP وE. يقوم الرنا الناقل بتوصيل الأحماض الأمينية التي تتكون بينها روابط ببتيدية. يحدث الإنهاء عند شفرات التوقف UAA، UAG، UGA.
الشفرة الوراثية والتعبير الجيني
تتضمن الشفرة الوراثية 64 كودوناً (شفرة)، منها 3 كودونات توقف. الخصائص: كونها ثلاثية، العالمية، عدم التداخل، الخصوصية، والوفرة (الانحلالية).
في حقيقيات النية، يتم تنظيم التعبير الجيني بواسطة المحفزات والمُعززات، والمحفزات والمثبطات، والربط البديل، والتعديلات جينية المنشأ (مثل مثيلة الحمض النووي وأستلة الهيستونات)، وميكرو-RNA. وفي بدائيات النية يعمل نظام الأوبرون: ومثالها الكلاسيكي أوبرون اللاكتوز، حيث يؤدي وجود اللاكتوز إلى تعطيل المثبط وبدء تخليق اللاكتاز.
الطفرات وإصلاح الحمض النووي
تُقسّم الطفرات إلى طفرات جينية، وكروموسومية (الإدخالات، الحذف، الانقلابات)، وجينومية (تغير في عدد الكروموسومات، مثل التثلث الصبغي 21).
لدى بدائيات النوى، تُوجد إصلاحات ضوئية (الفوتولياز)، وإصلاح استئصالي، وما بعد التضاعف، والمعرضة للأخطاء، وإصلاح الاستجابة للضرورة (SOS repair). أما لدى حقيقيات النوى، فالآليات مشابهة ولكنها أكثر دقة؛ بالإضافة إلى ذلك، يعمل إصلاح النيوكليوتيدات غير المتزاوجة بشكل صحيح، وإصلاح التكسيرات المفردة والمزدوجة الشريط عن طريق الوضم المتماثل أو غير المتماثل للأطراف.
الأساسيات البيوكيميائية: البروتينات، الدهون، الكربوهيدرات
تتكون البروتينات من أحماض أمينية وتؤدي وظائف تحفيزية، ونقلية، وهيكلية، ودفاعية، وتنظيمية، وطاقوية، وتخزينية، ومستقبلية. مستويات التركيب: الأولية (التسلسل)، الثانوية (α-حلزونات، صفائح β)، الثالثية (الكروية)، والرباعية (مثل الهيموغلوبين).
الدهون (اللبيدات) هي مصدر مركز للطاقة، وأساس الأغشية، والسلائف للهرمونات الستيرويدية وفيتامين D، وتضمن امتصاص الفيتامينات الذوبانية في الدهون A، D، E، K. وتنقسم إلى مشبعة وغير مشبعة. وتتكسر إلى جلسرين وأحماض دهنية.
الكربوهيدرات هي المصدر الرئيسي للطاقة، وتخزن على شكل جليكوجين. البسيطة منها (جلوكوز، فركتوز) يتم امتصاصها بسرعة، بينما المعقدة (نشا، ألياف) ببطء. يتكون الأيض الخلوي من البناء (الأنابوليزم) (تخليق باستهلاك الطاقة) والهدم (الكاتابوليزم) (تحلل مع إطلاق الطاقة).
النقاط الرئيسية
- تحتوي الخلية حقيقية النية على عضيات غشائية؛ بينما تقتصر الخلية بدائية النية على المنطقة النووية (النووييد) والريبوصومات.
- النقل عبر الغشاء يكون سلبياً (الانتشار، الاسموزية) ونشطاً (مضخة Na⁺/K⁺، والإدخال والإخراج الخلوي).
- الانقسام المتساوي يضمن خلايا ابنة متطابقة، بينما الانقسام الاختزالي يضمن خلايا جنسية أحادية الصبغية وتباين توافقي.
- يتم ضغط الحمض النووي عبر الجسيمات النووية، واللولب، والحلقات، والكروموسوم.
- التضاعف شبه محافظ ومتضاد الاتجاه؛ ويحدث التخليق دائماً في الاتجاه 5′→3′.
- في حقيقيات النية، يخضع mRNA لإضافة القبعة، وإضافة عديد الأدينين، والقص واللصق قبل خروجه إلى السيتوبلازم.
- الشفرة الوراثية ثلاثية، عالمية، منحلة، وغير مبهمة (أحادية المعنى).
- يوحد الأيض عمليات البناء والهدم، مما يضمن توازن الطاقة في الخلية.