3. الفصل الثالث: مستوى التنظيم الخلوي

Chapter 3: The Cellular Level of Organization

ترجمة: د. شيريهان أحمد

مراجعة: د. حسام الجنايني

بعد دراسة هذا الفصل، ستكون قادرًا على:

  • شرح بنية ووظيفة الغشاء الخلوي بما في ذلك تنظيمه للمواد داخل وخارج الخلية
  • شرح وظائف العضيات السيتوبلازمية المختلفة
  • شرح بنية ومحتويات النواة بالإضافة إلى عملية ﺗﺿﺎﻋف اﻟﺣﻣض اﻟرﯾﺑﻲ اﻟﻧووي ﻣﻧﻘوص اﻷﮐﺳﺟﯾن (DNA)
  • شرح كيفية بناء الخلية للبروتينات عن طريق استخدام شفرة الحمض النووي DNA
  • ذِكر مراحل دورة الخلية بالترتيب، بما في ذلك خطوات الانقسام الخلوي في الخلايا الجسدية
  • مناقشة كيفية تمايز الخلية لتكون أكثر تخصصًا
  • ذِكر الخصائص الشكلية والفسيولوجية لبعض الخلايا الممثلة لأنواع الخلايا في جسم الإنسان

لقد نَمَوتَ من كونك خلية بويضة واحدة مخصبة لتُصبح كائنًا حيًا معقدًا يحتوي على تريليونات الخلايا التي تراها عندما تنظر في المرآة. وفي المراحل المبكرة من عملية النمو تتمايز الخلايا غير المتمايزة لتصبح خلايا متخصصة في بنيتها ووظيفتها. تُشكل هذه الأنواع المختلفة من الخلايا أنسجة متخصصة تعمل في تناغم لأداء الوظائف الضرورية للكائن الحي. يدرس علماء الأحياء الخلوية والتنموية كيف يؤدي الانقسام المستمر لخلية واحدة إلى حدوث مثل هذا التعقيد والتمايز.

انظر للفرق بين خلية بِنية الجلد والخلية العصبية، تجد أن الخلية المكونة للجلد قد تتشكل في صورة صفيحة مسطحة (حرشفية) وتعيش لفترة قصيرة من الزمن قبل أن يتم إحلالها واستبدالها. توفر خلايا الجلد الحرشفية، المرصوصة بإحكام في صفوف وطبقات، حاجزًا واقيًا للخلايا والأنسجة الموجودة تحتها. وعلى الجانب الآخر، قد تتشكل الخلايا العصبية في ما يشبه شكل النجمة التي يبرز منها تفرعات طويلة يبلغ طولها ما يقرب من المتر، وقد تعيش فترة بقاء الكائن الحي على قيد الحياة. تتمكن الخلايا العصبية عن طريق لواحقها الطويلة المتعرجة من التواصل مع بعضها البعض ومع باقي أنواع خلايا الجسم، وترسل الإشارات السريعة التي تُعَرِّف الكائن الحي ببيئته وتمكنه من التفاعل معها. توضح هذه الاختلافات أمرًا في غاية الأهمية، وهو أمرٌ ثابتٌ على كافة مستويات التنظيم الحيوي: وهو أن شكل أي تركيب يكون متوافق مع الكيفية المثلى لأداء وظائف محددة مخصصة لهذا التركيب. ضع هذا الأمر في ذهنك أثناء تجولك داخل الخلية وخلال تعرفك على أنواع الخلايا المختلفة في جسم الإنسان.

المساهمة في تحقيق الاستتباب  هي المسؤولية الأساسية لكل خلية، و الاستتباب هو مصطلح يستخدم في علم الأحياء يشير إلى حالة حيوية من التوازن ضمن المعايير التي تتوافق مع الحياة. على سبيل المثال، تحتاج الخلايا الحية لبيئة مائية كي تعيش فيها، وهناك العديد من الآليات الجسمانية (التشريحية) والفسيولوجية التي تُحافظ على رطوبة جميع تريليونات الخلايا الحية في جسم الإنسان، وهذا هو أحد جوانب الاستتباب. عندما ينحرف معيار معين كضغط الدم ومستوى الأكسجين في الدم، بعيدًا عن الاستتباب (يرتفع أو ينخفض بصورة كبيرة)، يؤدي ذلك حتمًا لحدوث علة أو مرض أو الوفاة في بعض الأحيان. بدأ مفهوم الخلية في الظهور بملاحظات مجهرية للعالم روبرت هوك لنسيج الفلين الميت في عام 1665، ودون إدراكٍ لوظيفتها أو لأهميتها، صاغ هوك مصطلح “خلية” بناءً على تشابه التقسيمات الفرعية الصغيرة في الفلين بالغرف التي سكنها الرهبان، والتي تسمى الخلايا. وبعد مرور ما يقرب من عشر سنوات، أصبح أنتوني فان ليفينهوك أول شخص يراقب الخلايا الحية والمتحركة تحت المجهر. وفي القرن التالي، تطورت النظرية القائلة بأن الخلايا تمثل الوحدة الأساسية للحياة. تحتوي هذا الأكياس الدقيقة الممتلئة بالسائل على المكونات المسؤولة عن آلاف التفاعلات الكيميائية الحيوية الضرورية لنمو وحياة الكائن الحي. ستتعرف في هذا الفصل على المكونات والوظائف الأساسية للخلية النموذجية المعممة، وستتطلع على بعض أنواع الخلايا المختلفة في جسم الإنسان.

After studying this chapter, you will be able to:

  • Describe the structure and function of the cell membrane, including its regulation of materials into and out of the cell
  • Describe the functions of the various cytoplasmic organelles
  • Explain the structure and contents of the nucleus, as well as the process of DNA replication
  • Explain the process by which a cell builds proteins using the DNA code
  • List the stages of the cell cycle in order, including the steps of cell division in somatic cells
  • Discuss how a cell differentiates and becomes more specialized
  • List the morphological and physiological characteristics of some representative cell types in the human body

You developed from a single fertilized egg cell into the complex organism containing trillions of cells that you see when you look in a mirror. During this developmental process, early, undifferentiated cells differentiate and become specialized in their structure and function. These different cell types form specialized tissues that work in concert to perform all of the functions necessary for the living organism. Cellular and developmental biologists study how the continued division of a single cell leads to such complexity and differentiation.

Consider the difference between a structural cell in the skin and a nerve cell. A structural skin cell may be shaped like a flat plate (squamous) and live only for a short time before it is shed and replaced. Packed tightly into rows and sheets, the squamous skin cells provide a protective barrier for the cells and tissues that lie beneath. A nerve cell, on the other hand, may be shaped something like a star, sending out long processes up to a meter in length and may live for the entire lifetime of the organism. With their long winding appendages, nerve cells can communicate with one another and with other types of body cells and send rapid signals that inform the organism about its environment and allow it to interact with that environment. These differences illustrate one very important theme that is consistent at all organizational levels of biology: the form of a structure is optimally suited to perform particular functions assigned to that structure. Keep this theme in mind as you tour the inside of a cell and are introduced to the various types of cells in the body.

A primary responsibility of each cell is to contribute to homeostasis. Homeostasis is a term used in biology that refers to a dynamic state of balance within parameters that are compatible with life. For example, living cells require a water-based environment to survive in, and there are various physical (anatomical) and physiological mechanisms that keep all of the trillions of living cells in the human body moist. This is one aspect of homeostasis. When a particular parameter, such as blood pressure or blood oxygen content, moves far enough out of homeostasis (generally becoming too high or too low), illness or disease—and sometimes death—inevitably results.

The concept of a cell started with microscopic observations of dead cork tissue by scientist Robert Hooke in 1665. Without realizing their function or importance, Hook coined the term “cell” based on the resemblance of the small subdivisions in the cork to the rooms that monks inhabited, called cells. About ten years later, Antonie van Leeuwenhoek became the first person to observe living and moving cells under a microscope. In the century that followed, the theory that cells represented the basic unit of life would develop. These tiny fluid-filled sacs house components responsible for the thousands of biochemical reactions necessary for an organism to grow and survive. In this chapter, you will learn about the major components and functions of a prototypical, generalized cell and discover some of the different types of cells in the human body.