زیست شناسی ۱۴۷۸۵ بازدید

همه سلول‌ها دارای ساختارهای تخصصی و درون‌سلولی هستند که برای زنده نگه داشتن سلول سازگار شده‌اند. برخی از اجزای سلول انرژی آزاد می‌کنند، در حالی که برخی دیگر پروتئین‌ها و مواد انتقال‌دهنده را آزاد می‌کنند و کنترل فعالیت‌های سلولی را بر عهده دارند. در این مقاله به طور مفصل به بررسی اجزای سلول‌های جانوری و سلول گیاهی، انواع سلول‌های بدن انسان و سلول‌های پروکاریوتی مانند باکتری‌ها می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته
اجزای سلول، توضیح ساختار و وظایف آن ها

سلول چیست؟

سلول واحد ساختاری و بنیادی حیات است. مطالعه سلول‌ها از ساختار اصلی آن تا عملکرد هر اندامک سلولی، زیست‌شناسی سلولی نامیده می‌شود. رابرت هوک اولین زیست‌شناسی بود که سلول‌ها را کشف کرد. همه موجودات از سلول تشکیل شده‌اند، آن‌ها ممکن است از یک سلول منفرد (تک سلولی) یا بسیاری از سلول‌ها (چند سلولی) تشکیل شده باشند. مایکوپلاسماها کوچک‌ترین سلول‌های شناخته شده هستند. سلول‌ها اجزای سازنده همه موجودات زنده و دارای سه بخش اصلی غشا، هسته و سیتوپلاسم هستند. سلول‌ها ساختاری را برای بدن فراهم می‌کنند و مواد مغذی گرفته شده از غذا را به انرژی تبدیل می‌کنند. سلول‌ها پیچیده هستند و اجزای سلول وظایف مختلفی را در یک موجود زنده انجام می‌دهند. آن‌ها در اشکال و اندازه‌های مختلف، تقریباً شبیه آجرهای ساختمان‌ها هستند.

سلول چیست
در این تصویر دو نوع سلول پروکاریوتی (سمت راست) و یوکاریوتی (سمت چپ) نشان داده شده است. همانطور که در تصویر نیز قابل مشاهده است سلول‌های پروکاریوتی مانند باکتری‌ها فاقد اندامک‌های داخل سلولی هستند در حالی که سلول‌های یوکاریوتی دارای اندامک‌ها و ساختارهای مختلف داخل سلولی هستند.

سلول‌ها پایین‌ترین سطح سازمان در هر شکل زندگی هستند. از ارگانیسمی به ارگانیسم دیگر، تعداد سلول‌‌ها ممکن است متفاوت باشد. سلول‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی در تعداد اجزای سلول و انواع آن‌ها با هم تفاوت‌های بسیاری دارند. تعداد سلول‌های انسان در مقایسه با باکتری‌ها بیشتر است. سلول‌ها شامل چندین اندامک سلولی هستند که عملکردهای تخصصی را برای انجام فرآیندهای زندگی انجام می‌دهند. هر اندامک ساختار خاصی دارد. مواد ارثی موجودات نیز در داخل سلول‌ها وجود دارد. در ادامه ویژگی‌های ضروری مختلف سلول‌ها آمده است:

  • سلول‌ها ساختار و پشتیبانی از بدن یک موجود زنده را فراهم می‌کنند.
  • درون سلول به اندامک‌های مختلف که توسط یک غشا مجزا احاطه شده‌اند سازماندهی شده است.
  • هسته (اندامک اصلی) اطلاعات ژنتیکی لازم برای تولید مثل و رشد سلول را در خود جای می‌دهد.
  • هر سلول دارای یک هسته و اندامک‌های متصل به غشا در سیتوپلاسم است.
  • میتوکندری، یک اندامک دوغشایی متصل به غشای سلول بوده که عمدتاً مسئول تبادلات انرژی حیاتی برای بقای سلول است.

اجزای سلول چه هستند؟

هر سلول دارای بخش‌های مختلفی شامل غشا، سیتوپلاسم، هسته و اندامک‌های سیتوپلاسمی است که با همکاری هم به حفظ حیات سلول کمک می‌کنند. درون هر سلول حیوانی یا گیاهی ساختارهای اتاق مانند بسیاری به نام اندامک وجود دارد. هر اندامک مکانی است که در آن کارهای خاصی انجام می‌شود. سلول‌های گیاهی و جانوری بسیاری از اندامک‌های مشابه را دارند. اما در برخی موارد، اندامک‌ها در سلول‌ها متفاوت هستند. به عنوان مثال، در سلول‌های گیاهی، انواع اندامک‌ها بیشتر از سلول‌های جانوری است. یا سلول‌های قارچی اندامک‌هایی دارند که در هیچ نوع سلول دیگری یافت نمی شوند.

اندامک سلولی چیست؟

اندامک هر ساختاری در داخل سلول است که عملکرد متابولیکی را انجام می‌دهد. سیتوپلاسم حاوی اندامک‌های مختلفی است که هر کدام عملکرد خاصی دارند. هسته یکی از اجزای سلول و بزرگ‌ترین اندامک سلولی است اما بخشی از سیتوپلاسم محسوب نمی‌شود. بسیاری از اندامک‌ها محفظه‌های سلولی هستند که توسط یک یا چند غشا از سیتوزول جدا می‌شوند و از نظر ساختار بسیار شبیه به غشای سلولی هستند، در حالی که سایر اندامک‌ها مانند سانتریول‌ها و ریبوزوم‌های آزاد غشایی ندارند.

اندامک سلولی
همان طور که در تصویر نشان داده شده اندامک‌ها از اجزای سلول و حاضر در سلول‌های گیاهی و جانوری هستند که هر کدام وظایفی را بر عهده دارند. سلول باکتری فاقد اندامک است.

غشاهای شبکه آندوپلاسمی خشن و صاف شبکه‌ای از لوله‌های به هم پیوسته را در داخل سلول‌ها تشکیل می‌دهند که با پوشش هسته‌ای پیوسته هستند. این اندامک‌ها همچنین به وسیله وزیکول‌ها به دستگاه گلژی و غشای پلاسمایی متصل می‌شوند. سلول‌های مختلف بسته به عملکردشان حاوی مقادیر متفاوتی از اندامک‌های مختلف هستند. به عنوان مثال، سلول‌های ماهیچه‌ای حاوی میتوکندری‌های زیادی هستند در حالی که سلول‌های لوزالمعده یا پانکراس که آنزیم‌های گوارشی را می‌سازند، حاوی ریبوزوم‌ها و وزیکول‌های ترشحی زیادی هستند. برای یافتن اطلاعات بیشتر در مورد اجزای سلول و یادگیری بهتر زیست‌شناسی سلولی می‌توانید به فرادرس زیر مراجعه کنید.

اجزای سلول گیاهی

علاوه بر هسته‌ای که تمام DNA گیاه را در خود جای می‌دهد، اندامک‌های دیگری نیز در هر سلول گیاهی وجود دارند. هر اندامک عملکرد خود را انجام می‌دهد تا گیاه بتواند رشد کند و تکثیر شود. سپس اندامک‌های تخصصی و اجزای سلول وجود دارند که فقط در برخی از انواع سلول‌ها دیده می‌شوند زیرا بخشی از عملکرد سلول، خاص آن‌ها است. به عنوان مثال سلول‌های ریشه گیاه قرار نیست کلروپلاست در خود داشته باشند زیرا ریشه‌ها نور خورشید را برای انجام فتوسنتز جذب نمی‌کنند. برخی از اندامک‌ها و اجزای سلول مختص سلول‌های گیاهی هستند، برخی مختص سلول‌های جانوری و برخی از آن‌ها مشترک هستند. در ادامه اجزای سلول گیاهی را نام برده‌ایم، در قسمت‌های بعدی تک تک اجزای سلول را بررسی و عملکردهای هر کدام را توضیح داده‌ایم.

  • دیواره سلولی
  • غشای پلاسمایی
  • شبکه اندپلاسمی نرم و زبر
  • ریبوزوم
  • واکوئل
  • هسته
  • پراکسی‌زوم
  • دستگاه گلژی
اجزای سلول گیاهی
در این تصویر تمامی اجزای سلول گیاهی نشان داده شده‌اند.

اجزای سلول جانوری

سلول‌های جانوری معمولاً کوچک‌تر از سلول‌های گیاهی هستند و یکی دیگر از ویژگی‌های بارز این نوع سلول‌ها شکل نامنظم آن‌ها است که به دلیل عدم وجود دیواره سلولی است. اما سلول‌های جانوری دارای اجزای سلول و اندامک‌های مشترک با سلول‌های گیاهی هستند زیرا هر دو از سلول‌های یوکاریوتی تکامل یافته‌اند. اجزای سلول در سلول‌های جانوری به طور معمول شامل موارد زیر هستند:

  • غشای سلولی
  • غشای هسته
  • هسته
  • سانتروزوم
  • لیزوزوم (وزیکول های سلولی)
  • سیتوپلاسم
  • دستگاه گلژی
  • میتوکندری
  • ریبوزوم
  • شبکه آندوپلاسمی (ER)
  • واکوئل
سلول جانوری
سلول‌های جانوری اجزای سلولی متفاوتی با سلول‌های گیاهی دارند و برخی از اجزای سلول گیاهی مانند دیواره در سلول جانوری وجود ندارد.

سلول های بدن انسان

یک سلول انسانی دارای مواد ژنتیکی است که در هسته سلول (ژنوم هسته) و در میتوکندری (ژنوم میتوکندری) وجود دارد. در انسان ژنوم هسته‌ای به 46 مولکول DNA خطی به نام کروموزوم، شامل 22 جفت کروموزوم همولوگ و یک جفت کروموزوم جنسی تقسیم می‌شود. ژنوم میتوکندری یک مولکول DNA حلقوی متمایز از DNA هسته‌ای است. اگرچه DNA میتوکندری در مقایسه با کروموزوم‌های هسته‌ای بسیار کوچک است، 13 پروتئین دخیل در تولید انرژی میتوکندری و tRNA های خاص را کد می‌کند. سلول‌های انسانی نیز از لحاظ ساختار و اجزای سلول شبیه سلول‌های سایر جانوران بوده و فقط تفاوت در ژنوم جانوران است که ظاهر آن‌ها را از هم متفاوت می‌کند.

انواع مختلفی از سلول‌های انسانی، بلوک‌های سازنده تمام بافت‌ها و اندام‌های انسان هستند. با شروع جنین، سلول‌ها تقسیم می‌شوند و شروع به تخصصی شدن به انواع سلول‌های مختلف می‌کنند که بدن انسان را می‌سازند. سلول‌های انسانی میکروسکوپی هستند و اندازه آن‌ها از گلبول قرمز 8 میکرومتری تا سلول پوستی 30 میکرومتری تا سلول تخم انسان 130 میکرومتری متغیر است. سلول‌های بنیادی قادر به تغییر و تبدیل به انواع دیگر سلول‌های موجود در بدن هستند. این فرآیند تمایز سلولی است و وظیفه رشد همه سلول‌های بدن فرد را بر عهده دارد. این بدان معناست که سلول‌های بنیادی می‌توانند به سلول‌های ماهیچه‌ای، سلول‌های چربی، سلول‌های استخوانی، سلول‌های خونی، سلول‌های عصبی، سلول‌های اپیتلیال، سلول‌های ایمنی، سلول‌های جنسی و غیره تمایز پیدا کنند.

انواع سلول انسان
سلول‌های بنیادی انسان قابلیت تمایز به انواع سلول‌های موجود در بافت‌های مختلف را دارد. هر کدام از انواع سلول‌های انسانی وظایف خاص خود را بر عهده دارند. مثلا وظیفه سلول عصبی انتقال پیام‌های عصبی به مغز و انواع سیستم عصبی است.

اجزای سلول باکتری

باکتری‌ها نسبت به سلول‌های گیاهی و جانوری ساده‌تر بوده و فاقد اندامک‌های سلولی واقعی هستند در این میان یکی از مهم‌ترین ساختارهای یک سلول باکتری، دیواره سلولی است. دیواره‌های سلولی باکتری عملکردهای کمی دارند. آن‌ها از باکتری‌ها در برابر ترکیدن محافظت می‌کنند و همچنین به باکتری‌ها در حفظ شکل کمک کرده و در نهایت، آن‌ها مولکول‌هایی را که به داخل و خارج سلول می‌روند، کنترل می‌کنند. دانشمندان می‌توانند از ضخامت دیواره سلولی برای شناسایی و دسته‌بندی انواع مختلف باکتری‌ها استفاده کنند. در ادامه دیگر اجزای سلول باکتری بیان شده‌اند.

  • پیلی: ساختارهای مو مانندی که به باکتری‌ها کمک می‌کند به سطوح و سایر باکتری‌ها بچسبند.
  • پلاسمیدها: پلاسمید مواد ژنتیکی (DNA) به صورت دایره‌ای بوده و بخشی از اطلاعات ژنتیکی سلول باکتری را در خود دارند.
  • ریبوزوم‌ها: تنها شبه اندامکی که در سلول‌های باکتری وجود دارند ریبوزوم‌ها هستند. این ساختارها در تولید پروتئین‌ها نقش دارند.
  • سیتوپلاسم: یک ماده ژل‌مانند که در آن ریبوزوم‌ها و مواد ژنتیکی معلق هستند.
  • غشای سیتوپلاسمی: لایه نازکی از فسفولیپیدها و پروتئین‌ها در سلول باکتری بوده که حرکت مواد مغذی را به داخل و خارج از سلول کنترل می‌کند.
  • دیواره سلولی: یک دیواره سفت و سخت که به حفظ شکل سلول و ساختار آن کمک کرده و از غشای پلاسمایی محافظت می‌کند.
  • کپسول: لایه سومی که به جلوگیری از خشک شدن باکتری‌ها کمک کرده و در جذب میکروارگانیسم‌های بزرگ‌تر نقش دارد. کپسول از اجزای سلول نادر بوده که فقط در برخی از انواع باکتری‌ها وجود دارد.
  • نوکلئوئید: به ناحیه‌ای از سلول باکتری که حاوی توده‌ای از مواد ژنتیکی (DNA) است نوکلئوئید گفته می‌شود.
  • تاژک: ساختاری که به باکتری‌ها کمک می‌کند تا در اطراف حرکت کرده و محیط خود را حس کنند.
سلول باکتری
در این تصویر اجزای سلول باکتری به خوبی نشان داده شده است.

فیلم آموزش زیست‌شناسی سلولی و مولکولی – مبانی و مفاهیم مقدماتی

آموزش زیست سلولی و مولکولی

زیست‌شناسی سلولی و موکولی از دروس مهم در بسیاری از شاخه‌های زیست‌شناسی، مهندسی کشاورزی و همچنین رشته‌های بالینی است. این علم علاوه بر دانشجویان برای دانش‌آموزان فعال و داوطلبین المپیادها نیز جزو دروس مهم به شمار می‌رود. اجزای سلول و نحوه تقسیمات سلولی و همانندسازی DNA از مباحث ضروری جهت یادگیری و شناخت هرچه بهتر زیست‌شناسی سلولی و مولکولی است که در این فرادرس به خوبی به آن پرداخته شده است.

این آموزش توسط آقای فرشید شیرافکن (دانشجوی دکتری تخصصی بیوانفورماتیک) ارائه شده است که تمامی مباحث مرتبط با سلول به استثنای همانندسازی و رونویسی را پوشش می‌دهد و در قالب ۹ درس شامل مولکول‌های زیستی، سلول، پروتئین، ساختار نوکلئیک اسید – DNA و RNA، همانندسازی (Replication)، رونویسی (Transcription)، ترجمه (Translation)، تنظیم بیان ژن، تقسیم سلولی، کروموزوم، چرخه سلولی، میتوز، میوز تدریس و به کمک تیم فرادرس آماده‌سازی و تدوین شده است. مدت زمان این آموزش ۷ ساعت و ۶ دقیقه است.

  • برای مشاهده فیلم ​آموزش زیست‌شناسی سلولی و مولکولی – مبانی و مفاهیم مقدماتی  + اینجا کلیک کنید.

اجزای سلول، توضیح ساختار و وظایف آن ها

در سلول‌های مختلف اجزای سلولی مشترک بسیاری وجود دارند. به عنوان مثال در سلول‌های گیاهی، جانوری و باکتریایی غشای پلاسمایی مشترک است و تقریبا خواص یکسانی دارد. همچنین بسیاری از اندامک‌های داخل سلولی عملکرد‌های یکسانی را در سلول‌های گیاهی و جانوری بر عهده دارند. در ادامه به طور کامل ساختار و عملکرد تمامی اجزای سلول و اندامک‌های سیتوپلاسمی را بررسی کرده‌ایم.

دیواره سلولی چیست؟

دیواره سلولی از دیگر اجزای سلول و یک لایه سخت و محکم در اطراف غشای پلاسمایی است که پشتیبانی مکانیکی از سلول را فراهم می‌کند. این یک ساختار غیر زنده است که توسط پروتوپلاست زنده تشکیل شده است. سلول‌های جانوری دیواره سلولی ندارند. این ساختار در اکثر سلول‌های گیاهی، قارچ‌ها، باکتری‌ها، جلبک‌ها و برخی از آرکئاها وجود دارند. در سلول‌های گیاهی، دیواره سلولی از سلولز، همی‌سلولز، پکتین و پروتئین تشکیل شده است. در بسیاری از قارچ‌ها، دیواره سلولی از کیتین تشکیل شده است و در باکتری‌ها، دیواره سلولی حاوی کمپلکس‌های پروتئین، لیپیدی و پلی ساکاریدی است. دیواره سلولی عملکردهای مهم بسیاری از جمله حفاظت، ساختار و پشتیبانی در سلول دارد.

ساختار دیواره سلولی (گیاهی، قارچی، باکتریایی)

لایه سفت و سختی از پلی ساکاریدها که غشای سلول‌های گیاهی و پروکاریوتی را در بر می‌گیرد، شکل سلول را حفظ می‌کند و به عنوان یک مانع محافظ عمل می‌کند. در ادامه ساختار دیواره سلولی هر کدام از سلول‌های گیاهی، قارچی و باکتریایی را بررسی می‌کنیم.

دیواره سلولی گیاهی

دیواره سلولی گیاهی چندلایه است و از سه بخش تشکیل شده است. از بیرونی‌ترین لایه دیواره سلولی، این لایه‌ها به عنوان تیغه میانی، دیواره سلولی اولیه و دیواره سلولی ثانویه شناسایی می‌شوند. در حالی که همه سلول‌های گیاهی دارای یک لایه میانی و دیواره سلولی اولیه هستند، همه آن‌ها دارای دیواره سلولی ثانویه نیستند.

  • «تیغه میانی» (Middle lamella): این لایه دیواره سلولی خارجی حاوی پلی ساکاریدهایی به نام پکتین است. پکتین‌ها با کمک به دیواره‌های سلولی سلول‌های مجاور برای اتصال به یکدیگر به چسبندگی سلولی کمک می‌کنند.
  • «دیواره سلولی اولیه» (Primary cell wall): این لایه بین لایه میانی و غشای پلاسمایی در سلول‌های گیاهی در حال رشد تشکیل می‌شود. این ماده عمدتاً از میکروفیبریل‌های سلولز تشکیل شده است که در یک ماتریکس ژل مانند از الیاف همی‌سلولز و پلی ساکاریدهای پکتین قرار دارند. دیواره سلولی اولیه استحکام و انعطاف‌پذیری لازم را برای رشد سلولی را فراهم می‌کند.
  • «دیواره سلولی ثانویه» (Secondary cell wall): این لایه بین دیواره سلولی اولیه و غشای پلاسمایی در برخی از سلول‌های گیاهی تشکیل می‌شود. هنگامی که تقسیم و رشد دیواره سلولی اولیه متوقف شد، ممکن است ضخیم شود و دیواره سلولی ثانویه تشکیل شود. این لایه سفت سلول را تقویت و پشتیبانی می‌کند. علاوه بر سلولز و همی‌سلولز، برخی از دیواره‌های سلولی ثانویه حاوی لیگنین هستند. لیگنین دیواره سلولی را تقویت می‌کند و به هدایت آب در سلول‌های بافت گیاهی آوندی گیاه کمک می‌کند.
دیواره سلولی گیاهی
در این تصویر بخش‌ها مختلف دیواره سلولی گیاهی نشان داده شده است.

دیواره سلولی قارچی

دیواره سلولی قارچی از اجزای سلول قارچ و ماتریکسی از سه جزء اصلی کیتین، گلوکان و پروتئین است که در ادامه هر کدام را توضیح می‌دهیم:

  • کیتین: پلیمرهایی که عمدتاً از زنجیره‌های غیرشاخه‌ای از N-استیل گلوکزامین مرتبط با β-(1،4) در آسکومیست‌ها و بازیدیومیست‌ها یا N-استیل گلوکزامین مرتبط با پلی-β-(1،4) (کیتوزان) تشکیل شده‌اند. در زیگومیست‌ها کیتین و کیتوزان هر دو در غشای پلاسمایی سنتز و بیرون آمده‌اند.
  • گلوکان‌ها: پلیمرهای گلوکز که برای پیوند متقابل کیتین یا پلیمرهای کیتوزان عمل می‌کنند. بتا گلوکان‌ها مولکول‌های گلوکز هستند که از طریق پیوندهای β-(1،3)- یا β-(1،6)- به هم متصل شده‌اند و سفتی دیواره سلولی را فراهم می‌کنند. در حالی که α-گلوکان‌ها با پیوندهای α-(1،3) یا α-(1،4) تعریف می‌شوند و به عنوان بخشی از ماتریکس عمل می‌کنند.
  • پروتئین‌ها: آنزیم‌های لازم برای سنتز و لیز دیواره سلولی علاوه بر پروتئین‌های ساختاری همگی در دیواره سلولی وجود دارند. بیشتر پروتئین‌های ساختاری موجود در دیواره سلولی گلیکوزیله بوده و حاوی مانوز (یکی از قندهای شش کربنی) هستند، بنابراین این پروتئین‌ها مانوپروتئین یا مانان نامیده می‌شوند.
دیواره سلولی قارچی
در این تصویر ساختار دیواره سلولی قارچی نشان داده شده است.

دیواره سلولی باکتریایی

دیواره‌های سلولی باکتری از پپتیدوگلیکان (مورئین نیز نامیده می‌شود) ساخته شده‌اند که از زنجیره‌های پلی‌ساکارید که توسط پپتیدهای غیرمعمول حاوی اسیدهای آمینه D به هم متصل شده‌اند، ساخته شده‌اند. برخی از ویژگی‌های دیواره سلولی باکتریایی در ادامه بیان شده‌اند.

  • ساختار دیواره سلولی منحصر به فرد است و از زیر واحدهای دی ساکارید – پنتاپپتید تشکیل شده است.
  • N-استیل گلوکز آمین و N-استیل مورامیک اسید اجزای قند متناوب، با زنجیره اسید آمینه مرتبط با مولکول‌های مورامیک اسید هستند.
  • پلیمرهای این زیر واحدها با استفاده از پل‌های پپتیدی به یکدیگر متصل می‌شوند و صفحات پپتیدوگلیکان را تشکیل می‌دهند. به نوبه خود، لایه‌های این ورق‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند و ساختاری چندلایه و متقاطع با استحکام قابل‌توجه را تشکیل می‌دهند. این ساختار پپتیدوگلیکان کل سلول را احاطه کرده است.
  • یک تفاوت قابل توجه بین دیواره سلولی باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی، لایه پپتیدوگلیکان ضخیم‌تر در باکتری‌های گرم مثبت است.
  • علاوه بر این، دیواره سلولی باکتری‌های گرم مثبت حاوی اسیدهای تیکوئیک (به عنوان مثال، پلیمرهای گلیسرول یا ریبیتول فسفات همراه با انواع قندها، اسیدهای آمینه و قندهای آمینه) است.
دیواره سلولی باکتریایی
در این تصویر دیواره سلولی باکتریایی و تفاوت‌های بین دیواره سلولی در باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی به خوبی نشان داده شده است.

وظیفه دیواره سلولی

وظیفه حیاتی دیواره سلولی محافظت و حفظ شکل سلول است. همچنین به سلول کمک می‌کند تا در برابر فشار تورژسانس سلول مقاومت کند. با ارائه سیگنال‌هایی به سلول، تقسیم سلولی را آغاز می‌کند و اجازه عبور برخی از مولکول‌ها به داخل سلول را می‌دهد در حالی که برخی دیگر را مسدود می‌کند. در ادامه تمامی وظایف دیواره سلولی را بررسی می‌کنیم.

  • پشتیبانی: دیواره سلولی استحکام و پشتیبانی مکانیکی را فراهم کرده و همچنین جهت رشد سلول را کنترل می‌کند.
  • مقاومت در برابر فشار تورژسانس: فشار تورژسانس نیرویی است که به دیواره سلولی وارد می‌شود زیرا محتویات سلول غشای پلاسمایی را به دیواره سلولی فشار می‌دهد. این فشار به گیاه کمک می‌کند تا سفت و بلند بماند، اما همچنین می‌تواند باعث پارگی سلول شود.
  • تنظیم رشد: دیواره سلولی سیگنال‌هایی را برای سلول ارسال می‌کند تا وارد چرخه سلولی شده و تقسیم و رشد کند.
  • تنظیم انتشار: دیواره سلولی متخلخل است و به برخی از مواد، از جمله پروتئین‌ها اجازه می‌دهد به داخل سلول عبور کنند و در عین حال مواد دیگر را خارج از سلول نگه می‌دارد.
  • ارتباط: سلول‌ها از طریق پلاسمودسماتا (منافذ یا کانال‌های بین دیواره‌های سلولی گیاهی که به مولکول‌ها و سیگنال‌های ارتباطی اجازه می‌دهند بین سلول‌های گیاهی منفرد عبور کنند) با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.
  • محافظت: دیواره سلولی مانعی برای محافظت در برابر ویروس‌های گیاهی و سایر عوامل بیماری‌زا ایجاد کرده و همچنین به جلوگیری از هدررفت آب کمک می‌کند.
  • ذخیره سازی: دیواره سلولی کربوهیدرات‌ها را برای استفاده در رشد گیاهان به ویژه در دانه‌ها ذخیره می‌کند.

غشا پلاسمایی چیست؟

غشاها از اجزای سلول و شامل ساختارهای لیپیدی هستند که محتویات محفظه‌ای را که احاطه کرده‌اند از محیط اطراف آن جدا می‌کنند. غشاهای پلاسمایی سلول را از محیط آن جدا می‌کند در حالی که غشاهای دیگر مرزهای اندامک‌ها را مشخص می‌کنند و ماتریکسی را فراهم می‌کنند که بر اساس آن واکنش‌های شیمیایی پیچیده‌ای می‌تواند رخ دهد. غشای پلاسمایی که به عنوان غشای سطح سلولی یا پلاسمالما نیز شناخته می‌شود، مرز سلول را مشخص می‌کند. این یک پوشش دولایه فسفولیپیدی با پروتئین‌های جاسازی شده است که هر سلول زنده را در بر می‌گیرد. حرکت مواد به داخل و خارج سلول را تنظیم کرده و سیگنال‌های الکتریکی بین آن‌ها را تسهیل می‌کند.

غشای پلاسمایی
غشای پلاسمی فضای داخل سلولی را از خارج آن جدا می‌کند.

گفته می‌شود که غشا نیمه تراوا است زیرا به مولکول‌های خاصی اجازه ورود به سلول را می‌دهد اما مولکول‌های دیگر را اجازه نمی‌دهد. برخی از عملکردهای خاص مانند کنترل جریان مواد مغذی و یون‌ها به داخل و خارج سلول‌ها، ایجاد واسطه‌های پاسخ سلول به محرک‌های خارجی (فرآیندی به نام انتقال سیگنال) و تعامل با سلول‌های مرزی توسط غشا انجام می‌شود.

ساختار و ترکیبات غشای پلاسمایی

تمام غشاهای بیولوژیکی بر اساس یک الگوی استاندارد ساخته می‌شوند. آن‌ها از یک ساختار دولایه پیوسته از لیپیدهای آمفی‌پاتیک به ضخامت تقریبی 5 نانومتر تشکیل شده‌اند که پروتئین‌ها در آن جاسازی شده‌اند. علاوه بر این، برخی از غشاها نیز کربوهیدرات‌ها (مونو و الیگوساکاریدها) را در قسمت بیرونی خود حمل می‌کنند که به لیپیدها و پروتئین‌ها متصل می‌شوند. نسبت چربی‌ها، پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها بسته به نوع سلول و غشا به طور قابل توجهی متفاوت است.

جزء اصلی غشاها لیپیدها هستند. لیپیدهای غشای پلاسمایی به شکل فسفولیپیدهایی هستند که حاوی یک گروه سر قطبی متصل به دو دم اسید چرب آب‌گریز هستند. گروه سر رو به محیط آبی است، اسید چرب در دم لایه داخلی قرار می‌گیرد. در ادامه سایر ساختارهای قرار گرفته در غشا را بررسی کرده‌ایم.

  • لیپیدهای مبتنی بر گلیسرول حاوی اسکلت‌های گلیسرولی هستند و از اسید فسفاتیدیک (PA)، فسفاتیدیل اتانول آمین (PE)، فسفاتیدیل کولین (PC)، فسفاتیدیل سرین (PS)، فسفاتیدیل گلیسرول (PG)، فسفاتیدیل لیپین (CL) و کاردیولیزیتول (CL) تشکیل شده‌اند. یک لیپید مبتنی بر اسفنگوزین اسفنگومیلین (SM) است.
  • کلسترول در غشاهای یوکاریوتی وجود دارد و سیالیت غشا را در دماهای مختلف حفظ می‌کند. سیالیت نیز با محتوای اسیدهای چرب غیراشباع در غشا، که در دمای اتاق مایع هستند، و طول زنجیره اسیدهای چرب (زنجیره‌های کوتاه‌تر سیال‌تر از زنجیره‌های بلندتر هستند) تعیین می‌شود.
  • «پروتئین‌های جاسازی شده» (The embedded proteins) در غشای پلاسمایی به عنوان کانال یا ناقل برای حرکت ترکیبات در سراسر غشا، به عنوان گیرنده برای اتصال هورمون‌ها و انتقال‌دهنده‌های عصبی، یا به عنوان پروتئین‌های ساختاری عمل می‌کنند.
  • «پروتئین‌های محیطی غشا» (The peripheral membrane proteins) از طریق اسکلت غشای داخلی یا اسکلت قشری، از غشا حمایت مکانیکی می‌کنند. نمونه‌ای از این پروتئین‌ها اسپکترین در غشای گلبول قرمز است. این پروتئین‌ها را می‌توان توسط ترکیبات شیمیایی یونی از غشا خارج کرد.
  • سومین نوع پروتئین‌های غشایی، پروتئین‌های گلیکوفسفاتیدیلینوزیتول (GPI) لنگردار گلیکان هستند. یکی از نمونه‌های پروتئین لنگردار GPI، پروتئین پریون است که در غشاهای عصبی وجود دارد.
  • گلیکوکالیکس غشای پلاسمایی شامل زنجیره‌های کوتاهی از کربوهیدرات‌های متصل به پروتئین‌ها و لیپیدها است که در محیط آبی گسترش می‌یابد و سلول را از هضم محافظت می‌کند و همچنین جذب مولکول‌های آب‌گریز را محدود می‌کند.
ساختار غشای سلول
در این تصویر ساختار غشای سلولی و بخش‌های مختلف آن نشان داده شده است.

سیالیت غشا به چه علت است؟

لیپیدهای غشایی مولکول‌های شدیداً آمفی‌پاتیک با «گروه سر» آبدوست قطبی و «دم» آبگریز قطبی هستند. در غشاها، آن‌ها عمدتاً توسط اثر آب‌گریز و نیروهای ضعیف واندروالس در کنار هم قرار می‌گیرند و بنابراین نسبت به یکدیگر متحرک هستند. این به غشاها کیفیت کم و بیش سیال می‌دهد. لیپیدها و پروتئین‌ها در داخل غشا متحرک هستند. اگر با مکانیسم‌های خاصی در جای خود ثابت نشوند، مانند یک مایع دوبعدی درون لایه لیپیدی شناور می‌شوند. بنابراین غشاهای بیولوژیکی به عنوان یک «موزاییک سیال» نیز توصیف می‌شوند.

عملکرد غشای پلاسمایی

مهم‌ترین غشای سلول‌های جانوری غشای پلاسمایی، غشای هسته داخلی و خارجی، غشای شبکه آندوپلاسمی (ER) و دستگاه گلژی و غشای داخلی و خارجی میتوکندری است. لیزوزوم‌ها، پراکسی‌زوم‌ها و وزیکول‌های مختلف نیز توسط غشا از سیتوپلاسم جدا می‌شوند. در گیاهان، غشاهای اضافی در پلاستیدها و واکوئل‌ها دیده می‌شود. غشاها و اجزای آن وظایف زیر را بر عهده دارند:

  • محصور کردن و عایق‌بندی سلول‌ها و اندامک‌ها: محفظه‌ای که توسط غشای پلاسمایی ارائه می‌شود، سلول‌ها را از نظر مکانیکی و شیمیایی از محیط خود محافظت می‌کند. غشای پلاسمایی برای حفظ تفاوت در غلظت بسیاری از مواد بین بخش‌های درون سلولی و خارج سلولی ضروری است.
  • حمل و نقل منظم مواد: این محیط داخلی را تعیین می‌کند و پیش‌شرطی برای هموستاز با حفظ غلظت ثابت مواد و پارامترهای فیزیولوژیکی است.
  • هدایت سیگنال: غشا در دریافت سیگنال‌های خارج سلولی و انتقال این سیگنال‌ها به داخل سلول و همچنین تولید سیگنال نقش دارد.
  • کاتالیز آنزیمی واکنش‌ها: آنزیم‌های مهم در غشاهای سطح مشترک بین فازهای لیپیدی و آبی قرار دارند. اینجاست که واکنش‌ها با بسترهای آپولار (غیر قطبی) اتفاق می‌افتد. مهم‌ترین واکنش‌ها در تبدیل انرژی فسفوریلاسیون اکسیداتیو و فتوسنتز نیز در غشاها رخ می‌دهد.
  • تعامل با سلول‌های دیگر: غشا در اهداف همجوشی سلولی، تشکیل بافت و همچنین ارتباط با ماتریکس خارج سلولی نقش دارد.
  • لنگر انداختن اسکلت سلولی: غشای سلولی در حفظ شکل سلول‌ها و اندامک‌ها و ایجاد زمینه برای فرآیندهای حرکتی سلول نقش دارد.
عملکرد غشای پلاسمایی
غشای سلول به کمک انواع پروتئین‌های کانالی و ناقل‌ها با سایر سلول‌ها و محیط خارج سلولی ارتباط برقرار می‌کند.

معرفی فیلم آموزش بیوشیمی غشا

فیلم بیوشیمی غشا

غشای سلولی با نقش‌های متنوعی که دارد، هماهنگی هر یک از اجزای سلول با محیط اطراف خود را موجب می‌شود و به عنوان یک مرز، سلول‌ها و اندامک‌ها را از محیط اطراف خود مجزا می‌کند. امروزه به کمک شناخت بیشتر از غشای سلول‌های جانوری فرایند اختراع و کشف داروهای مهم تسهیل شده است.

این فرادرس که توسط آقای محمدمهدی باباشمسی، دانشجوی دکتری بیوشیمی بالینی دانشگاه علوم پزشکی بابل تدریس و به کمک تیم فرادرس تهیه و تدوین شده است شامل سرفصل‌های مختلفی از جمله ساختمان غشا، وظایف غشا، غشای ساختارهای درون سلولی، اختلالات غشایی و بیماری‌های مرتبط با غشا و کاربردهای ساختارهای غشایی است. این آموزش ویدئویی برای دانشجویان رشته‌های زیست‌شناسی (گرایش‌های مختلف)، داروسازی، بیوشیمی بالینی، فیزیولوژی و دانش‌آموزان فعال و المپیادی مناسب است.

سیتوپلاسم چیست؟

سیتوپلاسم ماده زمینی نیمه چسبناک سلول بوده و تمام حجم این ماده چسبناک در خارج از هسته و داخل غشای پلاسمایی سلول است. سیتوپلاسم گاهی اوقات به عنوان محتوای غیر هسته‌ای پروتوپلاسم توصیف می‌شود. تمام محتویات سلولی در پروکاریوت‌ها داخل سیتوپلاسم سلول وجود دارد. در موجودات یوکاریوتی، هسته سلول از سیتوپلاسم جدا شده است. سیتوپلاسم ماده حیاتی سلول است و به عنوان یک سوپ مولکولی عمل می‌کند. در سیتوپلاسم همه اندامک‌های سلولی معلق هستند و توسط یک غشای دولایه لیپیدی به هم متصل می‌شوند. سیتوپلاسم در سال 1835 توسط رابرت براون و دانشمندان دیگر کشف شد.

سیتوپلاسم از 70 تا 80 درصد آب تشکیل شده و معمولاً بی‌رنگ بوده و حاوی پروتئین، کربوهیدرات، نمک، قند، اسیدهای آمینه و نوکلئوتید است. سیتوپلاسم از مواد مغذی و همچنین مواد زائد محلول تشکیل شده است. لایه بیرونی شفاف و شیشه‌ای سیتوپلاسم اکتوپلاسم یا قشر سلولی و بخش دیگر که توده دانه‌ای داخلی بوده اندوپلاسم نامیده می‌شود. ناحیه محیطی سیتوپلاسم ماده‌ای غلیظ و ژله مانند است که به پلاسموژل معروف است. ناحیه اطراف ناحیه هسته‌ای نازک و به صورت مایع است و به پلاسموسول معروف است. ماهیت فیزیکی سیتوپلاسم متغیر است. گاهی اوقات، انتشار سریع در سراسر سلول وجود دارد و سیتوپلاسم را شبیه یک محلول کلوئیدی می‌کند. در مواقع دیگر، به نظر می‌رسد که خواص یک ماده ژل‌مانند یا شیشه‌ای را به خود می‌گیرد. سیتوپلاسم به حرکت مواد سلولی در اطراف سلول از طریق فرآیندی به نام جریان سیتوپلاسمی کمک می‌کند.

سیتوپلاسم
سیتوپلاسم بخش داخل سلول و محصول شده توسط غشا است که در سلول‌های یوکاریوتی حاوی اندامک‌های مختلفی است.

ساختار سیتوپلاسم چگونه است؟

اجزای اصلی سیتوپلاسم شامل سیتوزول (یک ماده ژل مانند)، اندامک‌ها که ساختارهای فرعی داخل سلول محسوب می‌شوند و همچنین اجزا و مولکول‌های مختلف شناور در سیتوپلاسم هستند. در ادامه هر کدام از این ساختارهای سیتوپلاسمی را بیشتر بررسی می‌کنیم.

سیتوزول چیست؟

سیتوزول بخشی از سیتوپلاسم است که توسط هیچ اندامکی اشغال نشده است. این یک مایع ژلاتینی است که سایر اجزای سیتوپلاسم در آن معلق می‌مانند. این بخش عمدتا از رشته‌های اسکلت سلولی، مولکول‌های آلی، نمک و آب تشکیل شده است.

اندامک های سیتوپلاسمی

اندامک‌ها به معنای اندام‌های کوچک هستند که به غشا متصل هستند. آن‌ها در داخل سلول حضور دارند و عملکردهای خاصی را انجام می‌دهند که برای بقای سلول ضروری است. برخی از اجزای سلولی که در سیتوزول معلق هستند، اندامک‌های سلولی مانند میتوکندری، شبکه آندوپلاسمی، دستگاه گلژی، واکوئل‌ها، لیزوزوم‌ها ‌و کلروپلاست‌ها در سلول‌های گیاهی هستند.

اجزای معلق در سیتوپلاسم

اجزای سیتوپلاسمی شامل انواع مختلفی از ذرات یا مولکول‌های نامحلول هستند که در سیتوزول معلق می‌مانند. اجزای سیتوپلاسمی توسط هیچ غشایی احاطه نشده‌اند. آن‌ها اساسا گرانول‌های نشاسته و گلیکوژن هستند و می‌توانند انرژی ذخیره کنند. طیف وسیعی از این اجسام و مولکول‌ها در انواع مختلف سلول وجود دارد. این موارد شامل کریستال‌های اگزالات کلسیم یا کریستال‌های دی اکسید سیلیکون در گیاهان تا دانه‌های ذخیره‌سازی موادی مانند نشاسته، گلیکوژن و غیره هستند. قطرات چربی نمونه‌ای از مولکول‌های معلق در سیتوپلاسم هستند، این قطرات کروی بوده، از لیپیدها و پروتئین‌ها ساخته شده‌اند و در پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها به عنوان محیطی برای ذخیره لیپیدهایی مانند اسیدهای چرب و استرول‌ها وجود دارند.

سیتوزول و اندامک ها
در این تصویر قسمت‌های مختلف سیتوپلاسم نشان داده شده است.

وظیفه سیتوپلاسم چیست؟

سیتوپلاسم محل اکثر واکنش‌های آنزیمی و فعالیت متابولیکی سلول است و در افزایش حجم و رشد سلول نقش اصلی را دارد. سیتوپلاسم محیطی را برای معلق ماندن اندامک‌ها فراهم می‌کند. سیتوپلاسم به عنوان یک بافر عمل کرده و از مواد ژنتیکی سلول و همچنین اندامک‌های سلولی در برابر آسیب‌های ناشی از حرکت و برخورد با سلول‌های دیگر محافظت می‌کند. در ادامه برخی دیگر از وظایف سیتوپلاسم را برمی‌شماریم.

  • تنفس سلولی در سیتوپلاسم و با فرایند گلیکولیز شروع می‌شود. این واکنش واسطه‌هایی را فراهم می‌کند که توسط میتوکندری‌ها برای تولید ATP استفاده می‌شود.
  • ترجمه mRNA به پروتئین روی ریبوزوم‌ها نیز بیشتر در سیتوپلاسم انجام می‌شود.
  • سیتوپلاسم همچنین حاوی مونومرهایی است که اسکلت سلولی را تولید می‌کنند. اسکلت سلولی علاوه بر این که برای فعالیت‌های طبیعی سلول مهم است، برای سلول‌هایی که شکل تخصصی دارند نیز اهمیت زیادی دارد.
  • سیتوپلاسم همچنین در ایجاد نظم در داخل سلول با مکان‌های خاص برای اندامک‌های مختلف نقش دارد. به عنوان مثال، هسته معمولاً به سمت مرکز سلول، با یک سانتروزوم در نزدیکی آن دیده می‌شود.
  • جریان سیتوپلاسمی برای قرار دادن کلروپلاست‌ها در نزدیکی غشای پلاسمایی برای بهینه‌سازی فتوسنتز و برای توزیع مواد مغذی در کل سلول مهم است. در برخی از سلول‌ها، مانند تخمک‌های موش، انتظار می‌رود که جریان سیتوپلاسمی نقشی در تشکیل بخش‌های فرعی سلولی و همچنین در موقعیت‌یابی اندامک‌ها داشته باشد.
  • وراثت سیتوپلاسمی نیز با وجود دو اندامک کلروپلاست و میتوکندری که دارای ژن هستند وجود دارد. این اندامک‌ها مستقیماً از طریق تخمک از مادر به ارث می‌رسند و بنابراین ژن‌هایی را تشکیل می‌دهند که خارج از هسته به ارث می‌رسند. این اندامک‌ها مستقل از هسته تکثیر می‌شوند و به نیازهای سلول پاسخ می‌دهند.
وظیفه سیتوپلاسم
برخی از اندامک‌های سیتوپلاسمی مانند میتوکندری و کلروپلاست در وراثت سلول نقش دارند.

هسته سلول چیست؟

هسته سلولی یک ساختار متصل به غشای سلولی بوده که حاوی اطلاعات ارثی سلول است و رشد و تولید مثل سلول را کنترل می‌کند. این مرکز فرماندهی یک سلول یوکاریوتی است و معمولاً برجسته‌ترین اندامک در یک سلول است که حدود 10 درصد از حجم سلول را تشکیل می‌دهد. به طور کلی، یک سلول یوکاریوتی تنها یک هسته دارد، در حالی که برخی از سلول‌های یوکاریوتی به عنوان مثال، گلبول‌های قرمز خون (RBCs) سلول‌های بدون هسته هستند. بسیاری از سلول‌های یوکاریوتی از جمله سلول‌های عضلانی و برخی از کپک‌ها به عنوان مثال کپک‌های لجنی از دو یا چند هسته تشکیل شده‌اند. هسته توسط یک غشای هسته‌ای از بقیه سلول یا سیتوپلاسم جدا می‌شود.

ساختار هسته چگونه است؟

ساختار یک هسته شامل غشای هسته، نوکلئوپلاسم، کروموزوم‌ها و هستک است. در ادامه هر کدام از بخش‌های مختلف هسته سلول را بیشتر توضیح می‌دهیم.

  • غشای هسته: غشای هسته‌ای ساختاری دولایه است که محتویات هسته را در بر می‌گیرد. لایه بیرونی غشا به شبکه آندوپلاسمی متصل است. مانند غشای سلولی، پوشش هسته‌ای از فسفولیپیدهایی تشکیل شده است که یک لایه لیپیدی را تشکیل می‌دهند. پوشش به حفظ شکل هسته کمک می‌کند و به تنظیم جریان مولکول‌ها به داخل و خارج از هسته از طریق منافذ هسته کمک می‌کند. هسته از طریق چندین منافذ به نام منافذ هسته‌ای با باقی‌مانده سلول یا سیتوپلاسم ارتباط برقرار می‌کند. منافذ هسته‌ای محل تبادل مولکول‌های بزرگ (پروتئین‌ها و RNA) بین هسته و سیتوپلاسم هستند. یک فضای پر از مایع یا فضای دور هسته‌ای بین دو لایه غشای هسته‌ای وجود دارد.
  • نوکلئوپلاسم: نوکلئوپلاسم ماده ژلاتینی درون پوشش هسته است. این ماده نیمه آبی که کاریوپلاسم نیز نامیده می‌شود، شبیه سیتوپلاسم است و عمدتاً از آب با نمک‌های محلول، آنزیم‌ها و مولکول‌های آلی معلق در داخل تشکیل شده است. هسته و کروموزوم‌ها توسط نوکلئوپلاسم احاطه شده‌اند که وظیفه محافظت از محتویات هسته را بر عهده دارد. نوکلئوپلاسم همچنین با کمک به حفظ شکل هسته از آن پشتیبانی می‌کند. علاوه بر این، نوکلئوپلاسم محیطی را فراهم می‌کند که موادی مانند آنزیم‌ها و نوکلئوتیدها (زیر واحدهای DNA و RNA) را می‌توان به سراسر هسته منتقل کرد. مواد از طریق منافذ هسته‌ای بین سیتوپلاسم و نوکلئوپلاسم مبادله می‌شوند.
  • هستک: درون هسته یک ساختار متراکم و بدون غشا متشکل از RNA و پروتئین‌ها به نام هستک وجود دارد. برخی از موجودات یوکاریوتی دارای هسته‌ای هستند که تا چهار هستک دارد. هستک حاوی سازمان‌دهنده‌های هسته‌ای است که بخشی از کروموزوم‌ها هستند که ژن‌های سنتز ریبوزوم روی آن‌ها وجود دارد. این زیر واحدها به هم می‌پیوندند و در طول سنتز پروتئین یک ریبوزوم تشکیل می‌دهند. هستک با تقسیم سلولی ناپدید می‌شود و پس از تکمیل تقسیم سلولی دوباره تشکیل می‌شود.
  • کروموزوم‌ها: هسته اندامکی است که کروموزوم‌ها را در خود جای داده است. کروموزوم‌ها از DNA تشکیل شده‌اند که حاوی اطلاعات وراثتی و دستورالعمل‌هایی برای رشد، نمو و تولید مثل سلولی است. کروموزوم‌ها به شکل رشته‌هایی از DNA و هیستون‌ها (مولکول‌های پروتئینی) به نام کروماتین وجود دارند. هنگامی که یک سلول در حال تقسیم نیست، کروموزوم‌ها در ساختارهای درهم پیچیده‌ای به نام کروماتین سازماندهی می‌شوند.
ساختار هسته
در این تصویر ساختار هسته از مهم‌ترین اجزای سلول و بخش‌های مختلف آن نشان داده شده است.

وظایف هسته

هسته مکانی را برای رونویسی ژنتیکی فراهم می‌کند که از محل ترجمه در سیتوپلاسم جدا شده است و به سطوحی از تنظیم بیان ژن اجازه عمل می‌دهد که برای پروکاریوت‌ها (به علت نداشتن هسته) در دسترس نیست. عملکرد اصلی هسته سلول، کنترل بیان ژن و ایجاد واسطه در تکثیر DNA در طول چرخه سلولی است. هسته ویژگی‌های ارثی یک موجود زنده را کنترل می‌کند. این اندامک همچنین در سنتز پروتئین، تقسیم سلولی، رشد و تمایز سلول نقش دارد.  ژن‌ها به شکل رشته‌های DNA بلند و نازک (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) که کروماتین نامیده می‌شود در هسته ذخیره شده‌اند. هسته مکانی برای رونویسی است که در آن RNA پیام‌رسان (mRNA) برای سنتز پروتئین تولید می‌شود. در طول تقسیم سلولی، کروماتین‌ها به کروموزوم‌های هسته مرتب می‌شوند. ریبوزوم‌ها که خود کارخانه‌های پروتئین‌سازی در سلول هستند داخل هسته ساخته می‌شوند.

معرفی فیلم آموزش زیست شناسی سلولی (Cell Biology)

آموزش زیست شناسی سلولی

زیست‌شناسی سلولی و مباحث مرتبط با آن، یکی از پایه‌ای‌ترین دروس مشترک بین تمام گرایش‌های زیست‌شناسی و جزو دروس عمومی رشته‌های پزشکی هستند. بنابراین برای درک هرچه بیشتر مکانیسم‌های فیزیولوژیک در جانوران و گیاهان استفاده از دوره آموزش زیست‌شناسی سلولی را توصیه می‌کنیم. مدت زمان این آموزش ۴ ساعت و ۵۱ دقیقه است که تمامی مباحث مرتبط با سلول به استثنای همانندسازی و رونویسی را پوشش می‌دهد و در قالب ۸ درس ارائه شده است و در آن تمام اطلاعات لازم در ارتباط با ساختار سلول‌ها، اجزای سلول و نقش اندامک‌های سلولی در رشد سلول و تقسیمات سلولی بررسی شده است.

مدرس این دوره آموزشی فرادرس، خانم زهرا خوشکام دانشجوی دکتری تخصصی زیست‌شناسی سلولی و مولکولی در دانشگاه تهران است، این آموزش برای دانشجویان گرایش‌های مختلف زیست شناسی و میکروبیولوژی مناسب است.

اسکلت سلولی چیست؟

سیتوزول سلول‌ها حاوی الیافی است که به حفظ شکل و تحرک سلول کمک می‌کند و احتمالاً نقاطی برای لنگر انداختن برای سایر ساختارهای سلولی فراهم می‌کند. در مجموع، این الیاف به عنوان اسکلت سلولی نامیده می‌شوند. اسکلت سلولی به سلول‌ها ساختار و شکل می‌دهد و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا در اطراف حرکت کنند، علاوه بر این برای حمل و نقل درون سلولی نیز مهم است. اخیراً مشخص شده است که سیتوپلاسم با یک شبکه سه‌‌بعدی از رشته‌های به هم پیوسته الیاف اسکلت سلولی پر شده است که شبکه میکروترابکولار نامیده می‌شود. اندامک‌های سلولی مختلفی مانند ریبوزوم‌ها، لیزوزوم‌ها و غیره به این شبکه متصل شده‌اند. انعطاف‌پذیر بودن شبکه میکروترابکولار شکل خود را تغییر می‌دهد و منجر به تغییر شکل سلول در طول حرکات سلول می‌شود.

حداقل سه دسته کلی از این فیبرها در سلول‌های یوکاریوتی شناسایی شده‌اند. هر کدام از این رشته‌ها یک پلیمر هستند. هر سه سیستم رشته‌ای بسیار پویا هستند و ساختار خود را در پاسخ به نیازهای سلول تغییر می‌دهند. در ادامه ساختارهای رشته‌ای اسکلت سلولی را بررسی کرده‌ایم.

اسکلت سلولی
اسکلت سلولی از اصلی‌ترین اجزای سلول و نقش اصلی را در حفظ ساختار سلول‌ها بر عهده دارد. قسمت‌های سبز رنگ ریز رشته‌ها و قسمت‌های قرمز رنگ ریز لوله‌های اسکلت سلولی را نشان داده‌اند.

ریز لوله ها

ضخیم‌ترین ریزلوله‌ها یا میکروتوبول‌ها (قطر 20 نانومتر) هستند که عمدتاً از پروتئین توبولین تشکیل شده‌اند. توبولین خود از یک آلفا و یک بتا توبولین تشکیل شده است که به یکدیگر متصل هستند، بنابراین توبولین از نظر فنی یک هترودایمر است نه یک مونومر و از آنجایی که ساختار آن شبیه یک لوله است، به عنوان میکروتوبول نام‌گذاری شده است. در ساختار میکروتوبولی، مونومرهای توبولین هم در انتها و هم در امتداد دو طرف (جانبی) به هم متصل می‌شوند. این بدان معنی است که میکروتوبول‌ها در طول خود کاملاً پایدار هستند. از آنجایی که زیرواحدهای توبولین همیشه در یک جهت به هم متصل هستند، میکروتوبول‌ها دارای دو انتهای مجزا هستند که به آن‌ها انتهای مثبت (+) و انتهای منفی (-) می‌گویند. در انتهای منفی، آلفا توبولین و در انتهای مثبت بتا توبولین نمایان می‌شود. میکروتوبول‌ها ترجیحاً در انتهای مثبت خود جمع و جدا می‌شوند.

این ساختارهای لوله مانند حمل و نقل آب، یون‌ها یا مولکول‌های کوچک را بر عهده دارند و علاوه بر آن در ایجاد جریان سیتوپلاسمی (سیکلوز) نقش دارند. میکروتوبول‌ها در تشکیل فیبرها یا آسترهای دوک میتوزی یا میوزی در طی تقسیم سلولی نقش دارند. ریزلوله‌ها همچنین در تشکیل واحدهای ساختاری سانتریول‌ها، گرانول‌های پایه، مژک‌ها و تاژک‌ها نقش اصلی را ایفا می‌کنند.

ریز رشته ها

نازک‌ترین «ریز رشته‌ها» (Microfilaments) دارای قطر 7 نانومتر هستند که جامد بوده و اصولاً از دو رشته در هم تنیده پروتئین کروی به نام اکتین ساخته شده‌اند. به همین دلیل، میکروفیلامنت‌ها به عنوان رشته‌های اکتین نیز شناخته می‌شوند. اکتین توسط ATP نیرو می‌گیرد تا شکل رشته‌ای خود را جمع کند و به عنوان مسیری برای حرکت یک پروتئین متحرک به نام میوزین عمل می‌کند. این امر اکتین را قادر می‌سازد تا در رویدادهای سلولی که نیازمند حرکت هستند، مانند تقسیم سلولی در سلول‌های جانوری و جریان سیتوپلاسمی، که حرکت دایره‌ای سیتوپلاسم سلولی در سلول‌های گیاهی است، شرکت کند.

این ساختارها شکل سلول را حفظ می‌کنند. در تشکیل بخش انقباضی سلول‌ها، عمدتاً در سلول‌های عضلانی نقش دارند. گلبول‌های سفید خون می‌توانند به محل عفونت حرکت کنند و انواع پاتوژن را با کمک ریز رشته‌ها درگیر کنند.

رشته های حد واسط

رشته‌های حد واسط را رشته‌های میانی یا Intermediate Filaments می‌نامند که قطر آن‌ها 10 نانومتر است. آن‌ها از خانواده‌ای از پروتئین‌های مرتبط با ویژگی‌های ساختاری و دارای توالی مشترک تشکیل شده‌اند. رشته‌های حد واسط بر اساس پروتئین تشکیل‌دهنده خود مانند رشته‌های دسمین، رشته‌های کراتین، نوروفیلامنت‌ها، وایمنتین و رشته‌های گلیال طبقه‌بندی شده‌اند. رشته‌های حد واسط به عناصر ساختاری سلولی کمک می‌کنند و اغلب در کنار هم نگه داشتن بافت‌هایی مانند پوست بسیار مهم هستند.

ساختار اسکلت سلولی
در این تصویر سه بخش اصلی اسکلت سلولی نشان داده شده است.

سانتریول چیست؟

سلول‌های یوکاریوتی دارای دو ساختار استوانه‌ای، میله‌ای شکل و میکرولوله‌ای هستند که در نزدیکی هسته قرار دارند و سانتریول نامیده می‌شوند. سانتریول از اجزای سلول و فاقد غشای محدود کننده، همچنین فاقد DNA یا RNA هستند و در اکثر سلول‌های جلبکی (یک استثنا قابل توجه جلبک‌های قرمز)، سلول‌های خزه، برخی از سلول‌‌های سرخس و اکثر سلول‌های حیوانی وجود دارند. آن‌ها در پروکاریوت‌ها، جلبک‌های قرمز، مخمرها، گیاهان مخروط دار و گل‌دار (بازدانگان و نهاندانگان) و برخی تک یاخته‌های غیر تاژک‌دار یا فاقد تاژک و مژک (مانند آمیب) وجود ندارند. سانتریول‌ها دوکی از میکروتوبول‌ها را تشکیل می‌دهند، دستگاه میتوز در طول میتوز یا میوز و گاهی اوقات درست در زیر غشای پلاسمایی قرار می‌گیرند تا تاژک یا مژک را در سلول‌های تاژک‌دار یا مژک‌دار ایجاد کنند. هنگامی که سانتریول دارای تاژک یا مژک باشد، به آن جسم بازال می‌گویند.

ساختار سانتریول

سانتریول‌ها و اجسام بازال ساختارهای استوانه‌ای هستند که معمولاً 0/15 – 0/25 میکرومتر قطر دارند، اگرچه طول برخی از آن‌ها به 0/16 و برخی دیگر به 8 میلی‌متر می‌رسد. آن‌ها در زیر میکروسکوپ نوری قابل مشاهده هستند، اما جزئیات ساختار سانتریول فقط در زیر میکروسکوپ الکترونی آشکار می‌شود. در ادامه ویژ‌گی‌های ساختاری سانتریول‌ها را بیشتر بررسی کرده‌ایم.

  • هر سلول دارای یک جفت سانتریول در سانتروزوم (ناحیه‌ای نزدیک به هسته) است.
  • اعضای هر جفت سانتریول با یکدیگر زاویه قائمه دارند.
  • آن‌ها استوانه‌های میکرولوله‌ای کوچک زیر میکروسکوپی با پیکربندی 9 فیبریل سه‌گانه بوده و توانایی ایجاد نسخه‌های تکراری خود و اجسام بازال، بدون داشتن DNA و پوشش غشایی را دارند.
  • یک سانتریول دارای حلقه‌ای از نه فیبریل محیطی است. این فیبریل‌ها در مرکز وجود ندارند. بنابراین آرایش 9 + 0 نامیده می‌شود. فیبرها به موازات یکدیگر اما با زاویه 40 درجه قرار دارند. هر فیبریل از سه فیبر فرعی تشکیل شده است، بنابراین به آن فیبریل سه‌گانه می‌گویند.
  • این سه الیاف فرعی در واقع ریزلوله‌هایی هستند که توسط کناره‌هایشان به هم متصل شده‌اند و بنابراین دیواره‌های مشترکی دارند که از 2 تا 3 رشته اولیه ساخته شده‌اند.
  • قطر هر فیبر فرعی 25 نانومتر است. از بیرون به داخل، سه الیاف فرعی یک فیبریل سه‌گانه به‌عنوان B، A و C نام‌گذاری می‌شوند. الیاف فرعی A با 13 رشته اولیه کامل می‌شود در حالی که الیاف فرعی B و C به دلیل اشتراک برخی از ریزرشته‌ها ناقص هستند.
  • فیبریل‌های سه‌گانه مجاور توسط پیوندهای پروتئینی C – A به هم متصل می‌شوند. مرکز سانتریول دارای یک توده پروتئینی میله‌ای شکل است که به عنوان توپی شناخته می‌شود. قطر توپی 2/5 نانومتر است. از توپی یا هاب مرکزی، 9 رشته پروتئینی به سمت فیبریل‌های سه‌گانه محیطی ایجاد می‌شود. به آن‌ها پره می‌گویند.
  • هر پره قبل از اینکه با فیبر فرعی A ترکیب شود، یک ضخیم شدگی به نام X دارد. ضخیم شدگی دیگری به نام Y در نزدیکی وجود دارد که هم به ضخیم شدن X و هم به پیوندهای C – A توسط اتصالات متصل می‌شود.
  • به دلیل وجود پره‌های شعاعی و فیبریل‌های محیطی، سانتریول ظاهر چرخ‌دستی می‌دهد.
ساختار سانتریول
در این تصویر ساختار سانتریول و جزئیات قرارگیری میکروتوبول‌ها کنار هم نشان داده شده است.

عملکرد سانتریول

سانتریول‌ها در تشکیل دستگاه دوک، که در طول تقسیم سلولی عمل می‌کند، نقش دارند. عدم وجود سانتریول‌ها باعث خطاهای تقسیمی و تاخیر در فرآیند میتوزی می‌شود. یک سانتریول منفرد نقطه لنگر یا جسم پایه را برای هر مژک یا تاژک منفرد تشکیل می‌دهد. اجسام پایه تشکیل مژک‌ها و تاژک‌ها را نیز هدایت می‌کنند.

تاژک و مژک

مژک و تاژک از اجزای سلول و به صورت رشته‌ای پیچیده‌ای هستند که از دیواره سلولی بیرون زده‌اند. آن‌ها ضمائم سلولی متمایزشده ویژه سلولی هستند. تاژک‌ها ساختارهای مو مانندی هستند که از غشای پلاسمایی بیرون می‌آیند و برای حرکت دادن کل سلول استفاده می‌شوند. مژک‌ها ساختارهای کوتاه و مو مانندی هستند که برای حرکت دادن کل سلول‌ها (مانند پارامسی) یا مواد در امتداد سطح بیرونی سلول (به عنوان مثال، مژک‌های سلول‌های پوشاننده لوله‌های فالوپ که تخمک را به سمت رحم حرکت می‌دهند، یا مژک‌های پوشاننده سلول‌های دستگاه تنفسی که ذرات معلق را به دام می‌اندازند و به سمت سوراخ‌های بینی حرکت می دهند) استفاده می‌شوند. به طور کلی مژک‌ها (کمتر از ۱۰ میکرومتر) کوتاه‌تر از تاژک‌ها (بیش از ۴۰ میکرومتر) هستند.

تاژک و مژک

ساختار تاژک و مژک

با وجود الگوی متفاوت ضربان، مژک‌ها و تاژک‌ها از نظر ساختاری قابل تشخیص نیستند. همه مژک‌ها و تاژک‌ها بر اساس یک طرح اساسی مشترک ساخته شده که در ادامه توضیح داده شده است.

  • دسته‌ای از میکروتوبول‌ها به نام آکسونم (1 تا 2 نانومتر طول و 0/2 میکرومتر قطر) توسط غشایی که بخشی از غشای پلاسمایی است احاطه شده است.
  • آکسونم با جسم بازال که یک گرانول درون سلولی است که در قشر سلولی قرار دارد و از سانتریول‌ها سرچشمه می‌گیرد، متصل است.
  • هر آکسونم با ماتریکس مژگانی پر شده است، که در آن دو میکروتوبول منفرد مرکزی، هر کدام دارای 13 پیش‌رشته و 9 جفت میکروتوبول بیرونی، به نام دوتایی، تعبیه شده است. این موتیف تکرارشونده به آرایه 9 + 2 معروف است.
  • هر ساختار دوتایی حاوی یک میکروتوبول کامل به نام فیبر فرعی A است که شامل تمام 13 پروتوفیلامنت است. به هر فیبر فرعی A یک فیبر فرعی B با 10 پروتوفیلامنت متصل شده است. فیبر فرعی A دارای دو بازوی داینئین است که در جهت عقربه‌های ساعت قرار دارند. دوتایی‌ها توسط پیوندهای نکسین به هم مرتبط می‌شوند. داینئین یک ATPase است که انرژی آزاد شده توسط هیدرولیز ATP را به کار مکانیکی ضربان مژگانی و تاژک تبدیل می‌کند.
  • هر فیبر فرعی A نیز توسط زائده‌ها یا پره‌های شعاعی که به ساختارهای چنگال مانندی ختم می‌شوند، به ریزلوله‌های مرکزی متصل می‌شوند که به آن‌ها دستگیره‌ها یا سرهای پره‌ای می‌گویند.

این آرایش منظم میکروتوبول‌ها و پروتئین‌های مرتبط با الگوی ۹ طرفه در سانتریول‌ها نیز دیده می‌شود. اما بر خلاف سانتریول‌ها، مژک‌ها و تاژک‌ها دارای یک جفت ریزلوله مرکزی هستند، به طوری که ساختار کلی آکسونم 9 + 2 نامیده می‌شود. تاژک‌های یوکاریوتی از نظر ترکیب از پروکاریوت‌ها جدا می‌شوند. تاژک‌های موجود در یوکاریوت‌ها حاوی پروتئین‌های بسیار بیشتری هستند و با همان الگوهای حرکتی و کنترلی شباهت‌هایی به مژک‌های متحرک دارند.

ساختار تاژک
در این تصویر ساختار تاژک‌ها و جزئیات آن‌ها به خوبی نشان داده شده است.

نحوه حرکت تاژک و مژک

در یوکاریوت‌ها با استفاده از ATP تولید شده توسط میتوکندری در نزدیکی قاعده مژک یا تاژک به عنوان سوخت، بازوهای داینئین روی دوتایی‌های بیرونی مجاور فشار می‌آورند و باعث می‌شود که حرکت لغزشی بین دوتایی‌های بیرونی مجاور رخ دهد. از آنجا که بازوها در یک توالی دقیق در اطراف و در امتداد آکسونم فعال می‌شوند و به دلیل اینکه میزان لغزش توسط پره‌های شعاعی و پیوندهای بین دوتایی‌ها محدود می‌شود، لغزش به خمش تبدیل می‌شود.

در پروکاریوت‌ها تاژک‌های باکتریایی از مکانیسم اساسی متفاوتی استفاده می‌کنند. مانند پروانه یک قایق، حرکت تاژک باکتری به طور کامل توسط موتور دوار در پایه آن هدایت می‌شود. تاژک باکتریایی خود یک قطعه تخصصی از دیواره سلولی خارج سلولی است که از یک پروتئین (فلاژلین) ساخته شده است که هیچ شباهتی به توبولین یا داینئین ندارد. مژک و تاژک تا نوک خود پر از سیتوزول هستند و از ATP موجود در آن سیتوزول برای تولید نیرو در تمام طول خود استفاده می‌کنند.

مژک‌ها در سطح سلول به تعداد بسیار بیشتری وجود دارند (سلول‌های مژک‌دار اغلب صدها مژک دارند اما سلول‌های تاژک‌دار معمولاً یک تاژک دارند)، تفاوت واقعی در ماهیت حرکت آن‌ها نهفته است. حرکت ردیفی مژک‌ها مانند پارو بوده و به صورت حرکت دو فازی است که شامل یک ضربه موثر است که در آن مژک سفت نگه داشته می‌شود و فقط در پایه خود خم می‌شود و یک حرکت بازیابی که در آن خم ایجاد شده در پایه به سمت نوک می‌رود. تاژک‌ها مانند مارماهی می‌چرخند. آن‌ها امواجی را تولید می‌کنند که در طول خود، معمولا از پایه به نوک با دامنه ثابت عبور می‌کنند. بنابراین حرکت آب توسط تاژک، موازی با محور آن است در حالی که مژک آب را عمود بر محور خود و از این رو عمود بر سطح سلول حرکت می‌دهد.

تاژک و مژک
تاژک‌ها و مژک‌ها از اجزای سلول‌های جانوری و باکتریایی هستند که سلول معمولا برای حرکت از آن‌ها استفاده می‌کند.

وظایف تاژک و مژک ها

مژک برای حرکت در سلول‌های جدا شده، مانند تک سلولی‌های خاص (مانند پارامسیوم) استفاده می‌شود. مژک‌های متحرک از موج‌دار شدن ریتمیک خود برای از بین بردن مواد مانند پاک کردن خاک، گرد و غبار، میکروارگانیسم‌ها و مخاط برای جلوگیری از بیماری استفاده می‌کنند. مژک در چرخه سلولی و همچنین رشد حیوانات، مانند قلب، نقش دارد. مژک به طور انتخابی به پروتئین‌های خاصی اجازه می‌دهد تا به درستی عمل کنند. در ادامه برخی دیگر از وظایف مژک‌ها را بررسی کرده‌ایم.

  • مژک همچنین در ارتباطات سلولی و انتقالات مولکولی نقش دارد.
  • مژک‌های غیر متحرک به عنوان دستگاه حسی برای سلول‌ها عمل می‌کنند و سیگنال‌ها را تشخیص می‌دهند.
  • آن‌ها نقش مهمی در نورون‌های حسی دارند. مژک‌های غیر متحرک را می‌توان در کلیه‌ها برای احساس جریان ادرار و همچنین در چشم انسان گیرنده‌های نور شبکیه یافت.
  • آن‌ها همچنین زیستگاه یا مناطق برای میکروبیوم‌های همزیست در حیوانات را فراهم می‌کنند.
  • همچنین کشف شده است که مژک‌ها در ترشح وزیکولی اکتوزوم‌ها شرکت می‌کنند.

تاژک‌ها معمولاً برای حرکت سلول‌هایی مانند اسپرم و اوگلنا (یک تک سلولی) استفاده می‌شوند. تاژک‌ها نقش فعالی در کمک به تغذیه سلولی و تولید مثل یوکاریوتی دارند. در پروکاریوت‌ها مانند باکتری‌ها، تاژک‌ها به عنوان مکانیسم‌های رانش عمل می‌کنند. برخی از وظایف دیگر تاژک‌ها شامل موارد زیر هستند:

  • آن‌ها راه اصلی برای شنا کردن باکتری‌ها در مایعات هستند.
  • همچنین مکانیسمی برای باکتری‌های بیماری‌زا برای کمک به کلونیزه کردن میزبان و در نتیجه انتقال بیماری‌ها فراهم می‌کند.
  • تاژک‌ها همچنین به عنوان پل یا داربست برای چسبندگی به بافت میزبان عمل می‌کنند.

کلروپلاست

کلمه کلروپلاست از کلمات یونانی chloros به معنای «سبز» و plastes به معنای «تشکیل دهنده» گرفته شده است. کلروپلاست‌ها از اجزای سلول متصل به غشا هستند و حاوی شبکه‌ای از غشاها که در یک ماتریکس مایع جاسازی شده و حاوی رنگدانه فتوسنتزی به نام کلروفیل هستند. این رنگدانه است که رنگ سبز را به قسمت‌های گیاه می‌بخشد و انرژی نور را جذب می‌کند. کلروپلاست‌ها را می‌توان در سلول‌‌های مزوفیل در برگ‌های گیاه یافت. معمولاً 30 تا 40 کلروپلاست در هر سلول مزوفیل وجود دارد.

کلروپلاست
کلروپلاست از اجزای سلول گیاهی و محل غذاسازی در گیاهان است.

ساختار کلروپلاست

کلروپلاست‌هایی که در گیاهان عالی یافت می‌شوند عموماً دو طرف محدب یا مسطح محدب هستند. با این حال، در گیاهان مختلف، کلروپلاست‌ها ممکن است شکل‌های متفاوتی داشته باشند که از کروی، نعلبکی، رشته‌ای، دیسکی یا بیضی شکل متفاوت هستند. این اندامک‌های سلولی را می‌توان در سلول‌های مزوفیل در برگ‌های گیاه یافت. اندازه متوسط ​​کلروپلاست در قطر 4 تا 6 میکرومتر و ضخامت 1 تا 3 میکروپلاست است. کلروپلاست دارای یک غشای داخلی و خارجی با یک فضای خالی میانی در بین آن است. در داخل کلروپلاست توده‌هایی از تیلاکوئیدها به نام گرانا و همچنین استروما، مایع متراکم داخل کلروپلاست وجود دارد. این تیلاکوئیدها حاوی کلروفیل هستند که برای فتوسنتز گیاه لازم است. فضایی که کلروفیل پر می‌کند فضای تیلاکوئیدی نامیده می‌شود. بنابراین یک کلروپلاست دارای بخش‌های زیر است:

  • غشا خارجی (پوشش کلروپلاست): این یک غشای نیمه متخلخل است و در برابر مولکول‌ها و یون‌های کوچک نفوذپذیر است که به راحتی از طریق آن منتشر می‌شوند. غشای خارجی به پروتئین‌های بزرگ‌تر نفوذپذیر نیست.
  • فضای بین غشایی: معمولاً یک فضای بین غشایی نازک در حدود 10 تا 20 نانومتر است و بین غشای بیرونی و داخلی کلروپلاست وجود دارد.
  • غشای داخلی: غشای داخلی کلروپلاست مرزی را با استروما تشکیل می‌دهد و عبور مواد به داخل و خارج از کلروپلاست را تنظیم می‌کند. علاوه بر فعالیت تنظیمی، اسیدهای چرب، لیپیدها و کارتنوئیدها در غشای داخلی کلروپلاست سنتز می‌شوند.
  • استروما: استروما یک مایع قلیایی و آبی بوده که غنی از پروتئین است و در غشای داخلی کلروپلاست وجود دارد. فضاهای خارج از فضای تیلاکوئیدی استروما نامیده می‌شود. ریبوزوم‌های کلروپلاست، DNA کلروپلاست و سیستم تیلاکوئیدی، دانه‌های نشاسته و بسیاری از پروتئین‌ها در اطراف استروما شناور هستند.
  • سیستم تیلاکوئیدی: سیستم تیلاکوئیدی در استروما معلق است. این سیستم مجموعه‌ای از کیسه‌های غشایی به نام تیلاکوئید است. کلروفیل در تیلاکوئیدها یافت می‌شود و فرآیندها واکنش‌های نوری فتوسنتز در آن‌ها اتفاق می‌افتد. تیلاکوئیدها در دسته‌هایی به نام گرانا مرتب شده‌اند. هر گرانوم حاوی حدود 10 تا 20 تیلاکوئید است.
  • شبکه محیطی: کلروپلاست برخی گیاهان حاوی مجموعه دیگری از لوله‌های غشایی به نام شبکه محیطی است که از غشای داخلی پوشش سرچشمه می‌گیرد. وزیکول‌های ریز از غشای داخلی کلروپلاست جوانه زده و جمع می‌شوند تا لوله‌های شبکه محیطی را تشکیل دهند.
ساختار کلروپلاست
در این تصویر بخش‌های مختلف کلروپلاست نشان داده شده است.

وظیفه کلروپلاست چیست؟

کلروپلاست‌ها مکان‌هایی برای فتوسنتز و مختص سلول‌های گیاهی هستند که شامل مجموعه‌ای از واکنش‌های وابسته به نور و مستقل از نور برای مهار انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انرژی شیمیایی است. اجزای کلروپلاست در چندین عملکرد تنظیمی سلول و همچنین در تنفس نوری شرکت می‌کنند. کلروپلاست‌ها همچنین فعالیت‌های متابولیکی متنوعی، از جمله سنتز اسیدهای چرب، لیپیدهای غشایی، ایزوپرنوئیدها (مواد شیمیایی الی در گیاهان هستند که دارای ۵ کربن هستند)، تتراپیرول‌ها، نشاسته و هورمون‌ها را برای سلول‌های گیاهی فراهم می‌کنند. گیاهان فاقد سلول‌های ایمنی تخصصی هستند، همه سلول‌های گیاهی در پاسخ گیاه شرکت می‌کنند. کلروپلاست‌ها همراه با هسته و غشای سلولی و شبکه اندوپلاسمی اندامک‌های کلیدی دفاع در مقابل پاتوژن‌ها هستند.

معرفی فیلم آموزش یاخته شناسی و بافت شناسی گیاهی پیشرفته

آموزش ویدئویی یاخته شناسی و بافت شناسی گیاهی

شناخت علوم گیاهی و درک چگونگی پیدایش، تکامل و سیستماتیک گیاهان بر مبنای شناخت صحیح و کامل از نحوه فعالیت سلول‌ها و بافت‌های گیاهی استوار هستند. امروزه نقش و اهمیت گیاهان در زندگی انسان‌ها بر کسی پوشیده نیست و استفاده از آن‌ها در صنعت، کشاورزی، دارو و درمان و تغذیه، دامنه وسیعی را به خود اختصاص داده است. بنابراین شناخت گیاهان با توجه به نقشی که در سلامت انسان‌ها و محیط زیست ایفا می‌کنند، ضروری است. این اطلاعات به دانشجویان کمک می‌کنند که در کنار تکمیل دانش خود درباره گیاهان، بتوانند به کمک سایر زمینه‌های علمی مانند ژنتیک و بیوتکنولوژی، در جهت انجام پژوهش‌های مفید و ارزشمندی مانند اصلاح نباتات و توسعه تولیدات گیاهی گام بردارند.

مخاطبان این درس دانشجویان یا داوطلبان آزمون‌های ورودی رشته‌های زیست‌شناسی، زیست‌فناوری گیاهی، کشاورزی، فیزیولوژی گیاهی و علوم مرتبط هستند. این آموزش فرادرس، در دو بخش سلول‌شناسی (شامل بررسی اجزای سلول گیاهی) و بافت‌شناسی پیشرفته، توسط دکتر زهرا زارع، عضو هیأت علمی گروه زیست‌شناسی دانشگاه فرهنگیان با استفاده از اشکال مناسب، با زبانی ساده و از سطح مقدماتی تا پیشرفته آموزش داده شده است.

  • برای مشاهده فیلم آموزش یاخته‌شناسی و بافت‌شناسی گیاهی پیشرفته + اینجا کلیک کنید.

شبکه اندوپلاسمی

شبکه اندوپلاسمی فقط در سلول‌های یوکاریوتی وجود دارد و اما با این حال وجود آن‌ها در برخی سلول‌ها الزامی نیست. به عنوان مثال، گلبول‌های قرمز (RBC)، تخمک و سلول‌های جنینی فاقد شبکه اندوپلاسمی بوده یا کمبود آن را در سلول خود دارند. بخشی از غشاهای شبکه اندوپلاسمی پیوسته با غشای پلاسمایی و پوشش هسته‌ای باقی می‌ماند. شبکه آندوپلاسمی به عنوان سیستم ترشحی، ذخیره‌سازی، گردش خون و تنظیم عصبی برای سلول عمل می‌کند. همچنین محل بیوژنز (تولید زیستی) غشاهای سلولی است. دو نوع شبکه اندوپلاسمی شامل موارد زیر هستند:

  • شبکه آندوپلاسمی صاف (SER): آن‌ها همچنین به عنوان شبکه آندوپلاسمی «غیر دانه‌دار» (agranular) نامیده می‌شوند. این نوع شبکه آندوپلاسمی دارای دیواره‌های صاف است زیرا ریبوزوم‌ها به غشاهای آن متصل نیستند. این نوع صاف شبکه آندوپلاسمی بیشتر در آن دسته از سلول‌ها رخ می‌دهد که در متابولیسم لیپیدها (از جمله استروئیدها) و گلیکوژن نقش دارند. به عنوان مثال سلول‌های چربی، سلول‌های بینابینی، سلول‌های ذخیره‌کننده گلیکوژن کبد، رشته‌های هدایت قلب، اسپرماتوسیت‌ها و لکوسیت‌ها.
  • شبکه آندوپلاسمی خشن (RER): این بخش از اجزای سلول دارای دیواره‌های ناهموار است زیرا ریبوزوم‌ها به غشای آن متصل می‌مانند. روی غشاهای شبکه اندوپلاسمی زبر حاوی گلیکوپروتئین‌های گذرنده خاص ریبوزوم است که ریبوفورین‌های I و II نامیده می‌شوند، ریبوزوم‌ها در حالی که درگیر سنتز پلی‌پپتید هستند به آن‌ها متصل می‌شوند. نوع زبر شبکه آندوپلاسمی به وفور در سلول‌هایی یافت می‌شود که در سنتز پروتئین فعال هستند مانند سلول‌های پانکراس، سلول‌های جامی شکل (سلول‌های جامی در دستگاه تنفسی، تولید مثلی و گوارشی وجود دارند و توسط سایر سلول‌ها احاطه شده‌اند) و سلول‌های کبدی.
شبکه اندوپلاسمی
در این تصویر شبکه اندوپلاسمی صاف و زبر نشان داده شده است.

ساختار شبکه آندوپلاسمی

غشای شبکه آندوپلاسمی دارای ضخامت ۵ تا ۶ نانومتر و مایع موزاییک مانند غشای واحد غشای پلاسمایی است. غشاهای شبکه آندوپلاسمی حاوی انواع مختلفی از آنزیم‌ها بوده که برای فعالیت‌های مختلف سلولی ضروری هستند. غشای شبکه آندوپلاسمی با غشای پلاسمایی، غشای هسته‌ای و دستگاه گلژی پیوسته می‌ماند. حفره شبکه آندوپلاسمی به خوبی توسعه یافته است و به عنوان گذرگاهی برای محصولات ترشحی عمل می‌کند. شبکه آندوپلاسمی ممکن است به سه شکل زیر ایجاد شود:

  • فرم لایه‌ای یا سیسترنا: شبکه اندوپلاسمی زبر معمولاً به صورت سیسترنا وجود دارد که در سلول‌هایی که نقش‌‌های سنتزی بر عهده دارند مانند سلول‌های پانکراس، نوتوکورد و مغز، وجود دارند. در این ساختارها مخازن لوله‌های بلند، مسطح، کیسه‌مانند و بدون انشعاب هستند که قطری بین 40 تا 50 میکرومتر دارند.
  • فرم تاولی یا وزیکولی: وزیکول‌ها بیضی شکل هستند و دارای ساختارهای واکوئولی متصل به غشا با قطر 25 تا 500 میکرومتر هستند. آن‌ها اغلب در سیتوپلاسم ایزوله می‌مانند و در اکثر سلول‌ها وجود دارند اما به خصوص در شبکه اندوپلاسمی نرم فراوان هستند.
  • فرم لوله‌ای: لوله‌ها ساختارهای منشعبی هستند که سیستم شبکه‌ای را به همراه سیسترناها و وزیکول‌ها تشکیل می‌دهند. قطر آن‌ها معمولاً بین 50 تا 190 میکرومتر است و تقریباً در تمام سلول‌ها وجود دارند. شکل لوله‌ای شبکه اندوپلاسمی اغلب در نوع صاف آن یافت می‌شود و ماهیت پویا دارد، یعنی با حرکات غشا، شکافت و همجوشی بین غشاهای شبکه حفره سلولی مرتبط است.
ساختار شبکه اندوپلاسمی
در این تصویر بخش‌های مختلف ساختار شبکه اندوپلاسمی نشان داده شده است.

وظایف شبکه اندوپلاسمی

عملکردهای شبکه اندوپلاسمی صاف شامل متابولیسم لیپید است (هم در کاتابولیسم (تجزیه) و ​​هم آنابولیسم (تولید) نقش داشته و انواع فسفولیپیدها، کلسترول و استروئیدها را سنتز می‌کنند). این ساختارها در گلیکوژنولیز یعنی تجزیه و پلیمریزه شدن گلیکوژن در سیتوزول نقش دارند. شبکه اندوپلاسمی صاف در سم‌زدایی دارویی (با کمک سیتوکروم P-450) نقش دارد. سایر عملکردهای شبکه اندوپلاسمی را در ادامه بیان کرده‌ایم.

  • شبکه آندوپلاسمی یک چارچوب اسکلتی فراساختاری برای سلول فراهم کرده و از ماتریکس سیتوپلاسمی کلوئیدی حمایت مکانیکی می‌کند.
  • تبادل مولکول‌ها با فرآیند اسمز، انتشار و انتقال فعال از طریق غشاهای شبکه آندوپلاسمی انجام می‌شود.
  • غشاهای آندوپلاسمی حاوی آنزیم‌های زیادی هستند که فعالیت‌های مصنوعی و متابولیکی مختلفی را انجام می‌دهند. علاوه بر این، شبکه آندوپلاسمی سطح افزایش یافته‌ای را برای واکنش‌های آنزیمی مختلف فراهم می‌کند.
  • شبکه آندوپلاسمی به عنوان یک سیستم گردش یا انتقال درون سلولی عمل می‌کند.
  • هنگامی که یک پلی‌پپتید ترشحی در حال رشد از ریبوزوم خارج می‌شود، از غشای شبکه اندوپلاسمی زبر عبور می‌کند و در لومن آن تجمع می‌یابد. در اینجا، زنجیره‌های پلی پپتیدی برای تشکیل مولکول‌های پروتئینی ثانویه، تحت تغییرات اندازه، بلوغ و تاخوردگی مولکولی قرار می‌گیرند.
  • غشاهای شبکه اندوپلاسمی برای هدایت تکانه‌های درون‌سلولی یافت می‌شوند. به عنوان مثال، شبکه سارکوپلاسمی (شبکه اندوپلاسمی در سلول‌های ماهیچه‌ای) تکانه‌ها را از غشای سطحی به ناحیه عمیق رشته‌های عضلانی منتقل می‌کند.
  • غشاهای شبکه اندوپلاسمی پس از هر تقسیم هسته‌ای پوشش هسته‌ای جدید را تشکیل می‌دهند.
  • شبکه اندوپلاسمی صاف حاوی چندین آنزیم کلیدی است که سنتز کلسترول را کاتالیز می‌کند که همچنین یک ماده پیش‌ساز برای بیوسنتز دو نوع ترکیب، هورمون‌های استروئیدی و اسیدهای صفراوی است.
  • شبکه اندوپلاسمی زبر همچنین پروتئین‌های غشایی و گلیکوپروتئین‌هایی را سنتز می‌کند که به صورت همزمان در غشاهای اندوپلاسمی وارد می‌شوند. بنابراین، شبکه آندوپلاسمی محل بیوژنز غشای سلولی است.

معرفی فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هفتم

آموزش علوم هفتم

مطالب درسی که در کتاب علوم متوسطه اول در پایه هفتم آمده در زندگی روزمره دانش‌آموزان بسیار مفید است و همچنین در تقویت پایه علمی برای مقاطع بالاتر از متوسطه اول و نیز متوسطه دوم تاثیرگذار است در این آموزش مفاهیم کتاب درسی علوم پایه هفتم تدریس می‌شود.

این آموزش ویدئویی توسط آقای سید مهدی تقوی، کارشناسی میکروبیولوژی با سابقه تدریس طولانی در مدارس آماده و توسط تیم فرادرس تدوین شده است. این آموزش برای دانش‌آموزان دوره هفتم و همچنین دانش‌آموزان سال‌های بالاتر که می‌خواهند پایه علمی خود را قوی کنند مناسب است.

دستگاه گلژی

دستگاه گلژی یا جسم گلژی یک اندامک سلولی است که در بیشتر سلول‌های یوکاریوتی وجود دارد. به آن مرکز تولید و حمل و نقل سلول می‌گویند. گلژی در بسته‌بندی مولکول‌های پروتئینی قبل از ارسال به مقصد نقش دارد. این اندامک‌ها به پردازش و بسته‌بندی درشت مولکول‌هایی مانند پروتئین‌ها و لیپیدهایی که توسط سلول سنتز می‌شوند کمک می‌کنند و از این رو به عنوان مرکز انتقال سلول عمل می‌کنند. دستگاه گلژی در سال 1898 توسط یک زیست شناس ایتالیایی کامیلئو گلژی کشف شد.

دستگاه گلژی
در این تصویر دستگاه گلژی زیر میکروسکوپ الکترونی گزاره نشان داده شده است.

ساختار دستگاه گلژی چگونه است؟

در زیر میکروسکوپ الکترونی، دستگاه گلژی از دسته‌ها و کیسه‌هایی از ساختارهای مسطح تشکیل شده است که حاوی وزیکول‌های متعدد دارای دانه‌های ترشحی است. دستگاه گلژی از نظر مورفولوژیکی در سلول‌های گیاهی و جانوری بسیار شبیه است. با این حال، به شدت پلئومورفیک است یعنی در برخی از انواع سلولی فشرده و محدود به نظر می‌رسد و در برخی دیگر پخش شده و شبکه‌ای (شبکه مانند) است. با این حال، به طور معمول، دستگاه گلژی به عنوان یک آرایه پیچیده از لوله‌ها، وزیکول‌ها و مخزن‌های به هم پیوسته ظاهر می‌شود. برخی از این ساختارها شامل موارد زیر هستند:

  • سیسترنا: ساده‌ترین واحد دستگاه گلژی «سیسترنا» (Cisternae) است. این ساختارها با قطر حدود 1 میکرومتر محفظه‌های بسته مرکزی، مسطح، بشقاب مانندی هستند که در دسته‌ها یا کیسه‌های موازی یکی بالای دیگری قرار می‌گیرند. در هر دسته، مخازن با فضایی بین 20 تا 30 نانومتر از هم جدا می‌شوند که ممکن است حاوی عناصر یا الیاف میله مانند باشد. هر دسته سیسترنا یک دیکتوزوم را تشکیل می‌دهد که ممکن است حاوی 5 تا 6 سیسترنا گلژی در سلول‌های حیوانی یا 20 سیسترنا یا بیشتر در سلول‌های گیاهی باشد.
  • لوله‌ها: آرایه پیچیده‌ای از وزیکول‌های مرتبط و لوله‌های آناستوموز (قطر 30 تا 50 نانومتر) دیکتوزوم را احاطه کرده و از آن جدا می‌شوند. در واقع، ناحیه محیطی دیکتوزوم از نظر ساختاری فنس‌دار (توری مانند) است.
  • وزیکول‌ها: وزیکول‌ها سه نوع هستند. وزیکول‌های انتقالی، وزیکول‌های محدود غشایی کوچکی هستند که تصور می‌شود به صورت حباب‌هایی از شبکه اندوپلاسمی انتقالی شکل می‌گیرند تا مهاجرت کنند و به سمت سیسترنای گلژی همگرا شوند، جایی که برای تشکیل مخزن‌های جدید به هم می‌پیوندند. وزیکول‌های ترشحی، وزیکول‌های محدود غشایی با اندازه‌های متنوع هستند که از حاشیه‌های سیسترنای گلژی ترشح می‌شوند. آن‌ها اغلب بین بخش بلوغ گلژی و غشای پلاسمایی رخ می‌دهند. وزیکول‌های پوشیده شده با کلاترین برآمدگی‌های کروی با قطر حدود 50 میکرومتر و با سطح ناهموار هستند. آن‌ها در حاشیه اندامک، معمولاً در انتهای لوله‌های منفرد یافت می‌شوند و از نظر مورفولوژیکی کاملاً از وزیکول‌های ترشحی متمایز هستند. وزیکول‌های پوشیده شده با کلاترین نقش مهمی در تردد درون سلولی غشاها و محصولات ترشحی دارند.
ساختار دستگاه گلژی
در این تصویر بخش‌های مختلف ساختار دستگاه گلژی و انواع وزیکول‌های آن نشان داده شده است.

وظیفه دستگاه گلژی چیست؟

وزیکول های گلژی اغلب به عنوان پلیس راهنمایی و رانندگی سلول شناخته می‌شوند. آن‌ها نقش کلیدی در دسته‌بندی بسیاری از پروتئین‌ها و اجزای غشایی سلول و هدایت آن‌ها به مقصد مناسب ایفا می‌کنند. برای انجام این عملکرد، وزیکول‌های گلژی دارای مجموعه‌های مختلفی از آنزیم‌ها در انواع مختلف وزیکول‌ها (سیس، میانی و ترانس سیسترنا) هستند، که با پروتئین‌های ترشحی عبوری از لومن گلژی یا پروتئین‌های غشایی و گلیکوپروتئین‌هایی که به‌طور موقت در غشاهای گلژی هستند، در مسیر رسیدن به مقصد نهایی خود واکنش نشان می‌دهند و تغییر می‌کنند. از این رو دستگاه گلژی به عنوان کارخانه مونتاژ سلول عمل می‌کند که در آن مواد خام قبل از خروج از سلول به دستگاه گلژی هدایت می‌شوند.

  • در حیوانات، دستگاه گلژی در بسته‌بندی و اگزوسیتوز مواد نقش دارد. همچنین در تشکیل اندامک‌های سلولی خاص مانند غشای پلاسمایی، لیزوزوم‌ها، آکروزوم اسپرم‌ها و گرانول‌های قشری انواع تخمک‌ها نقش دارد. آن‌ها همچنین در انتقال مولکول‌های لیپید در اطراف سلول نقش دارند. مجموعه گلژی همچنین نقش مهمی در تولید پروتئوگلیکان‌ها ایفا می‌کند. پروتئوگلیکان‌ها مولکول‌هایی هستند که در ماتریکس خارج سلولی سلول‌های جانوری وجود دارند.
  • دستگاه گلژی همچنین محل اصلی سنتز کربوهیدرات‌ها است. این کربوهیدرات‌ها شامل سنتز گلیکوزآمینوگلیکان‌ها است، گلژی به این پلی ساکاریدها متصل می‌شود که سپس این کربوهیدرات به پروتئین تولید‌شده در شبکه آندوپلاسمی متصل می‌شود تا پروتئوگلیکان‌ها را تشکیل دهد. گلژی در فرآیند سولفاته کردن مولکول‌های خاصی دخالت دارد. فرآیند فسفوریلاسیون مولکول‌ها توسط گلژی نیاز به وارد کردن ATP به لومن گلژی دارد.
  • در گیاهان، دستگاه گلژی عمدتاً در ترشح مواد دیواره سلولی اولیه و ثانویه (به عنوان مثال، تشکیل و صادرات گلیکوپروتئین‌ها، لیپیدها، پکتین‌ها و مونومرهای همی سلولز، سلولز، لیگنین و غیره) نقش دارد.

ریبوزوم

ریبوزوم‌ها ذرات کوچک کروی (با قطر 150 تا 200 انگستروم) هستند که عمدتاً در بیشتر پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها یافت می‌شوند. آن‌ها در سنتز پروتئین نقش اصلی را بر عهده دارند. این اجزای سلول ساختارهایی حاوی مقادیر تقریباً مساوی RNA و پروتئین هستند و به عنوان داربستی برای برهمکنش منظم مولکول‌های متعدد درگیر در سنتز پروتئین عمل می‌کنند. ریبوزوم‌ها هم در سلول پروکاریوتی و هم یوکاریوتی وجود دارند. در سلول‌های پروکاریوتی، ریبوزوم‌ها اغلب آزادانه در سیتوپلاسم وجود دارند. در سلول‌های یوکاریوتی، ریبوزوم‌ها یا آزادانه در سیتوپلاسم وجود دارند یا به سطح بیرونی غشای شبکه آندوپلاسمی متصل می‌مانند. محل قرارگیری ریبوزوم‌ها در سلول تعیین می‌کند که چه نوع پروتئینی بسازد. ریبوزوم‌هایی که آزادانه در سراسر سلول شناور هستند، پروتئین‌هایی می‌سازد که در خود سلول مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ریبوزوم
ریبوزوم از اجزای سلولی مهم است که در پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها وجود داشته و در پروتئین‌سازی نقش دارد.

هنگامی که ریبوزوم‌ها به شبکه آندوپلاسمی متصل می‌شوند، به آن شبکه آندوپلاسمی زبر یا خشن گفته می‌شود. پروتئین‌های ساخته شده در شبکه اندوپلاسمی خشن برای استفاده در داخل سلول یا خارج از سلول استفاده می‌شود. تعداد ریبوزوم‌ها در یک سلول به فعالیت سلول بستگی دارد. به طور متوسط ​​در یک سلول پستانداران، حدود 10 میلیون ریبوزوم وجود دارد.

ساختار ریبوزوم چگونه است؟

یک ریبوزوم از کمپلکس‌های RNA و پروتئین ساخته شده است و بنابراین یک ریبونوکلئوپروتئین است. حدود 37 تا 62 درصد ساختار آن از RNA و بقیه از پروتئین‌ها تشکیل شده است. هر ریبوزوم به دو زیر واحد تقسیم می‌شود که شامل موارد زیر هستند:

  • یک زیر واحد کوچک‌تر که به یک زیر واحد بزرگ‌تر و الگوی mRNA متصل می‌شود. در واقع جایگاه mRNA در زیرواحد کوچک ریبوزوم است.
  • یک زیر واحد بزرگ‌تر که به tRNA، اسیدهای آمینه و زیر واحد کوچک‌تر متصل می‌شود. جایگاه tRNA در زیرواحد بزرگ ریبوزوم است.

در مورد سلول‌های پروکاریوتی، ریبوزوم‌های 70S با زیر واحد بزرگ‌تر 50S و کوچک‌تر 30S هستند. سلول‌های یوکاریوتی دارای ریبوزوم‌های 80S با زیر واحد بزرگ‌تر 60S و زیر واحد کوچک‌تر 40S هستند. ریبوزوم‌ها عمر کوتاهی دارند زیرا پس از سنتز پروتئین، زیرواحدها از هم جدا می‌شوند و می‌توانند مجددا استفاده شده یا شکسته شوند.

ساختار ریبوزوم
در این تصویر ساختار ریبوزوم و زیرواحدهای بزرگ و کوچک آن مشخص شده‌اند. جایگاه mRNA در زیر واحد کوچک ریبوزوم و جایگاه tRNA در زیرواحد بزرگ ریبوزوم است.

وظیفه ریبوزوم چیست؟

ریبوزوم یک ماشین مولکولی پیچیده است که در همه سلول‌های زنده یافت می‌شود و به عنوان محل سنتز بیولوژیکی پروتئین (ترجمه) عمل می‌کند. ریبوزوم‌ها اسیدهای آمینه را به ترتیب مشخص شده توسط مولکول‌های RNA پیام‌رسان (mRNA) به یکدیگر پیوند می‌دهند. ریبوزوم‌ها به عنوان کاتالیزور در دو فرآیند بیولوژیکی بسیار مهم به نام‌های انتقال پپتیدیل و هیدرولیز پپتیدیل عمل می‌کنند.

لیزوزوم چیست؟

لیزوزوم‌ها اندامک های متصل به غشا هستند که در سیتوپلاسم سلول‌های حیوانی وجود دارند. این اندامک‌ها حاوی مجموعه‌ای از آنزیم‌های هیدرولیتیک هستند که برای تجزیه درشت مولکول‌های مختلف مورد نیاز هستند. دو نوع لیزوزیم وجود دارد که شامل موارد زیر هستند:

  • لیزوزوم اولیه: این لیزوزوم‌ها حاوی آنزیم‌های هیدرولیتیک مانند لیپازها، آمیلازها، پروتئازها و نوکلئازها هستند.
  • لیزوزوم ثانویه: لیزوزوم‌های ثانویه از ادغام لیزوزوم‌های اولیه حاوی مولکول‌ها یا اندامک‌های بلعیده شده تشکیل می‌شود.

ساختار و وظیفه لیزوزوم

شکل لیزوزوم‌ها نامنظم یا پلئومورفیک است. با این حال، بیشتر آن‌ها در ساختارهای کروی یا دانه‌ای یافت می‌شوند. لیزوزوم‌ها توسط یک غشای لیزوزومی احاطه شده‌اند که حاوی آنزیم‌های درون لیزوزومی است و سیتوزول را همراه با بقیه سلول در برابر عملکرد مضر آنزیم‌ها محافظت می‌کند.

لیزوزوم
در این تصویر ساختار لیزوزوم و بخش‌های مختلف آن نشان داده شده است.

این اندامک‌ها مسئول هضم درون‌سلولی هستند که در آن ماکرومولکول‌های بزرگ‌تر با کمک آنزیم‌های موجود در آن‌ها به مولکول‌های کوچک‌تر تجزیه می‌شوند. لیزوزوم‌ها همچنین عملکرد حیاتی اتولیز (مرگ خودخواسته) اندامک‌های پیر و فرسوده و غیر عادی را در سیتوپلاسم انجام می‌دهند. علاوه بر این‌ها، لیزوزوم در فرآیندهای سلولی مختلف از جمله ترشح، ترمیم غشای پلاسما، سیگنال‌دهی سلولی و متابولیسم انرژی درگیر است.

میتوکندری چیست؟

میتوکندری‌ها اندامک‌های سلولی نواری شکل مصرف‌کننده اکسیژن هستند که به صورت آزاد در سراسر سلول شناور هستند. آن‌ها به عنوان نیروگاه سلول شناخته می‌شوند زیرا این اندامک‌ها تمام انرژی بیولوژیکی لازم را با اکسید کردن بسترهای موجود به سلول می‌رسانند. اکسیداسیون آنزیمی ترکیبات شیمیایی در میتوکندری انرژی آزاد می‌کند. میتوکندری‌ها همچنین دارای مولکول‌های تک یا دو رشته‌ای دایره‌ای و دو رشته‌ای DNA به نام «mt DNA» و همچنین ریبوزوم‌های 55S به نام mito-ribosomes هستند. میتوکندری‌ها می‌توانند 10 درصد از پروتئین‌های خود را در دستگاه سنتز پروتئین خود بسازند، به این دلیل به عنوان اندامک‌های نیمه مستقل در نظر گرفته می‌شوند.

از آنجایی که میتوکندری‌ها به عنوان نیروگاه عمل می‌کنند بنابراین به وفور در مکان‌هایی یافت می‌شوند که به شدت به انرژی نیاز دارند مانند دم اسپرم، سلول ماهیچه‌ای، سلول کبد (تا 1600 میتوکندری)، میکروویلی، تخمک (بیش از 300000 میتوکندری) و غیره. به طور معمول، حدود 2000 میتوکندری در هر سلول وجود دارد که حدود 25 درصد از حجم سلول را نشان می‌دهد. در سال 1890، میتوکندری برای اولین بار توسط ریچارد آلتمن توصیف شد و او آن‌ها را بیوبلاست نامید. Benda در سال 1897 اصطلاح «میتوکندری» را ابداع کرد.

میتوکندری زیر میکروسکوپ
میتوکندری به عنوان نیروگاه انرژی سلول در ایجاد انرژی سلول نقش دارد. تصویر سمت راست میتوکندری را زیر میکروسکوپ الکترونی گزاره نشان می‌دهد.

ساختار میتوکندری چگونه است؟

میتوکندری‌ها از اجزای سلول و اندامک‌های متحرک و انعطاف‌پذیری هستند که ساختاری دو غشایی دارند. قطر آن بین 0/5 تا 1/0 میکرومتر است. دارای چهار بخش مجزا است: غشای خارجی، غشای داخلی، فضای بین غشایی و ماتریکس. این اندامک توسط دو غشا احاطه شده است، یک غشای خارجی صاف و یک غشای میتوکندری داخلی به طور مشخص چین خورده یا لوله‌ای، که سطح بزرگی دارد و فضای ماتریکس را در بر می‌گیرد. تعداد و شکل میتوکندری‌ها، و همچنین تعداد کریستاهای (چین‌های غشای داخلی) آن‌ها، می‌تواند از نوع سلولی به نوع دیگر متفاوت باشد. در ادامه بخش‌های مختلف میتوکندری را بیشتر بررسی کرده‌ایم.

  • غشای خارجی میتوکندری: غشای خارجی میتوکندری از نظر ساختار و ترکیب شیمیایی شباهت بیشتری به غشای پلاسمایی دارد. پورین‌ها (کانال‌های منفذدار) در غشای خارجی اجازه می‌دهند تا مولکول‌های کوچک بین سیتوپلاسم و فضای بین غشایی مبادله شوند.
  • غشای داخلی: غشای داخلی میتوکندری غنی از بسیاری از آنزیم‌ها، کوآنزیم‌ها و سایر اجزای زنجیره انتقال الکترون است. همچنین حاوی پمپ‌های پروتون و بسیاری از پروتئین‌های پرمآز برای انتقال مولکول‌های مختلف مانند سیترات، ADP، فسفات و ATP است. غشای داخلی میتوکندری بیرون زدگی‌های انگشت‌مانند (cristae) را به سمت لومن میتوکندری می‌دهد که حاوی آنزیم ATP-ase برای سنتز ATP است. غشای داخلی میتوکندری حتی برای مولکول‌های کوچک (به استثنای O2، CO2 و H2O) کاملا غیر قابل نفوذ است. حمل و نقل‌های متعدد در غشای داخلی، واردات و صادرات متابولیت‌های مهم را تضمین می‌کند.
  • فضای بین غشایی: این قسمت فضای بین غشای خارجی و داخلی میتوکندری بوده و ترکیبی مشابه با سیتوپلاسم سلول دارد. تفاوت در محتوای پروتئین در فضای بین غشایی وجود دارد.
  • ماتریکس میتوکندری: ماتریکس میتوکندری ناحیه‌ای مایع (کلوئیدی) است که توسط غشای داخلی احاطه شده است، حاوی آنزیم‌های محلول چرخه کربس است که استیل-CoA را به طور کامل اکسید می‌کند و منجر به تولید کربن‌‌دی‌اکسید، آب و یون هیدروژن می‌شود. یون‌های هیدروژن مولکول‌های NAD و FAD را کاهش می‌دهند، که هر دو یون هیدروژن را به زنجیره انتقال تنفسی یا الکترون منتقل می‌کنند، جایی که فسفوریلاسیون اکسیداتیو برای تولید مولکول‌های غنی از انرژی ATP انجام می‌شود.
ساختار میتوکندری
در این تصویر ساختار میتوکندری و بخش‌های مختلف آن نشان داده شده است.

وظیفه میتوکندری چیست؟

مهم‌ترین وظیفه میتوکندری تولید انرژی است. میتوکندری مولکول آدنوزین تری فسفات (ATP) را تولید می‌کند، یکی از مولکول‌های ذخیره‌کننده انرژی سلول که انرژی لازم برای هدایت واکنش‌ها و مکانیسم‌های سلولی را فراهم می‌کند. مولکول‌های ساده‌تر غذایی برای پردازش و تولید مولکول‌های باردار به میتوکندری فرستاده می‌شوند. این مولکول‌های باردار با اکسیژن ترکیب شده و مولکول‌های ATP تولید می‌کنند. این فرآیند به عنوان فسفوریلاسیون اکسیداتیو شناخته می‌شود. برخی از سایر اعمال و وظایف میتوکندری‌ها در ادامه بررسی شده‌اند.

  • میتوکندری همچنین ممکن است برخی از متابولیت‌های سلولی را در خود ذخیره کند.
  • میتوکندری به سلول‌ها کمک می‌کند تا غلظت مناسب یون‌های کلسیم را در بخش‌های مختلف سلول حفظ کنند.
  • میتوکندری همچنین به ساخت بخش‌های خاصی از خون و هورمون‌هایی مانند تستوسترون و استروژن کمک می‌کند.
  • میتوکندری‌های سلول‌های کبدی دارای آنزیم‌هایی هستند که آمونیاک را سم‌زدایی می‌کنند.
  • میتوکندری‌ها همچنین نقش مهمی در روند آپوپتوز یا مرگ برنامه‌ریزی شده سلول ایفا می‌کنند. مرگ غیر طبیعی سلول‌ها به دلیل اختلال در عملکرد میتوکندری می‌تواند بر عملکرد یک اندام تأثیر بگذارد.

واکوئل چیست؟

واکوئل یک اندامک متصل به غشا است که در تمام سلول‌های گیاهی و قارچی و برخی سلول‌های آغازیان، سلول‌های جانوری و باکتری وجود دارد. آشکارترین بخش در اکثر سلول‌های گیاهی یک واکوئل بسیار بزرگ و پر از مایع است. واکوئل‌های بزرگ همچنین در جنس‌های مختلفی از باکتری‌ها یافت می‌شوند. عملکرد و اهمیت واکوئل‌ها بسته به نوع سلول متفاوت است. به طور کلی واکوئل‌ها بیش از 30 درصد از حجم سلول را اشغال می‌کنند. اما ممکن است بسته به نوع سلول حجم آن‌ها نسبت به سلول، از 5 تا 90 درصد متغیر باشد.

ساختار واکوئل چگونه است؟

این گروه از اجزای سلول معمولاً هیچ شکل یا اندازه اصلی ندارند. ساختار آن با توجه به نیازهای سلول متفاوت است. در سلول‌های گیاهی نابالغ و در حال تقسیم فعال، واکوئل‌ها بسیار کوچک هستند. این واکوئل‌ها در ابتدا در سلول‌های جوان در حال تقسیم و احتمالاً با همجوشی پیش‌رونده وزیکول‌های حاصل از دستگاه گلژی به وجود می‌آیند. یک واکوئل توسط غشایی به نام غشای تونوپلاست یا واکوئلی احاطه شده و با شیره سلولی پر شده است. این غشا جداسازی محتویات واکوئلی از سیتوپلاسم سلول را بر عهده دارد.

واکوئل‌ها از نظر ساختاری و عملکردی با لیزوزوم‌های سلول‌های جانوری مرتبط هستند و ممکن است دارای طیف وسیعی از آنزیم‌های هیدرولیتیک باشند. علاوه بر این، آن‌ها معمولاً حاوی قند، نمک، اسید و ترکیبات نیتروژن‌دار مانند آلکالوئیدها و رنگدانه‌های آنتوسیانین در شیره سلولی خود هستند. pH واکوئل‌های گیاهی ممکن است به دلیل مقادیر زیاد مواد قلیایی بین 9 تا 10 یا به دلیل تجمع مقادیر اسیدی (مانند اسیدهای سیتریک، اگزالیک و تارتاریک) به 3 برسد.

واکوئل
سمت راست سلول گیاهی را نشان می‌دهد که معمولا دارای واکوئل بزرگ هستند و سمت چپ سلول جانوری را نشان می‌دهد که واکوئل کوچک دارند.

انواع واکوئل

واکوئل‌ها بر حسب موقعیت سلول و نوع عملکرد آن به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که شامل موارد زیر هستند:

  • واکوئل‌های شیره‌ای: دارای تعدادی سیستم حمل و نقل برای عبور مواد مختلف است. تعدادی واکوئل کوچک شیره‌ای در سلول‌های حیوانی و سلول‌های گیاهی جوان وجود دارد. در سلول‌های گیاهی بالغ، واکوئل‌های کوچک با هم ترکیب می‌شوند و یک واکوئل مرکزی بزرگ را تشکیل می‌دهند که تا 90 درصد حجم سلول را اشغال می‌کند. واکوئل مرکزی بزرگ سیتوپلاسم را به شکل یک لایه نازک محیطی پخش می‌کند. این نوع واکوئل وسیله‌ای برای تسهیل تبادل سریع بین سیتوپلاسم و محیط اطراف است. مایع موجود در واکوئل‌های شیره اغلب شیره واکوئلی نامیده می‌شود.
  • واکوئل انقباضی: این نوع واکوئل در بسیاری از آغازیان و سلول‌های جلبک‌های ساکن در آب‌های شیرین و تمیز دیده می‌شود. واکوئل انقباضی دارای یک غشای بسیار قابل انبساط و جمع شدنی است. همچنین به چند کانال تغذیه (مانند پارامسی) متصل است. کانال‌های تغذیه‌ای آب را با یا بدون مواد زائد از سیتوپلاسم اطراف دریافت می‌کنند. همان را داخل واکوئل انقباضی می‌ریزند. واکوئل متورم شده و به این فرآیند دیاستول گفته می‌شود. واکوئل انقباضی متورم در تماس با غشای پلاسمایی قرار می‌گیرد و فرو می‌ریزد که به این فروپاشی سیستول می‌گویند. این حالت محتویات واکوئلی را به بیرون پرتاب می‌کند. واکوئل‌های انقباضی در تنظیم اسمزی و دفع نقش دارند.
  • واکوئل‌های غذایی: این نوع واکوئل‌ها در سلول‌های آغازیان تک‌یاخته، موجودات پست‌تر و فاگوسیت‌های جانوری پیشرفته‌تر رخ می‌دهند. یک واکوئل غذایی از ادغام یک فاگوزوم و یک لیزوزوم تشکیل می‌شود. واکوئل غذایی حاوی آنزیم‌های گوارشی است که با کمک آن‌ها مواد مغذی هضم می‌شوند. مواد هضم شده به سیتوپلاسم اطراف منتقل می‌شوند.
  • واکوئل‌های هوایی: این نوع واکوئل‌ها که به آن‌ها شبه واکوئل یا واکوئل گازی نیز گفته می‌شود فقط در پروکاریوت‌ها دیده می‌شوند. یک واکوئل هوایی یک موجود واحد نیست و توسط یک غشای مشترک احاطه نشده است. از تعدادی وزیکول زیر میکروسکوپی کوچک‌تر تشکیل شده است. هر وزیکول توسط یک غشای پروتئینی احاطه شده و گازهای متابولیک را در بر می‌گیرد. واکوئل‌های هوایی نه تنها گازها را ذخیره می‌کنند، بلکه شناوری، استحکام مکانیکی و محافظت در برابر تشعشعات مضر را فراهم می‌کنند.
انواع واکوئل
در این تصویر یک تک سلولی به نام پارامسی نشان داده شده که دارای واکوئل‌های انقباضی و غذایی است.

وظیفه واکوئل چیست؟

واکوئل‌ها در سلول‌های گیاهی نسبت به سایر سلول‌ها وظایف بیشتر و متفاوت‌تری را بر عهده دارند. در ادامه وظایف واکوئل در انواع سلول‌ها را بررسی می‌کنیم.

وظیف واکوئل در سلول گیاهی

یک واکوئل گیاهی عملکردهای مختلفی بر عهده دارد. واکوئل‌های مختلف با عملکردهای متمایز نیز اغلب در یک سلول وجود دارند. واکوئل‌های گیاهی می‌توانند به عنوان اندامک ذخیره‌ای برای مواد مغذی و مواد زائد عمل کنند. برخی از محصولات ذخیره شده توسط واکوئل‌ها عملکرد متابولیکی دارند. به عنوان مثال، گیاهان با طراوت و آبدار، روزنه‌های خود را باز می‌کنند و دی اکسید کربن را در شب (زمانی که تلفات تعرق کمتر از روز است) جذب می‌کنند و آن را به اسید مالیک تبدیل می‌کنند. این اسید تا روز بعد در واکوئل‌ها ذخیره شده و تا زمانی که روزنه‌ها بسته می‌شوند از انرژی نور برای تبدیل آن به قند استفاده شود.

این اندامک‌های سلولی می‌توانند موادی را که به طور بالقوه برای سلول گیاهی مضر هستند، در صورتی که به صورت عمده در سیتوپلاسم وجود داشته باشند، جدا کنند. این بخش از اجزای سلول با ذخیره‌سازی یون هیدروژن و آزادسازی آن در تنظیمات PH نقش دارد. همچنین واکوئل‌ها در تنظیم فشار اسمزی و میزان تورژسانس و پلاسمولیز شدن سلول نقش اصلی را ایفا می‌کنند. با افزایش اندازه، واکوئل‌ها به گیاه جوانه‌زن یا اندام‌های آن (مانند برگ‌ها) اجازه می‌دهند خیلی سریع رشد کنند و بیشتر فقط آب مصرف کنند. در دانه‌ها، پروتئین‌های ذخیره‌شده مورد نیاز برای جوانه‌زنی در «جسم‌های پروتئینی» که واکوئل‌های اصلاح‌شده هستند، نگه‌داری می‌شوند.

نقش واکوئل
یکی از وظایف واکوئل در سلول‌های گیاهی حفظ فشار تورژسانس سلول‌ها و حالت برافراشته گیاه است.

وظایف واکوئل در سایر سلول ها

در سلول‌های قارچی، واکوئل‌ها در بسیاری از فرآیندها از جمله هموستاز pH سلول و تنظیم غلظت یون‌ها، تنظیم اسمزی، ذخیره اسیدهای آمینه و پلی‌فسفات و فرآیندهای تخریب نقش دارند. در سلول‌های جانوری، واکوئل‌ها عمدتاً نقش‌های فرعی دارند و به فرآیندهای بزرگ‌تر اگزوسیتوز و اندوسیتوز کمک می‌کنند.

معرفی فیلم آموزش زیست‌ شناسی تکوینی گیاهی

آموزش زیست شناسی تکوین گیاهی

این آموزش توسط خانم دکتر هاجر صالحی، دارای دکتری تخصصی زیست‌شناسی سلولی تکوینی گیاهی در دوازده فصل تدریس و توسط فرادرس تهیه و تدوین شده است و در آن ابتدا درباره ساختار گیاهان، آشنایی با سلول گیاهی، اجزای سلول گیاهی از جمله واکوئل و سایر اندامک‌های داخل سلولی و نقش آن‌ها و همچنین انواع بافت‌های تشکیل‌دهنده ساختار گیاهان صحبت می‌شود، همچنین در ادامه، چگونگی تشکیل تک تک اندام‌های اصلی گیاهان یعنی: ریشه، ساقه، برگ و گل‌ها تشریح می‌شود. این فرادرس برای دانشجویان گرایش‌های مختلف رشته زیست شناسی و همچنین مهندسی کشاورزی و سایر علاقمندان به این حیطه مناسب است.

پراکسی زوم چیست؟

پراکسی زوم‌ها اندامک‌های اکسیدکننده متصل به غشا هستند که در سیتوپلاسم همه یوکاریوت‌ها یافت می‌شوند. این گروه از اجزای سلول به دلیل فعالیت‌های تولید و حذف پراکسید هیدروژن اینگونه نام‌گذاری شده‌اند. پراکسی‌زوم از یک غشا واحد و ماتریکس دانه‌دار پراکنده در سیتوپلاسم تشکیل شده است. آن‌ها یا به شکل لوله‌های به هم پیوسته یا به صورت پراکسی‌زوم‌‌های منفرد وجود دارند. محفظه‌های درون هر پراکسی‌زوم امکان ایجاد شرایط بهینه برای فعالیت‌های متابولیکی مختلف را فراهم می‌کند. آن‌ها از چندین نوع آنزیم با گروه‌های اصلی اورات اکسیداز، D – آمینو اسید اکسیداز و کاتالاز تشکیل شده‌اند.

وظیفه پراکسی زوم

پراکسی‌زوم‌ها در تولید و حذف پراکسید هیدروژن در طی فرآیندهای بیوشیمیایی نقش دارند. اکسیداسیون اسیدهای چرب در پراکسی‌زوم‌ها صورت می‌گیرد. علاوه بر این، پراکسی‌زوم‌ها همچنین در سنتز کلسترول شبه – لیپید و پلاسمالوژن‌ها نقش دارند. پلاسمالوژن‌ها زیرگروهی از فسفولیپیدها هستند که عمدتاً در غشای سلولی یافت می‌شوند.

پراکسی زوم
در این تصویر در سمت راست پراکسی زوم زیر میکروسکوپ الکترونی گزاره نشان داده شده و سمت چپ بخش‌های مختلف ساختاری پراکسی زوم را نشان می‌دهد. آنزیم‌های اصلی موجود در پراکسی زوم اورات اکسیدازها هستند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

بر اساس رای ۱۰ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

«نسیم حسینی» فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد در رشته بیوتکنولوژی از پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک است، فعالیت علمی و کاری وی در زمینه ژنتیک مولکولی و بهبود عملکرد پروتئین‌های آنزیمی بوده است. او مطالب آموزشی و تخصصی مجله فرادرس را در حوزه‌های زیست‌شناسی و بالینی می‌نویسد.