شکل یاخته به چه چیزی بستگی دارد؟ — به زبان ساده

شکل یاخته به شدت بر عملکرد آن تأثیر می‌گذارد. هر سلول دارای شکلی است که به بهترین وجه با عملکرد آن مطابقت دارد. به عنوان مثال، گلبول‌های قرمز خون گرد هستند و سطح وسیعی روی خود دارند تا حداکثر اکسیژن را جذب کنند. آن‌ها کوچک هستند که می‌توانند به راحتی از رگ‌های خونی عبور کنند. سلول‌های عصبی، طولانی و دارای شاخه‌های انتهایی دراز هستند تا پیام‌ها را در فواصل طولانی در بدن ما ارسال کنند. در این مقاله به بررسی شکل یاخته ، ارتباط عملکرد و شکل سلول‌ها با ذکر مثال‌های مختلفی می‌پردازیم.

شکل یاخته به چه چیزی بستگی دارد؟

یکی از جنبه‌های باورنکردنی سلول‌ها این است که یک سلول می‌تواند شکل جامد به خود بگیرد، کاملاً تغییر شکل دهد یا اصلاً شکل خاصی نداشته باشد. انواع مختلف سلول‌ها بسته به عملکرد خاص آن سلول در ارگانیسم، قابلیت تغییر شکل متفاوتی دارند. سه عامل کلی شکل سلول را تعیین می‌کنند: وضعیت اسکلت سلولی، مقدار آبی که به داخل سلول پمپ می‌شود و وضعیت دیواره سلولی.

فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هفتم در فرادرس

کلیک کنید

هر یک از این سه عامل بسیار پویا هستند، به این معنی که دائماً در جریان هستند یا می‌توانند ناگهان تغییر کنند. این پویایی بیان‌گر این است که چگونه سلول‌ها می‌توانند شکل متفاوتی داشته باشند.

چرا شکل یاخته مهم است؟

میلیاردها سال تکامل به موجودات زنده تنوع شگفت‌انگیزی از اشکال و فرم‌های مختلف شامل شکل‌های بی‌نظم حیوانات ساده مانند اسفنج‌ها تا شکل‌های حجاری شده و متقارن موجودات پیچیده‌تر از جمله انواع جانوران داده است. اما این فقط بدن موجودات نیست که دارای طیف وسیعی از اشکال است، بلکه سلول‌های آن‌ها نیز چنین هستند. شکل سلول‌ها معمولاً به عملکرد آن‌ها مربوط می‌شود. به عنوان مثال، نورون‌های مغز ما دارای شاخه‌های ستاره‌مانندی هستند تا با نورون‌های دیگر تشکیل شبکه‌های عصبی دهند. یا گلبول‌های قرمز به شکل دیسک‌های مقعر هستند تا ظرفیت حمل اکسیژن را به حداکثر برسانند و در عین حال به آن‌ها اجازه دهند از طریق باریک‌ترین رگ‌های خونی فشرده شده و رد شوند.

فیلم آموزش زیست شناسی سلولی Cell Biology در فرادرس

کلیک کنید

در مقابل، ماکروفاژها (نوعی از گلبول‌های سفید خون) دارای شکل‌هایی شبیه به آمیب در حال تغییر هستند که به آن‌ها کمک می‌کند اجسام خارجی را ببلعند. در دنیای گیاهان، شکل سلول‌ها از شکل‌های خاردار پیچیده دانه‌های گرده، که برای حمل شدن توسط باد یا چسبیدن به حشرات گرده‌افشان سازگار شده‌اند، تا شکل سلول‌های نگهبان روزنه که منافذ برگ‌ها را باز و بسته می‌کنند، متفاوت است. سلول‌ها همچنین می‌توانند اشکال پیچیده‌تری مانند استوانه‌های پیچ خورده یا اسکوتوئید (منشور خمیده با ۵ بخش و یک گوشه) به خود بگیرند. این حالت‌ها روش‌های طبیعی هستند که به بافت‌های اپیتلیال اجازه انحنا می‌دهد.

شکل سلول چگونه پیش بینی می شود؟

سلول‌ها اجسام سه‌بعدی با اشکال پیچیده هستند، اما تصاویر تولید شده از اکثر میکروسکوپ‌ها دو بعدی هستند. این امر درک شکل کلی سلول‌ها و نحوه تعامل آن‌ها با یکدیگر را دشوار کرده است. با این حال، اکنون چندین تکنیک میکروسکوپی امکان ساخت مدل‌های سه‌بعدی از سلول‌ها یا بخش‌هایی از آن‌ها را فراهم می‌کند. این کار با جمع‌آوری چندین تصویر دو بعدی به صورت دیجیتال و سپس ترکیب آن‌ها با استفاده از برنامه‌های کامپیوتری انجام می‌شود.

تغییر شکل یاخته ها

اگرچه شکل یک سلول با نقش عملکردی آن مرتبط است، بسیاری از سلول‌ها پتانسیل تغییر شکل خود را دارند. این توانایی در رشد جنین حیاتی است، زمانی که بافت‌ها با ایجاد اندام‌ها دچار تاخوردگی، شیار و خمش می‌شوند. به عنوان مثال، در جنین مگس سرکه، فرآیند گاسترولاسیون، که طی آن یک گلوله جنینی از سلول‌ها شروع به تمایز به بافت‌های مجزا می‌کند، توسط تغییر شکل سلولی به نام انقباض آپیکال انجام می‌شود. سلول‌های اپیتلیال در یک طرف جنین از ستونی به بطری‌شکل تغییر می‌کند و باعث می‌شود اپیتلیوم خود را به داخل لوله‌ای بپیچد. تغییرات عمده در شکل سلول نیز زمانی رخ می‌دهد که دسته‌های سلولی از یک قسمت جنین به قسمت دیگر مهاجرت می‌کنند.

در جنین «گورخرماهی» (Zebrafish)، سلول‌هایی که در ایجاد «خط جانبی» (یک اندام حسی موجود در ماهی) نقش دارند، برآمدگی‌های متحرک کوچکی به نام فیلوپودیا و لاملی‌پودیا رشد می‌کنند. آن‌ها در لبه جلویی خوشه ظاهر می‌شوند و به نظر می‌رسد که کل خوشه را در جهت خاصی هدایت می‌کنند. تغییر شکل در تقسیم سلولی نیز مهم است که نقش مهمی در بسیاری از فرآیندهای رشد ایفا می‌کند. هنگامی که میتوز (تقسیم سلولی) شروع می‌شود، سلول‌ها از تخت به کروی تغییر می‌کنند. آزمایش‌هایی که سلول‌های تقسیم‌کننده و ابعاد آن‌ها را در داخل کانال‌های میکروسکوپی محدود می‌کردند، نشان دادند که مرحله کروی برای توزیع یکسان کروموزوم‌ها بین سلول‌های دختری ضروری است. اگر از این تغییر شکل جلوگیری شود، تقسیم سلولی با شکست مواجه می‌شود.

چه چیزی شکل سلول را کنترل می کند؟

اگرچه پژوهشگران هنوز درک جامعی در این باره ندارند، اما برخی از فرآیندهای مولکولی و مکانیکی تعیین‌کننده شکل سلول را، کشف کرده‌اند. این یافته‌ها عمدتاً از ارگانیسم‌های آزمایشگاهی آشنا مانند مگس‌های میوه و گورخرماهی یا از سلول‌های سرطانی رشد یافته در کشت به دست می‌آیند، اما بسیاری از فرآیندهای درگیر احتمالاً کلی هستند. یکی از بخش‌های مهم سلول که بر شکل آن تأثیر می‌گذارد، قشر سلول یا اسکلت سلولی است، شبکه‌ای از پروتئین‌های ساختاری که لایه‌ای را در زیر غشای بیرونی سلول تشکیل می‌دهند. خواص فیزیکی اسکلت سلولی تعیین می‌کند که سطح سلول چقدر سفت یا نرم است و بنابراین سلول در کل چقدر انعطاف‌پذیر است.

فیلم آموزش زیست شناسی سلولی Cell Biology در فرادرس

کلیک کنید

اسکلت سلولی عمدتاً از دو نوع پروتئین تشکیل شده است که ارتباط نزدیکی با پروتئین‌هایی دارند که باعث انقباض فیبرهای عضلانی می‌شوند. اکتین، که میکروفیلامنت‌های طولانی را تشکیل می‌دهد و میوزین که به میکروفیلامنت‌های اکتین متصل می‌شود و از انرژی شیمیایی برای کشیدن آن‌ها استفاده می‌کند و مانند یک موتور عمل می‌کند. این سیستم به روشی مشابه سیستم اکتومیوزین در عضلات انقباض ایجاد می‌کند. دانشمندان همچنین صدها پروتئین تنظیمی را شناسایی کرده‌اند که با ریز رشته‌های اکتین در اسکلت سلولی تعامل دارند.

در بسیاری از موارد، شکل سلول‌ها توسط نیروهای خارجی اعمال می‌شود. به عنوان مثال، سلول‌های اپیتلیال در بال مگس میوه به شکل شش ضلعی شکل می‌گیرند، زیرا آن‌ها در یک صفحه لانه زنبوری محکم در کنار هم قرار گرفته‌اند و هر سلول توسط شش یا بیشتر همسایه احاطه شده است. به طور مشابه، سلول‌هایی که مویرگ‌های خون ما را پوشانده‌اند توسط جریان خون تراشیده می‌شوند و باعث می‌شوند که آن‌ها کشیده شده و به موازات جریان قرار بگیرند.

برای علاقه‌مندان کنجکاو

یافتن چگونگی تأثیر این پروتئین‌ها بر اسکلت سلولی و در نتیجه شکل یاخته ، یک حوزه فعال تحقیقاتی است. یکی از روش‌های رایج مورد استفاده برای مطالعه آن‌ها، مسدود کردن مسیر تولید پروتئین‌های تنظیم‌کننده یک به یک با استفاده از siRNA‌ها (مولکول‌های RNA مداخله‌گر کوچک) است که ژن‌های خاصی را خاموش می‌کنند. آزمایش‌های دیگر بررسی کرده‌اند که چگونه خاموش کردن بیان رشته‌های پروتئینی میوزین یا خرد کردن ریز رشته‌های اکتین بر شکل سلولی تأثیر می‌گذارد.

اندازه سلول ها

سلول‌های مختلف در یک ارگانیسم واحد می‌توانند در اندازه‌ها و شکل‌های مختلف باشند. آن‌ها ممکن است خیلی بزرگ نباشند، اما شکل آن‌ها می‌تواند بسیار متفاوت از یکدیگر باشد. با این حال، این سلول‌ها همگی دارای توانایی‌های مشترکی مانند به دست آوردن و استفاده از انرژی غذا، پاسخ به محیط خارجی و تولید مثل هستند. نیاز به انتقال مواد مغذی و گازها به داخل و خارج سلول، محدودیتی را برای بزرگ بودن سلول‌ها تعیین می‌کند. هرچه یک سلول بزرگ‌تر شود، حرکت مواد مغذی و گازها به داخل و خارج از سلول دشوارتر می‌شود.

با رشد سلول، حجم آن سریع‌تر از سطح آن افزایش می‌یابد. اگر قرار باشد یک سلول خیلی بزرگ شود، مساحت سطح کوچک اجازه نمی‌دهد مواد مغذی کافی برای نیازهای سلول سریع وارد سلول شوند. سلول‌های بزرگ، مانند برخی از گلبول‌های سفید، اغلب هسته‌های بیشتری ایجاد می‌کنند تا بتوانند پروتئین و RNA کافی برای نیازهای سلول را تامین کنند. سلول‌های بزرگ و فعال متابولیک اغلب دارای برجستگی‌های سلولی زیادی هستند که در نتیجه چین‌های زیادی در سراسر غشای سلول ایجاد می‌شود. این چین‌ها سطح در دسترس برای انتقال مواد به داخل یا خارج سلول را افزایش می‌دهند. چنین انواع سلولی در پوشش روده کوچک شما یافت می‌شود، جایی که مواد مغذی را از طریق برآمدگی‌هایی به نام میکروویلی از غذا جذب می‌کنند.

چرا سلول ها به جای تکثیر بزرگ تر نمی شوند؟

اکثر موجودات، حتی موجودات بسیار بزرگ، دارای سلول‌های میکروسکوپی هستند. چرا سلول‌ها به جای کوچک ماندن و تکثیر بزرگ‌تر نمی‌شوند؟ چه چیزی اندازه سلول را محدود می‌کند؟ پاسخ به این سؤالات زمانی مشخص می‌شود که بدانید یک سلول چگونه عمل می‌کند. همان‌طور که بیان شد برای انجام فرآیندهای زیستی، یک سلول باید بتواند مواد را به سرعت به داخل و خارج سلول منتقل کند. هر چیزی که وارد سلول شده یا از آن خارج می‌شود باید از سطح بیرونی آن عبور کند. این نیاز به عبور مواد از سطح است که بزرگی یک سلول را محدود می‌کند.

اگر دو مکعب کوچک و بزرگ را در نظر بگیرید متوجه خواهید شد که یک مکعب بزرگ‌تر نسبت سطح به حجم کمتری نسبت به یک مکعب کوچک‌تر دارد. این رابطه در مورد سلول‌ها نیز صدق می‌کند. یک سلول بزرگ‌تر نسبت به حجم کمتری نسبت به سلول کوچک‌تر دارد. افزایش نسبت سطح به حجم به معنای افزایش قرار گرفتن در معرض محیط است. این بدان معنی است که مواد مغذی و گازها می‌توانند به راحتی به داخل و خارج از یک سلول کوچک حرکت کنند اما در مورد سلول‌های بزرگ این‌گونه نیست.

از آنجایی که همه مواد ورودی و خروجی سلول باید از سطح سلول عبور کنند، یاخته بزرگ با حجم زیاد سطح کافی نخواهد داشت تا بتواند نیازهای خود را برآورده کند. هر چه سلول بزرگ‌تر باشد، نسبت مساحت سطح به حجم آن کمتر است و خلاص شدن از شر ضایعات و جذب مواد لازم برای سلول دشوارتر خواهد بود. این همان چیزی است که اندازه سلول را محدود می‌کند.

شکل یاخته پروکاریوتی

سلول‌های پروکاریوتی در اشکال و اندازه‌های مختلفی وجود دارند که می‌توانید آن‌ها را زیر میکروسکوپ ببینید. توصیف شکل یک سلول را مورفولوژی سلول می‌نامند. رایج‌ترین مورفولوژی‌های سلولی کوکسی (کروی) و باسیل (میله‌ای) هستند. کوکسی باسیل‌ها ترکیبی از هر دو هستند، در حالی که ویبریو به شکل کاما است، اسپیریلا مانند یک مارپیچ (به نوعی شبیه یک فنر بازی کشیده شده) و اسپیروکت‌ها مانند یک میله پیچ خورده هستند. اگرچه پروکاریوت‌ها موجودات تک سلولی هستند، سلول‌های آن‌ها را می‌توان به روش‌های مختلفی مانند زنجیره‌ها (استرپتو) یا خوشه‌ها (استافیلو)، بسته به نحوه تقسیم سلول‌ها، مرتب کرد، انواع آن‌ها را در ادامه توضیح داده‌ایم:

فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هفتم

کلیک کنید

• باکتری‌های کوکسی که در امتداد یک صفحه تقسیم می‌شوند زنجیره‌های کوچکی از دو سلول به نام دیپلوکوک یا زنجیره‌های طولانی از سلول‌های متعدد به نام استرپتوکوک تشکیل می‌دهند. باکتری‌های کوکسی همچنین می‌توانند در امتداد چندین صفحه تقسیم شوند تا تتراد (دو صفحه)، سارکینای مکعبی (سه صفحه)، یا خوشه‌های انگور مانند به نام استافیلوکوک (چند صفحه) را تشکیل دهند.
• همانند کوکسی‌ها، باکتری‌های میله‌ای شکل می‌توانند تقسیم شوند و دیپلوباسیل‌های دو سلولی یا زنجیره‌های بلندتری به نام استرپتوباسیل‌ها را تشکیل دهند.

بخش های مختلف سلول پروکاریوتی

سلول‌های پروکاریوتی سلول‌های بدون هسته هستند. DNA در سلول‌های پروکاریوتی به جای محصورشدن در غشای هسته‌ای داخل سیتوپلاسم است. سلول‌های پروکاریوتی در موجودات تک سلولی مانند باکتری یافت می‌شوند. ارگانیسم‌هایی که سلول‌های پروکاریوتی دارند پروکاریوت نامیده می‌شوند. آن‌ها اولین نوع موجوداتی بودند که تکامل یافتند و امروزه نیز رایج‌ترین موجودات هستند. در جدول زیر بخش‌های مختلف سلول پروکاریوتی و کار آن‌ها بررسی شده است.