یاخته چیست؟ — به زبان ساده
یاخته واحد پایه حیات هر ارگانیسم است. در دنیای جدید، یاختهها کوچکترین واحدهای شناخته شده در جهان هستند که میتوانند تمام عملکردهای مورد نیاز برای زنده ماندن را انجام دهند. تمام موجودات زنده شامل ارگانیسمهای تک یاخته یا پریاخته از سلولهایی تشکیل شدهاند که به صورت تکی یا کنار هم کار میکنند تا ارگانیسم زنده بماند.
یاختهها کوچکترین واحد شناخته شدهای هستند که قادرند تمام عملکردهای حیاتی را انجام دهند. تعریف ویژگیهایی که به یاخته اجازه میدهد، این عملکردها را از خود نشان دهد، شامل موارد زیر هستند:
- غشای یاختهای با فراهم کردن فضایی برای انجام واکنشهای شیمیایی به انجام برخی از عملکردهای یاخته کمک میکند.
- حداقل یک کروموزوم در هر یاخته وجود دارد که اطلاعات ژنتیکی ارگانیسم را با خود حمل میکند.
- سیتوپلاسم ماده سیالی درون فضای داخلی یاخته است که اکثر فرایندهای یاختهای در آن انجام میگیرد.
در ادامه در مورد عملکردهای یاخته و چگونگی انجام آنها بحث میشود.
عملکرد یاخته
دانشمندان هفت عملکرد اصلی را برای یاختههای هر ارگانیسم زنده تعریف کردهاند که شامل موارد زیر هستند:
- یاختههای زنده باید نسبت به تغییرات محیطی پاسخ نشان دهند.
- آنها برای زنده ماندن باید رشد کرده و تکامل یابند.
- هر یاخته باید توانایی تکثیر و تولید مثل یا ایجاد نسخههایی از خود را داشته باشد.
- متابولیسم لازمه حیات هر یاخته است.
- حفظ هومئوستازی یکی از موارد لازم برای بقا هر ارگانیسم است.
- تمام ارگانیسمهای زنده از یاختهها تشکیل شدهاند.
- ارگانیسمهای زنده از طریق یاختههای خود قادر به انتقال صفات به نسلهای بعدی هستند.
بیولوژی یاختهها، همان چیزی است که ارگانیسمهای زنده را قادر میسازد که وظایف خود را انجام دهند. در ادامه به این سوال پاسخ میدهیم که چگونه عملکردهای یاختهای حیات ارگانیسم را تضمین میکند؟
هر یاخته چگونه کار میکند؟
برای انجام وظایفی که یاختهها بر عهده دارند، آنها باید از برخی امکانات برخوردار باشند که در زیر به این امکانات اشاره میشود:
- غشای سلولی بخشی از سلول است که فضای داخلی یاخته را از فضای خارجی آن جدا میکند. با توجه به تمرکز واکنشهای شیمیایی حیاتی درون بخش کوچکی از فضای محصور در غشای یاختهای، این امکان به وجود میآید که واکنشهای حیاتی با سرعت بسیار بالاتری قابل انجام باشند.
- ترکیبات حاوی اطلاعات ژنتیکی قادر هستند، از طریق تقسیم یاخته، صفات و اطلاعات خود را به نسل بعدی منتقل کنند. در طول فرایندهای تولید مثلی، هر ارگانیسم باید تمام اطلاعات مورد نیاز برای انجام عملکردهای حیاتی را به یاختههای نسل بعد انتقال دهد. یاختهها این کار را با همانندسازی و انتقال مولکول DNA به یاختههای جدید انجام میدهند. برخی از دانشمندان معتقدند که یاختههای اولیه به جای DNA دارای مولکولهای RNA بودند.
- پروتئينها ترکیبات کارآمدی هستند که انواع مختلف دارند و مسئول انجام عملکردهای ساختاری، متابولیکی و تولید مثلی هستند. عملکردهای بیشماری وجود دارند که یاختهها باید برای دریافت انرژی و تولید مثل انجام دهند. با توجه به نوع سلول، این عملکردها ممکن است متفاوت باشند، از جمله این عملکردها میتوان به فتوسنتز، تجزیه ترکیبات کربوهیدارتی، حرکات انتقالی، همانندسازی DNA، اجازه عبور (ورود یا خروج) به مولکولهای خاص از طریق غشای سلولی اشاره کرد. پروتئینها از اسیدهای آمینه ساخته شدهاند که مانند آجرهای بیوشیمیایی عمل کرده و با در کنار هم قرار گرفتن خود، ماکرومولکولهای پروتئینی را تشکیل میدهند. اسیدهای آمینه در اندازههای مختلف و با ویژگیهای متفاوت مانند قطبیت، بار یونی و خواص آبدوستی یا آبگریزی وجود دارند. با قرارگیری اسیدهای آمینه در کنار هم بر طبق اطلاعات ژنتیکی، سلولها قادر خواهند بود که مکانیسمهای بیوشیمیایی مورد نیاز برای انجام تمام فعالیتهای خود را به دست آورند.
انواع سلولهایی که در ادامه در مورد آنها صحبت خواهیم کرد، روشهای متفاوتی برای دستیابی به انجام عملکردهای خود دارند.
انواع یاختهها
با وجود میلیونها گونه متنوع از موجودات زنده در سراسر کره زمین که در طول زمان رشد کرده و به تدریج دچار دگرگونی و تغییر شدند، تفاوتهای بیشماری بین ویژگیهای یاختههای ارگانیسمها به وجود آمده است. در اینجا ما به بررسی ویژگیهای دو نوع اصلی سلولها و دو زیر مجموعه هر یک از آنها میپردازیم.
پروکاریوتها
پروکاریوتها سلولهای سادهتر و قدیمیتری نسبت به نوع دیگر سلولها به شمار میآیند. اغلب ارگانیسمهای تک یاختهای از نوع پروکاریوتها هستند. باکتریها و آرکی باکترها (باستانیان) نمونههایی از پروکاریوتها هستند.
سلولهای پروکاریوتیک دارای غشای سلولی هستند و یک یا چند لایه اضافی برای محافظت از سلول در برابر شرایط محیطی بر روی غشای سلولی آنها قرار میگیرد. بسیاری از پروکاریوتها غشای سلولی از جنس فسفولیپیدها دارند که با دیواره سلولی از جنس کربوهیدارتهای سخت محصور شده است. گاهی بر روی دیواره سلولی لایهای از جنس ترکیبات قندی به نام کپسول برای حفاظت بیشتر قرار میگیرد. بسیاری از یاختههای پروکاریوتی در ساختار سلولی خود دارای مژک (Cilia)، دم و یا دیگر اندامکهایی هستند که میتوانند حرکت و جابجایی سلول را کنترل کنند.
سلولهای پروکاریوت
وجود ویژگیهایی مانند دیواره سلولی و کپسول در پروکاریوتها نشان میدهد که این سلولها به تنهایی در محیط زیست خود قرار میگیرند. در واقع آنها بخشی از یک ارگانیسم پریاخته نیستند، زیرا سلولها در این نوع ارگانیسمها دارای لایههایی هستند که برای محافظت از سایر بخشهای یاخته از محیط اطراف و همچنین ایجاد حرکت سلولی مورد ستفاده قرار میگیرند.
یاختههای پروکاریوتی دارای یک کروموزوم واحد هستند که در بردارنده تمام مواد وراثتی سلول و دستورالعملهای سلولی هستند. به عنوان مثال، باکتری اشرشیا کولی، ژنوم خود را در یک کروموزوم حلقوی به طول 4 کیلوباز، جای داده است. این کروموزومهای منفرد اغلب ساختار حلقوی دارند. در این یاختهها هیچ گونه ساختار هستهای، اندامکها و غشاهای داخلی وجود ندارد و کروموزومها فقط در سیتوپلاسم سلولی شناور هستند.
صفات و اطلاعات ژنتیکی دیگری ممکن است در سایر واحدهای ژن درون سیتوپلاسم وجود داشته باشند که به آنها پلاسمید میگویند. پلاسمیدها اغلب در بر دارنده ژنهایی هستند که از طریق سایر یاختههای پروکاریوتی در طی فرایند انتقال افقی در بین یاختهها منتقل میشوند. انتقال افقی در واقع زمانی صورت میگیرد که یک سلول ترکیبات ژنتیکی خود را به سایر سلولها منتقل میکند. پلاسمیدها شامل DNA غیرضروری هستند که سلول بدون آنها نیز میتواند زنده بماند و الزاما به نسل بعد منتقل نمیشود.
زمانی که یک یاخته پروکاریوتی، برای تولید مثل آماده میشود، باید از کروموزوم حلقوی خود یک نسخه دیگر تهیه کند. سپس سلول از وسط به دو بخش تقسیم میشود و کروموزوم اولیه و نسخه کپی به هر یک از بخشهای سلول تقسیم شده، میروند، در این میان پلاسمیدها نیز به صورت تصادفی وارد هر کدام از سلولهای جدید میشوند.
دو شکل اصلی یاختههای پروکاریوتی که تاکنون توسط دانشمندان مورد تایید قرار گرفته است، شامل موارد زیر هستند:
- آرکی باکترها که یکی از سلسلههای جانداران را به خود اختصاص دادهاند و از نظر بیوشیمیایی با باکتریها و یوکاریوتها متفاوت هستند.
- باکتریها که گاهی به عنوان یوباکترها یا باکتریهای حقیقی نیز شناخته میشوند، ویژگیهایی دارند که آنها را از آرکی باکترها متمایز میکنند.
دانشمندان بر این باورند که باکتریها نسل مدرنی از آرکی باکترها هستند. هر دو این پروکاریوتها در نام خود دارای کلمه باکتری هستند، زیرا تفاوتهایی که بین این دو گروه وجود دارد، در زمانهای گذشته شناخته نشده بود و پس از استفاده از تکنیکهای مدرن بیوشیمیایی و آنالیزهای ژنتیکی این تفاوتها مشخص شدند.
زمانی که دانشمندان شروع به بررسی دقیق بیوشیمیایی و ژنتیکی پروکاریوتها کردند، کشف کردند که بین این دو گروه اصلی پروکاریوتها تفاوتهای بسیار زیادی وجود دارد که احتمالا ارتباط متفاوتی با یوکاریوتها دارند و همچنین دارای تاریخچه تکاملی متفاوتی از یکدیگر هستند.
برخی از دانشمندان تصور میکنند که یوکاریوتها مانند انسان روابط نزدیکی با باکتریها دارند، زیرا سلولهای انسانی، بیوشیمی غشای بسیار مشابه با باکتریها دارند. برخی دیگر از دانشمندان نیز بر این باورند که آرکی باکترها بسیار به یوکاریوتها شباهت دارند، به این دلیل که آرکی باکترها از پروتئینهای مشابه یوکاریوتها برای همانندسازی و تکثیر کروموزومهای خود استفاده میکنند.
گروه دیگری از محققان نیز نظری را مطرح میکنند که با دو فرضیه قبلی کاملا متفاوت است زیرا آنها میگویند، سلولهای یوکاریوتی کنونی زمانی تشکیل شدند که آرکی باکترها شروع به زندگی درون باکتریها کردند و یا برعکس. این فرضیه میتواند توضیح دهد که چگونه یوکاریوتها از ویژگیهای بیوشیمیایی و ژنتیکی هر دو گروه برخوردار هستند و وجود برخی از اندامکها مانند هسته سلول، کلروپلاست و میتوکندری را درون یوکاریوتها توجیه میکند.
یوکاریوتها
تصور میشود که سلول های یوکاریوتی مدرنترین نوع سلول هستند. تمام ارگانیسمهای پرسلولی شامل انسان، انواع حیوانات و گیاهان از نوع یوکاریوتی هستند. سلولهای یوکاریوتی میتوانند در کنار هم کار کنند و ارگانیسمهای پریاخته را بسازند، در حالی که پروکاریوتها قادر به این کار نیستند.
سلولهای یوکاریوتی معمولا بیش از یک کروموزوم دارند که شامل قطعات بزرگی از اطلاعات ژنتیکی هستند. در ساختار ارگانیسمهای پریاخته، ژنهای متفاوتی که در هر کروموزوم وجود دارند، میتوانند به شکل روشن یا خاموش باشند که این امر موجب میشود که سلولهای یک ارگانیسم صفات متفاوتی از خود نشان دهند و عملکردهای متفاوتی نیز داشته باشند.
یاختههای یوکاریوت درون خود یک یا چند اندامک غشایی دارند که همین دلیلی بر فرضیه درون همزیستی است. براساس این فرضیه سلولهای یوکاریوتی زمانی که یک یا چند نوع از یاختههای پروکاریوتی درون آنها شروع به زندگی کردند، تکامل یافتند. این سلولهای پروکاریوتی به عنوان اندامکهای درون سلولهای یوکاریوتی شناخته میشوند.
همان طور که در بالا مطرح شد، یاختههای یوکاریوتی دارای اندامکهای غشادار هستند که در ادامه به معرفی برخی از اندامکهای مهم یوکاریوتی میپردازیم:
- میتوکندری (Mitochondria): این اندامک درون سلولهای جانوری دیده میشود و وظیفه آن آزاد کردن انرژی از مولکولهای گلوکز و تبدیل آن به مولکولهای پرانرژی ATP در یک مسیر کاملا کارآمد است. اندامکهای میتوکندری دارای ژنوم اختصاصی خود هستند که مستقل از DNA هسته عمل میکند، این امر خود توجیهی برای اثبات فرضیه درون همزیستی باکتریها در سلولهای یوکاریوتی است.
- کلروپلاست (Chloroplasts): کلروپلاستها اندامکهای اختصاصی سلولهای گیاهی هستند. فتوسنتز مهمترین فرایند سلولهای گیاهی درون کلروپلاستها انجام میشود. در طی این فرایند ATP و مولکولهای قندی از نور خورشید، آب و دی اکسید کربن تشکیل میشود. کلروپلاستها نیز مانند میتوکندریها دارای ژنوم اختصاصی خود هستند که این خود نشان دهنده درون همزیستی باکتریهای فتوسنتز کننده در سلولهای گیاهی است.
- هسته (Nucleus): در سلولهای یوکاریوتی، هسته در بردارنده تمام اطلاعات ژنتیکی به شکل DNA است که دستورالعملهای عملکردی سلول را تعیین میکند. هسته دارای یک غشا به نام پاکت هستهای است که یک لایه محافظتی برای DNA در برابر سموم یا عوامل مهاجم فراهم میکند.
- شبکه آندوپلاسمی (Endoplasmic Reticulum): این شبکه مجموعهای از غشاهای داخلی است که محل اصلی ساخت پروتئینهای سلول به شمار میآید. منشا تکاملی شبکه آندوپلاسمی در یوکاریوت همچنان ناشناخته است.
- دستگاه گلژی (Golgi Apparatus): دستگاه گلژی در واقع به عنوان دستگاه ارسال پروتئینهای تولیدی در شبکه آندوپلاسمی عمل میکند. این اندامک پروتئینها را از شبکه آندوپلاسمی دریافت میکند و آنها را با برچسبهای مولکولی نشاندار کرده و بستهبندی میکند و سپس این بستهها به مقصد نهایی خود درون سلول یا خارج از آن ارسال میشوند.
- سایر اندامکها: بسیاری از یاختههای یوکاریوتی میتوانند به صورت موقتی کیسههای غشایی درونی تولید کنند که به نام «واکوئل» (vacuoles) شناخته میشوند. واکوئلها محلی برای انبار مواد دفعی سلولها یا بستهبندی ترکیبات مختلف سلولی هستند. در گیاهان این اندامکها وظیفه ذخیره آب را بر عهده دارند و اغلب هر یاخته گیاهی دارای یک واکوئل بزرگ مرکزی هستند. برخی از یاختهها واکوئلهای به خصوصی به نام لیزوزوم دارند که دارای آنزیمهای تجزیه کننده و گوارشی هستند. سلولها میتوانند ترکیبات دفعی خود را به لیزوزومها ارسال کنند و محصول تجزیه آنها میتوانند در شرایط سخت به عنوان ترکیبات بازیافتی مورد استفاده ل قرار بگیرند.
نمونههایی از انواع یاختهها
در این قسمت به معرفی برخی از انواع سلولهای یوکاریوتی و پروکاریوتی و ویژگیهای آنها میپردازیم.
آرکی باکترها
همان طور که پیشتر اشاره شد، آرکی باکترها یکی از قدیمیترین یاختههای پروکاریوتی هستند. زیست شناسان این ارگانیسمها را در حوزه اختصاصی به نام آرکی باکترها و جدا از باکتریها دستهبندی کردهاند.
در اینجا ویژگیهایی که آرکی باکترها را از باکتری جدا میکنند را مورد بحث قرار میدهیم:
- غشای سلولی آرکی باکترها از جنس لیپیدی تشکیل شده است که در باکتریها و یاختههای یوکاریوتی یافت نمیشود.
- آنزیمهای همانندسازی DNA در آرکی باکترها مشابه آنزیمهای همانندسازی در یوکاریوتها است و از آنزیمهای باکتریایی متفاوت هستند. همین امر نشان دهنده جد مشترک دور باکتریها و آرکی باکترها است، بر همین اساس آرکی باکترها ممکن است ارتباط نزدیکتری به یاختههای یوکاریوتی داشته باشند.
- برخی از آرکی باکترها توانایی تولید متان دارند، این توانایی در هیچ یک از موجودات زنده دیگر (باکتریها و یوکاریوتها) یافت نمیشود.
خواص شیمیایی منحصر به فرد آرکی باکترها برای آنها این امکان را فراهم میکنند که بتوانند در شرایط سخت مانند چشمههای آب گرم، آبهای شور و مناطقی که برای سایر موجودات زنده سمی به شمار میآیند، زندگی کنند.
دانشمندان در سال های اخیر با کشف «لوکیاآرکتیا» (Lokiarchaeota) به مطالعه در مورد آرکی باکترها علاقمند شدند، لوکیاآرکیتا نوعی از آرکی باکترها است که بسیاری از ژنهای آنها با یوکاریوتها مشترک هستند که قبلاً در سلولهای پروکاریوتی یافت نشدهاند.
براساس این یافتهها، اکنون اعتقاد بر این است که احتمالا لوکیاآرکتیا نزدیکترین گونه آرکی باکترها به یوکاریوتها هستند.
باکتریها
باکتریها گونههایی از میکروارگانیسمها هستند که برخی از آنها میتوانند باعث بروز بیماریهای متفاوتی در سایر موجودات زنده شوند. در واقع پاتوژنهایی مانند استرپتوکوکوسها و استافیلوکوکوسها از انواع باکتریهای پروکاریوتی هستند. اما در میان باکتریها انواع بسیار مفیدی نیز وجود دارند، مانند باکتریهایی که میتوانند اجساد جانداران مرده و ترکیبات دفعی آنها را تجزیه کرده و باعث افزایش باروری خاکها شوند و یا باکتریهایی که در دستگاه گوارش انسان وجود دارند و به بدن در هضم مواد غذایی کمک میکنند.
یاختههای گیاهی
سلولهای گیاهی بخش بزرگی از یاختههای یوکاریوتی هستند که در گروه ارگانیسمهای پریاخته فتوسنتز کننده قرار میگیرند. این سلولها کلروپلاستهایی دارند که شامل رنگدانههایی هستند که فوتونهای نور را جذب میکنند و از این فوتونها انرژی تولید میکنند.
کلروپلاستها توانایی چشمگیری در تبدیل انرژی نورانی به سوختهای سلولی دارند و از این انرژی برای دریافت دی اکسید کربن موجود در هوا و تبدیل آن به گلوکز استفاده میکنند که به عنوان سوخت سلولی و ماده اولیه سنتز ترکیبات سلولی به کار میرود. علاوه بر داشتن کلروپلاست، سلولهای گیاهی دارای دیواره سلولی هستند که از ترکیبات قندی مستحکم ساخته شده است. وجود دیواره سلول گیاهی به این یاختهها در بخشهای ساقه، برگ و تنه درختان کمک میکند که ساختار مستحکم خود را در شرایط مختلف حفظ کنند.
سلولهای گیاهی دارای اندامکهایی مانند هسته، شبکه اندوپلاسمی و دستگاه گلژی هستند که در سایر سلولهای یوکاریوتی نیز وجود دارند.
یاختههای جانوری
سلولهای جانوری مانند سلولهای کبدی در انسان دارای میتوکندری هستند که تنفس سلولی در این اندامک انجام میگیرد و اکسیژن و مولکولهای قند را تبدیل به مقادیر زیادی از مولکولهای پرانرژی ATP میکند. از ATP برای انجام تمام فعالیتهای سلولی استفاده میشود.
یاختههای جانوری مانند سایر یوکاریوتها دارای اندامکهای سلولی نظیر هسته، شبکه آندوپلاسمی و دستگاه گلژی هستند. در یاختههای کبدی به عنوان بخشی از یک ارگانیسم پرسلولی، برخی از ژنهای خاص بیان میشوند که در این یاختهها ویژگیها و توانایی خاصی ایجاد میکنند.
یاختههای کبدی شامل آنزیمهای اختصاصی هستند که توکسینها یا سموم مختلف را میشکنند، به این دلیل است که آنها قادر به تصفیه خون و شکستن ترکیبات خطرناک دفعی بدن هستند. این سلولها مثال خوبی هستند برای توصیف چگونگی این که ارگانیسمهای پرسلولی میتوانند با داشتن انواع مختلف سلولی که در کنار هم کار میکنند، بسیار کارآمد باشند.
بدن انسان بدون یاختههای کبدی که توکسینها و ترکیبات دفعی بدن را تجزیه میکنند، نمیتواند زنده بماند، از سویی دیگر یاختههای کبدی به خودی خود قادر به حیات نیستند، اگر سلولهای عصبی و ماهیچهها که به پیدا کردن غذا برای ارگانیسم کمک میکنند و لوله گوارشی که غذاها را مورد گوارش قرار داده و آنها را به قندهای قابل هضم تبدیل میکنند، در کنار آنها وجود نداشته باشند.
اصطلاحات مربوط به یاخته
- اپی ژنتیک (Epigenetics): فرایندی که طی آن با اضافه یا حذف برخی از گروههای شیمیایی به بخشهایی از کروموزومها، ژنها فعال (روشن) و یا غیرفعال (خاموش) میشوند.
- یوکاریوت (Eukaryotes): یاختههای پیچیدهای هستند که بیش از یک کروموزوم دارند و دارای اندامکهای غشاداری مانند هسته، میتوکندری و کلروپلاست هستند.
- پروکاریوت (Prokaryote): این گروه یاختههای ارگانیسمهای تک سلولی هستند که ساختار سادهای دارند و اغلب دارای یک کروموزوم و فاقد اندامکهای درون سلولی هستند.
دمتون گرم
درود بر شما
غذای یاخته چیست؟؟
مواد مورد نیاز سلول یا یاخته از مواد غذایی مصرف شده تامین می شود.
عالیه،❤️❤️❤️