عمل الخلية.....السنة اولى علوم

السلام عليكم

[color=black]عمل الخلية[color:b755=black:b755]

عمل الخلية
الخلية عارمة النشاط؛ فهي تقوم بمعظم وظائف الحياة، بما في ذلك النمو والتكاثر. وبالإضافة إلى ذلك تؤدي خلايا بعض الكائنات الحية المتعددة الخلايا، وظائف خاصة. ولكي تعيش وتؤدي عملها، لابد للخلية أن تحصل على طاقة، وأن تصنع البروتينات وغيرها من المواد التي تحتاجها الخلية لبناء نفسها، وتسريع آلاف التفاعلات الكيميائية التي تحدث فيها.

إنتاج الطاقة

تنتج معظم الطاقة في تركيبات دقيقة تسمى المتقدرات وتخزن في مركب يسمى ث ف أ. ولإنتاج ث ف أ تحتاج المتقدرات إلى وقود. وفي الكائن البشري يأتي هذا الوقود من الغذاء. في البداية يكسر الجهاز الهضمي الغذاء إلى أحماض أمينية وأحماض دهنية وسكريات بسيطة. ويحمل الدم هذه المواد إلى الخلايا، حيث تكسر السكريات إلى حمض البيروفيك في سيتوبلازم الخلية، كما ينتج جزء من ث ف أ. وتدخل الأحماض الأمينية والدهنية وحمض البيروفيك إلى المتقدرات، حيث تحدث سلسلة من التفاعلات الكيميائية ينتج عنها ث ف أ، ويتكون ثاني أكسيد كربون وماء، في شكل فضلات.
إنتاج الطاقة. تأتي معظم طاقة الإنسان من المتقدرات، أي مراكز إنتاج القدرة في الخلية. وتشبه المتقدرات محطات القدرة التي تحرق الوقود لإنتاج الكهرباء التي تدير الآلات. فالغذاء الذي يتناوله الشخص هو الوقود الذي يحترق داخل المتقدرات. ومن منتجات هذا الاحتراق مركب يسمى ثالث فوسفات الأدينوزين (ث ف أ)، الذي يمثل الكهرباء التي تدير نشاطات الخلية، حيث يوفر الطاقة التي تحتاجها الخلية لأداء عملها. يوفر ث ف أ، على سبيل المثال، الطاقة اللازمة لتقليص العضلات أو إرسال الرسائل بين الخلايا العصبية.

يحتوي جزيء ث ف أ على ثلاث مجموعات فوسفات، يرتبط كل منها بالأخرى بروابط كيميائية (قوى تمسك الذرات بعضها إلى بعض)، مكونة شكلاً يشبه عربات السكك الحديدية. والرابطة التي تربط بين المجموعتين الثانية والثالثة، على وجه الخصوص، غنية جدًا بالطاقة. وعندما تتفكك هذه الروابط تنطلق الطاقة التي تستخدمها الخلية.

والشمس هي مصدر الطاقة لكل الكائنات الحية، سواء بطريقة مباشرة أو غير مباشرة، حيث تنتج خلايا النباتات ث ف أ أثناء عملية التركيب الضوئي، وهي العملية التي تأسر بها النباتات الخضراء الطاقة من الشمس وتستخدمها لصنع السكريات. فعندما يسقط ضوء الشمس علي جزيء اليخضور في البلاستيدة الخضراء، تحدث سلسلة من التفاعلات الكيميائية. ويوفر ث ف أ الناتج الطاقة التي يحول بها النبات ثاني أكسيد الكربون من الجو، والماء من التربة، إلى سكريات ومواد أخرى. وتنتج بعض الكائنات الحية الأخرى، مثل البكتيريا أيضًا ث ف أ بعملية التركيب الضوئي. انظر: التركيب الضوئي.

تحصل خلايا الحيوانات على طاقتها من الغذاء الذي تأكله. يفتت الجهاز الهضمي للحيوان الغذاء إلى أجزاء رئيسية، حيث تتفتت الدهون إلى أحماض دهنية، والسكريات والنشا إلى سكريات بسيطة، والبروتينات إلى وحدات كيميائية تسمى الأحماض الأمينية. ويحمل الدم هذه المواد إلى خلايا الجسم.

وفي سيتوبلازم الخلية تتفتت السكريات البسيطة إلى حمض البيروفيك، وتنتج كمية قليلة من ث ف أ. وتدخل الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية وحمض البيروفيك إلى المتقدرات، حيث تفتت إنزيمات معينة هذه المواد أكثر، في سلسلة من التفاعلات الكيميائية. ولابد من وجود الأكسجين أيضًا في المتقدرات لضمان حدوث هذه التفاعلات. وينتج عن هذه التفاعلات ثاني أكسيد كربون وماء وجزيئات عديدة من ث ف أ. وتغادر جزيئات ث ف أ المتقدرات لتمنح الطاقة حيثما برزت الحاجة إليها في الخلية، حيث تفتت إنزيمات خاصة الروابط الفوسفاتية في ث ف أ، لتحرير الطاقة التي تتطلبها نشاطات الخلية.

إنتاج البروتينات. يتحدد شكل ووظيفة الخلية، مثل الخلية الحيوانية الموضحة أعلاه، بالبروتينات التي تصنعها، وتتكون البروتينات، بدورها، من وحدات دقيقة تسمى الأحماض الأمينية. ويحتوي د ن أ على الطبعات الزرقاء لكل البروتينات التي تصنع في الخلية. وتوجه هذه الطبعات الزرقاء الأوامر التي سترتبط بها الأحماض الأمينية معًا لتكون بروتينات معينة.
إنتاج البروتينات تحتوي كل الخلايا الحية على البروتينات، حيث تبنى كل تراكيب الخلايا من البروتينات. وتسرع بروتينات تسمى الإنزيمات التفاعلات الكيميائية الضرورية للحياة، حيث تساعد على هضم الطعام وإنتاج الطاقة، كما تساعد في بناء البروتينات الأخرى. وقد تحتوي الخلية الواحدة على مئات من أنواع مختلفة من الإنزيمات. والعديد من الهورمونات - أي المواد التي تنظم النشاطات الكيميائية في أنحاء الجسم المختلفة- بروتينات. ويصنع الجسم أيضًا بروتينات تسمى الأجسام المضادة لمكافحة الجراثيم. والبروتينات مواد معقدة ثلاثية الأبعاد تتكون من سلسلة واحدة أو عدة سلاسل مطوية من مركبات تسمى عديدات الببتيدات. تتكون هذه السلاسل من وحدات الأحماض الأمينية التي تحتوي بدورها على كربون وهيدروجين وأكسجين ونيتروجين، وقد يحتوي بعضها على كبريت. وتترابط الأحماض الأمينية، بعضها مع بعض، في خط لتكوين سلاسل عديدات الببتيدات. وهناك 20 نوعًا من الأحماض الأمينية التي تساهم عادة في إنتاج البروتينات، ويمكن أن يترابط أي عدد من هذه الأحماض، بشكل أو آخر، لتكوين سلسلة عديد الببتيد. وبعض سلاسل عديدات الببتيدات تحتوي على 10 وصلات أحماض أمينية فقط، بينما تحتوي بعض السلاسل الأخرى على أكثر من 100 وصلة. ويكوِّن أي ترتيب معين من الأحماض الدهنية سلسلة عديد ببتيد مختلفة عن السلاسل الأخرى. وهكذا فإن عدد السلاسل المختلفة، وبالتالي عدد البروتينات المختلفة، التي يمكن أن تتكون، لانهائي من الناحية العملية. انظر: الحمض الأميني؛ البروتين.

يحتوي د ن أ على طبعات زرقاء لكل البروتينات التي تصنع في الخلية، حيث يحتوي كل مورث على قالب لعديد ببتيد معين. وتوجه هذه الطبعات الطريقة التي يمكن أن تترابط بها الأحماض الأمينية، بعضها مع بعض، لتكوين البروتينات. ويتم صنع البروتينات في سيتوبلازم الخلية، ولكن د ن أ لايترك النواة من أجل الإسهام في صنع البروتينات، وعوضًا عن ذلك يؤدي الصنو الكيميائي لـ د ن أ، أي ر ن أ، هذه المهمة. ويصنع ر ن أ في نواة الخلية، ولكنه يوجد في كل من النواة والسيتوبلازم.

عند الشروع في إنتاج بروتين معين تصنع نسخة ر ن أ لطبعة د ن أ الخاصة بذلك البروتين. ويذهب ر ن أ هذا، والذي يسمى ر ن أ الرسول، إلى ريبوسوم، وهو جسم دقيق على سطح شبكة الهيولي الباطنة في السيتوبلازم. ويرتب ر ن أ الرسول الأحماض الأمينية حسب الترتيب الصحيح. ويجمع نوع آخر من ر ن أ، وهو ر ن أ الناقل الأحماض الأمينية في السيتوبلازم.
ولفهم كيفية صنع البروتينات، دعنا نتابع إنتاج بروتين يحتوي على سلسلة عديد ببتيد واحدة. تحدث الخطوة الأولى في النواة، حيث تصنع هناك نسخة ر ن أ من طبعة د ن أ الزرقاء الخاصة بسلسلة عديد الببتيد. بعد ذلك يترك ر ن أ النواة ويدخل السيتوبلازم. يذهب ر ن أ هذا، والذي يسمى رن أ الرسول، إلى الريبوسومات، أي مراكز إنتاج البروتين في الخلية. ويتحرك الريبوسوم على امتداد ر ن أ قارئًا المعلومات المشفرة عليه. يؤدي ر ن أ الرسول وظيفة قالب يرتب الأحماض الأمينية بدقة حسب التوجيه الصادر عن د ن أ في المورثات. وتوصل الأحماض الأمينية معًا، واحدًا تلو الآخر لتكوين سلسلة عديد الببتيد.

الريبوسومات تتحرك على امتداد ر ن أ الرسول. ويتراص ر ن أ الناقل، الحامل للأحماض الأمينية، مع ر ن أ الرسول في الريبوسوم. وترتبط الأحماض الأمينية معًا، ويتحرر ر ن أ الناقل (إلى اليمين). وأثناء تحرك الريبوسوم أسفل ر ن أ الرسول، تتكون سلسلة عديد الببتيد (في الوسط). وتشير القطعة النهائية من ر ن أ الرسول (إلى اليسار) إلى أن السلسلة قد اكتملت.
يجمع نوع آخر من ر ن أ يسمى ر ن أ الناقل الأحماض الأمينية في السيتوبلازم، ويحملها إلى ريبوسومات ر ن أ الرسول المتصلة بـ ر ن أ الرسول. وهناك جزيئات ر ن أ ناقل خاصة بكل نوع من أنواع الأحماض الأمينية. ويتم الجمع بين ر ن أ الناقل الخاص والحمض الأميني الصحيح، بفعل ث ف أ وإنزيم.

وفي أثناء إنتاج أي بروتين، يرتبط ريبوسوم بقطعتي تشفير قريبتين من جزيء ر ن أ الرسول. ويسمى كل قطعة من قطعتي التشفير، والتي تتكون من ثلاث نوويدات، الرامزة، وتكون مختصة بحمض أميني واحد. ويصطف ر ن أ الناقل الصحيح ملتصقًا به حمضه الأميني في الرامزة الأولى لقالب ر ن أ الرسول. وبعد أن يصطف ر ن أ ناقل آخر وحمضه الأميني على رامزة أخرى، يرتبط الحمضان الأمينيان كل منهما بالآخر، ثم يحرر ر ن أ الناقل، الأول، لجمع مزيد من الأحماض الأمينية.

يثبت ر ن أ الناقل، الثاني، سلسلة عديد الببتيد النامية إلى الريبوسوم، ثم يحرك الريبوسوم رامزة أخرى لأسفل ر ن أ الرسول. وعلى هذه الرامزة يصطف ر ن أ الناقل الصحيح مع حمضه الأميني الملتصق به. ثم يرتبط الحمض الأميني بالحمضين الأمينيين السابقين، ويحرر ر ن أ الناقل، الثاني، ثم يتحرك الريبوسوم خطوة أخرى مغطيًا الرامزة التالية على قالب ر ن أ الرسول. وتستمر هذه العملية حتى يمر الريبوسوم على طول ر ن أ الرسول، خطوة بخطوة. ولاتشفر الرامزة الأخيرة على ر ن أ الناقل لحمض أميني، ولكنها تعطي إشارة بأن السلسلة قد اكتملت، ومن ثم تُحرر سلسلة عديد الببتيد المنتهية وبذلك يكتمل إنتاج البروتين.

وفي معظم البروتينات التي تتكون من أكثر من سلسلة عديد ببتيد واحدة، تصنَّع السلاسل كلاً على حدة ثم تترابط لصنع البروتين الذي يبدأ بعد اكتماله أداء وظيفته المحددة، حيث تستخدم بعض البروتينات داخل الخلية، بينما تحرر بروتينات أخرى، مثل الهورمونات والإنزيمات الهضمية، من الخلية لتباشر أداء مهامها.