تويت
الخلايا النباتية والبلاستيدات الخضراء وجدران الخلايا
الخلايا النباتية لها عدة هياكل غير موجودة في حقيقيات النوى الأخرى. فمثلا، تسمح العضيات المسماة ب البلاستيدات الخضراء للنباتات بالتقاط طاقة الشمس في جزيئات غنية بالطاقة. كما تساعد الجدران الخلوية للنباتات على احتواء هياكل صلبة متنوعة مثل جذوع الأشجار الخشبية والأوراق المرنة. وتمكن الفجوات الموجودة بالخلايا النباتية من تغيير حجمها.
ما هو أصل البلاستيدات الخضراء؟
يُحتمل أن تكون البلاستيدات الخضراء ناتجة من تكافل قديم -كما في الميتوكوندريا-، عندما اندمجت خلية ذات نيكليوتيدات مع خلية ضوئية بدائية النوى. في الواقع، تشبه البلاستيدات الخضراء البكتيريا الزرقاء الحديثة، والتي بدورها ما تزال مشابهة للبكتيريا الزرقاء منذ 3 ملايين سنة.
ومع ذلك، يعود تطور عملية التمثيل الضوئي إلى حقبة أبعد، يعود إلى الخلايا المبكرة (الأولى من نوعها) التي طورت القدرة على التقاط الطاقة الضوئية واستخدامها لإنتاج جزيئات غنية بالطاقة.
عندما طورت هذه الكائنات القدرة على تقسيم جزيئات الماء، واستخدمت الإلكترونات من هذه الجزيئات، شرعت خلايا التمثيل الضوئي تولد الأكسجين، وهو حدث له عواقب دراماتيكية لتطور كل الكائنات الحية على الأرض.
أصل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء
يُعتقد أن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء قد تطورتا من بدائيات النوى المغمورة التي عاشت ذات يوم ككائنات مستقلة. في مرحلة ما، انغمرت أو اندمجت الخلية حقيقية النواة مع بدائيات النوى الهوائية، التي شكلت فيما بعد علاقة تكافل داخلي مع المضيف من حقيقيات النوى، تطورت تدريجيًا إلى ميتوكوندريا. ثم غمرت الخلايا حقيقية النوى -التي تحتوي على الميتوكوندريا- الخلايا الضوئية بدائية النوى والتي تطورت بدورها لتصبح عصيان اليخضور.
أما اليوم، فتحتفظ البلاستيدات الخضراء بجينومات دائرية صغيرة تشبه جزيئات البكتيريا الزرقاء، على الرغم من أنها أصغر بكثير. تظهر جينومات الميتوكوندريا أصغر من جينومات البلاستيدات الخضراء. وقد فُقد تسلسل الترميز لغالبية بروتينات الكلوروبلاست، إذ تُرمَّز هذه البروتينات الآن بواسطة الجينوم النووي الذي يُولَّف في السيتوبلازم، ويُنقل من السيتوبلازم إلى البلاستيدات الخضراء.
ما هي وظيفة أغشية الكلوروبلاست؟
تحاط البلاستيدات الخضراء بغشائين مثل الميتوكوندريا أيضًا. الغشاء الأول هو غشاء خارجي قابل للنفاد إلى جزيئات عضوية صغيرة، في حين أن الغشاء الداخلي أقل نفادية ومرصع ببروتينات النقل. تحتوي المصفوفة الداخلة للبلاستيدات الخضراء -المسماة بالسدى- على الإنزيمات الأيضية والنسخ المتعددة من جينوم كلوروبلاست.
تحتوي البلاستيدات الخضراء أيًضا على غشاء داخلي ثالث يسمى الثايلاكويد (Thylakoid)، وهو عبارة عن مجموعة من الطيات المضغوطة، ويظهر على المجهر الإلكتروني كأقراص مسطحة متكدسة. يحتوي الثايلاكويد على مجمع حصاد الضوء بما في ذلك الصبغات مثل الكلوروفيل، وكذلك سلاسل نقل الإلكترون المستخدمة في التركيب الضوئي.
بنية البلاستيدات الخضراء
ما هو جدار الخلية ؟
جدار الخلايا النباتية مرتب في طبقاته، ويحتوي على اللييفات السليلوزية الميكروسكوبية، والهيميسليلوز، والبكتين، واللجنين، والبروتين القابل للذوبان. يتم تنظيم هذه المكونات في ثلاث طبقات رئيسية:
جدار الخلية الأول، والصفيحة الوسطى، والجدار الخلوي الثانوي «ليس في الصورة». يحيط جدار الخلية بغشاء البلازما ويوفر قوة الشد والحماية. إلى جانب وجود البلاستيدات الخضراء، هناك فرق رئيسي آخر بين الخلايا النباتية والحيوانية هو وجود جدار خلوي.
الغشاء البلازمي وبنية جدار الخلية النباتية
يحيط جدار الخلية بغشاء البلازما لخلايا النبات ويوفر قوة الشد والحماية من الإجهاد الميكانيكي والتناضحي. يسمح أيضًا للخلايا بتطوير ضغط Turgor، وهو ضغط محتويات الخلية على جدار الخلية. تحتوي الخلايا النباتية على تركيزات عالية من الجزيئات المذابة في السيتوبلازم، ما يؤدي إلى دخول الماء إلى الخلية في الظروف الطبيعية، ما يجعل الخلية فجوة مركزية تنتفخ وتضغط على جدار الخلية. مع الإمداد الصحي بالماء، يحافظ هذا الضغط على النبات من الذبول.
في الجفاف، قد يذبل النبات، لكن جدرانه الخلوية تساعد في الحفاظ على السلامة الهيكلية لسيقانه وأوراقه وبنياته الأخرى، على الرغم من تقلص الفجوات. تصنع جدران الخلايا النباتية في المقام الأول من السليلوز، وهو أكثر الجزيئات وفرة على الأرض. وألياف السليلوز عبارة عن بوليمرات خطية طويلة تتكون من مئات من جزيئات الجلوكوز.
تتجمع هذه الألياف في حزم عددها قرابة الأربعين حزمة، والتي تسمى لييفات ميكروية (Micro fibrils). تُضمّن الألياف الميكروية في شبكة مائية من السكريات الأخرى. يُجمّع جدار الخلية في مكان، وتُصنع المكونات السابقة داخل الخلية ثم تُجمع بواسطة إنزيمات مرتبطة بغشاء الخلية.
ما هي الفجوات؟
تمتلك الخلايا النباتية بالإضافة إلى ذلك حويصلات كبيرة مملوءة بسائل تسمى فجوات، وتكون داخل السيتوبلازم. تشكل الفجوات عادة حوالي 30% من حجم الخلية، ولكن يمكنها أن تشغل ما يصل إلى 90% من مساحة الخلية.
تستخدم الخلايا النباتية الفجوات لتعديل حجمها وضغط Turgor، تكون الفجوات عادة مسؤولة عن التغيرات في حجم الخلية عندما يظل حجم السيتوبلازم ثابتًا.
بعض الفجوات لها وظائف متخصصة، ويمكن للخلايا النباتية أن تمتلك أكثر من نوع واحد من الفجوات. الفجوات ترتبط بـ(الجسيم الحال lysosome) وتشترك في بعض الوظائف مع هذه الهياكل؛ فعلى سبيل المثال، يحتوي كلاهما على إنزيمات تحلل من أجل تكسير الجزيئات الكبيرة. يمكن أن تكون الفجوات أيضًا بمثابة حجرات تخزين للمغذيات والمستقلبات. فمثلًا، يتم تخزين البروتينات في فجوات البذور، والمطاط والأفيون هما مستقبلات تُخزّن في فجوات النبات.
الخاتمة
تتميز الخلايا النباتية ببعض السمات المميزة، بما في ذلك البلاستيدات الخضراء، وجدران الخلايا، والفجوات بين الخلايا. التمثيل الضوئي يحدث في البلاستيدات الخضراء. الجدران الخلوية تسمح للنباتات بتكوين هياكل قوية ومستقيمة، وتساعد الفجوات على تنظيم كيفية معالجة الخلايا للماء وتخزين الجزيئات الأخرى.
الخلايا النباتية لها عدة هياكل غير موجودة في حقيقيات النوى الأخرى. فمثلا، تسمح العضيات المسماة ب البلاستيدات الخضراء للنباتات بالتقاط طاقة الشمس في جزيئات غنية بالطاقة. كما تساعد الجدران الخلوية للنباتات على احتواء هياكل صلبة متنوعة مثل جذوع الأشجار الخشبية والأوراق المرنة. وتمكن الفجوات الموجودة بالخلايا النباتية من تغيير حجمها.
ما هو أصل البلاستيدات الخضراء؟
يُحتمل أن تكون البلاستيدات الخضراء ناتجة من تكافل قديم -كما في الميتوكوندريا-، عندما اندمجت خلية ذات نيكليوتيدات مع خلية ضوئية بدائية النوى. في الواقع، تشبه البلاستيدات الخضراء البكتيريا الزرقاء الحديثة، والتي بدورها ما تزال مشابهة للبكتيريا الزرقاء منذ 3 ملايين سنة.
ومع ذلك، يعود تطور عملية التمثيل الضوئي إلى حقبة أبعد، يعود إلى الخلايا المبكرة (الأولى من نوعها) التي طورت القدرة على التقاط الطاقة الضوئية واستخدامها لإنتاج جزيئات غنية بالطاقة.
عندما طورت هذه الكائنات القدرة على تقسيم جزيئات الماء، واستخدمت الإلكترونات من هذه الجزيئات، شرعت خلايا التمثيل الضوئي تولد الأكسجين، وهو حدث له عواقب دراماتيكية لتطور كل الكائنات الحية على الأرض.
أصل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء
يُعتقد أن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء قد تطورتا من بدائيات النوى المغمورة التي عاشت ذات يوم ككائنات مستقلة. في مرحلة ما، انغمرت أو اندمجت الخلية حقيقية النواة مع بدائيات النوى الهوائية، التي شكلت فيما بعد علاقة تكافل داخلي مع المضيف من حقيقيات النوى، تطورت تدريجيًا إلى ميتوكوندريا. ثم غمرت الخلايا حقيقية النوى -التي تحتوي على الميتوكوندريا- الخلايا الضوئية بدائية النوى والتي تطورت بدورها لتصبح عصيان اليخضور.
أما اليوم، فتحتفظ البلاستيدات الخضراء بجينومات دائرية صغيرة تشبه جزيئات البكتيريا الزرقاء، على الرغم من أنها أصغر بكثير. تظهر جينومات الميتوكوندريا أصغر من جينومات البلاستيدات الخضراء. وقد فُقد تسلسل الترميز لغالبية بروتينات الكلوروبلاست، إذ تُرمَّز هذه البروتينات الآن بواسطة الجينوم النووي الذي يُولَّف في السيتوبلازم، ويُنقل من السيتوبلازم إلى البلاستيدات الخضراء.
ما هي وظيفة أغشية الكلوروبلاست؟
تحاط البلاستيدات الخضراء بغشائين مثل الميتوكوندريا أيضًا. الغشاء الأول هو غشاء خارجي قابل للنفاد إلى جزيئات عضوية صغيرة، في حين أن الغشاء الداخلي أقل نفادية ومرصع ببروتينات النقل. تحتوي المصفوفة الداخلة للبلاستيدات الخضراء -المسماة بالسدى- على الإنزيمات الأيضية والنسخ المتعددة من جينوم كلوروبلاست.
تحتوي البلاستيدات الخضراء أيًضا على غشاء داخلي ثالث يسمى الثايلاكويد (Thylakoid)، وهو عبارة عن مجموعة من الطيات المضغوطة، ويظهر على المجهر الإلكتروني كأقراص مسطحة متكدسة. يحتوي الثايلاكويد على مجمع حصاد الضوء بما في ذلك الصبغات مثل الكلوروفيل، وكذلك سلاسل نقل الإلكترون المستخدمة في التركيب الضوئي.
بنية البلاستيدات الخضراء
ما هو جدار الخلية ؟
جدار الخلايا النباتية مرتب في طبقاته، ويحتوي على اللييفات السليلوزية الميكروسكوبية، والهيميسليلوز، والبكتين، واللجنين، والبروتين القابل للذوبان. يتم تنظيم هذه المكونات في ثلاث طبقات رئيسية:
جدار الخلية الأول، والصفيحة الوسطى، والجدار الخلوي الثانوي «ليس في الصورة». يحيط جدار الخلية بغشاء البلازما ويوفر قوة الشد والحماية. إلى جانب وجود البلاستيدات الخضراء، هناك فرق رئيسي آخر بين الخلايا النباتية والحيوانية هو وجود جدار خلوي.
الغشاء البلازمي وبنية جدار الخلية النباتية
يحيط جدار الخلية بغشاء البلازما لخلايا النبات ويوفر قوة الشد والحماية من الإجهاد الميكانيكي والتناضحي. يسمح أيضًا للخلايا بتطوير ضغط Turgor، وهو ضغط محتويات الخلية على جدار الخلية. تحتوي الخلايا النباتية على تركيزات عالية من الجزيئات المذابة في السيتوبلازم، ما يؤدي إلى دخول الماء إلى الخلية في الظروف الطبيعية، ما يجعل الخلية فجوة مركزية تنتفخ وتضغط على جدار الخلية. مع الإمداد الصحي بالماء، يحافظ هذا الضغط على النبات من الذبول.
في الجفاف، قد يذبل النبات، لكن جدرانه الخلوية تساعد في الحفاظ على السلامة الهيكلية لسيقانه وأوراقه وبنياته الأخرى، على الرغم من تقلص الفجوات. تصنع جدران الخلايا النباتية في المقام الأول من السليلوز، وهو أكثر الجزيئات وفرة على الأرض. وألياف السليلوز عبارة عن بوليمرات خطية طويلة تتكون من مئات من جزيئات الجلوكوز.
تتجمع هذه الألياف في حزم عددها قرابة الأربعين حزمة، والتي تسمى لييفات ميكروية (Micro fibrils). تُضمّن الألياف الميكروية في شبكة مائية من السكريات الأخرى. يُجمّع جدار الخلية في مكان، وتُصنع المكونات السابقة داخل الخلية ثم تُجمع بواسطة إنزيمات مرتبطة بغشاء الخلية.
ما هي الفجوات؟
تمتلك الخلايا النباتية بالإضافة إلى ذلك حويصلات كبيرة مملوءة بسائل تسمى فجوات، وتكون داخل السيتوبلازم. تشكل الفجوات عادة حوالي 30% من حجم الخلية، ولكن يمكنها أن تشغل ما يصل إلى 90% من مساحة الخلية.
تستخدم الخلايا النباتية الفجوات لتعديل حجمها وضغط Turgor، تكون الفجوات عادة مسؤولة عن التغيرات في حجم الخلية عندما يظل حجم السيتوبلازم ثابتًا.
بعض الفجوات لها وظائف متخصصة، ويمكن للخلايا النباتية أن تمتلك أكثر من نوع واحد من الفجوات. الفجوات ترتبط بـ(الجسيم الحال lysosome) وتشترك في بعض الوظائف مع هذه الهياكل؛ فعلى سبيل المثال، يحتوي كلاهما على إنزيمات تحلل من أجل تكسير الجزيئات الكبيرة. يمكن أن تكون الفجوات أيضًا بمثابة حجرات تخزين للمغذيات والمستقلبات. فمثلًا، يتم تخزين البروتينات في فجوات البذور، والمطاط والأفيون هما مستقبلات تُخزّن في فجوات النبات.
الخاتمة
تتميز الخلايا النباتية ببعض السمات المميزة، بما في ذلك البلاستيدات الخضراء، وجدران الخلايا، والفجوات بين الخلايا. التمثيل الضوئي يحدث في البلاستيدات الخضراء. الجدران الخلوية تسمح للنباتات بتكوين هياكل قوية ومستقيمة، وتساعد الفجوات على تنظيم كيفية معالجة الخلايا للماء وتخزين الجزيئات الأخرى.