بيولوجيا الخلية: التاريخ وماذا تدرس والتطبيقات والمفاهيم - مادة الاحياء - 2025

و بيولوجيا الخلية هي فرع من فروع علم الأحياء الذي يدرس جميع جوانب الحياة الخلية. أي مع بنية ووظيفة وتطور وسلوك الخلايا التي تتكون منها الكائنات الحية على الأرض ؛ بعبارة أخرى ، كل شيء متأصل في ولادته وحياته وموته.

إنه علم يدمج قدرًا كبيرًا من المعرفة ، من بينها الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية والعلوم الحسابية والبيولوجيا التنموية والسلوكية والبيولوجيا التطورية ، كل منها له نهج خاص به و استراتيجيات التجريب الخاصة بهم للإجابة على أسئلة محددة.

صورة ظلية لمجهر (المصدر: كارين أرنولد عبر ويكيميديا ​​كومنز)

نظرًا لأن نظرية الخلية تنص على أن جميع الكائنات الحية تتكون من خلايا ، فإن بيولوجيا الخلية لا تميز بين الحيوانات أو النباتات أو البكتيريا أو العتائق أو الطحالب أو الفطريات ويمكن أن تركز على الخلايا الفردية أو على الخلايا التي تنتمي إلى أنسجة وأعضاء نفس الفرد متعدد الخلايا.

وبالتالي ، نظرًا لأنه علم تجريبي (وليس وصفي) ، فإن البحث في هذا الفرع من علم الأحياء يعتمد على الأساليب المتاحة لدراسة البنية التحتية للخلية ووظائفها (الفحص المجهري ، والطرد المركزي ، والثقافة في المختبر ، وما إلى ذلك)

تاريخ بيولوجيا الخلية

يعتبر بعض المؤلفين أن ولادة بيولوجيا الخلية حدثت مع ظهور نظرية الخلية التي اقترحها شلايدن وشوان في عام 1839.

ومع ذلك ، من المهم أن نأخذ في الاعتبار أن الخلايا قد تم وصفها ودراستها قبل سنوات عديدة ، بدءًا من الاكتشافات الأولى لروبرت هوك الذي رأى لأول مرة في عام 1665 الخلايا التي تشكل الأنسجة الميتة لصفائح الفلين ؛ واستمر مع أنتوني فان ليوينهوك ، الذي لاحظ بعد سنوات عينات من كائنات دقيقة مختلفة تحت المجهر.

صورة روبرت هوك (المصدر: Gustav VH ، عبر ويكيميديا ​​كومنز)

بعد عمل Hooke و Leeuwenhoek Schleiden و Schwann ، كرس العديد من المؤلفين أنفسهم أيضًا لمهمة دراسة الخلايا ، والتي تم بها تنقيح التفاصيل المتعلقة ببنيتها الداخلية وعملها: نواة الخلايا حقيقية النواة ، DNA والكروموسومات ، الميتوكوندريا ، الشبكة الإندوبلازمية ، مجمع جولجي ، إلخ.

في منتصف القرن العشرين ، شهد مجال البيولوجيا الجزيئية تقدمًا كبيرًا. أثر هذا على حقيقة أنه خلال الخمسينيات من القرن الماضي ، شهدت بيولوجيا الخلية أيضًا نموًا كبيرًا ، حيث كان من الممكن في تلك السنوات الحفاظ على الخلايا ومضاعفتها في المختبر ، معزولة عن الكائنات الحية.

التقدم في الفحص المجهري ، والطرد المركزي ، وصياغة وسائط الاستنبات ، وتنقية البروتين ، وتحديد خطوط الخلايا الطافرة ومعالجتها ، وإجراء التجارب على الكروموسومات والأحماض النووية ، من بين أمور أخرى ، تشكل سابقة للتقدم السريع لبيولوجيا الخلية إلى العصر الحالي.

ماذا تدرس؟ (موضوع الدراسة)

بيولوجيا الخلية هي المسؤولة عن دراسة الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. يدرس سيرورات تكوينه وحياته ووفاته. يمكن أن تركز عادة على آليات الإشارات وهيكلة أغشية الخلايا ، وكذلك تنظيم الهيكل الخلوي وقطبية الخلية.

كما يدرس التشكل ، أي الآليات التي تصف كيفية تطور الخلايا شكليًا وكيف تتغير الخلايا التي "تنضج" وتتحول طوال حياتها بمرور الوقت.

خلايا الخميرة من النوع Saccharomyces cerevisiae.

تشمل بيولوجيا الخلية موضوعات تتعلق بالتنقل واستقلاب الطاقة ، بالإضافة إلى ديناميكيات وتكوين عضياتها الداخلية ، في حالة الخلايا حقيقية النواة (النواة ، الشبكة الإندوبلازمية ، مجمع جولجي ، الميتوكوندريا ، البلاستيدات الخضراء ، الجسيمات ، البيروكسيسومات ، الجليكوزومات ، الفجوات ، الجليوكسيسومات ، إلخ).

كما يتضمن دراسة الجينومات وتنظيمها والوظيفة النووية بشكل عام.

في بيولوجيا الخلية ، يتم دراسة شكل وحجم ووظيفة الخلايا التي تتكون منها جميع الكائنات الحية ، بالإضافة إلى العمليات الكيميائية التي تحدث داخلها والتفاعل بين مكوناتها الخلوية (وموقعها تحت الخلوي) و الخلايا مع بيئتها.

المفاهيم الأساسية في بيولوجيا الخلية

رسم توضيحي لتقسيم الخلية. المصدر: pixabay.com

يعد الدخول إلى مجال بيولوجيا الخلية مهمة بسيطة عند الأخذ في الاعتبار بعض المعارف الأساسية أو المفاهيم الأساسية ، لأنه باستخدام هذه المفاهيم وباستخدام العقل ، يمكن فهم عالم الخلايا المعقد بعمق.

الخلايا

مخطط لنوعين من الخلايا في الطبيعة: حقيقيات النوى وبدائيات النوى. يتم عرض الأجزاء الرئيسية ، مع توضيح الاختلافات بينهما (المصدر: لم يتم توفير مؤلف يمكن قراءته آليًا. يُفترض Mortadelo2005 (استنادًا إلى مطالبات حقوق النشر). عبر Wikimedia Commons)

من بين المفاهيم الأساسية التي يجب أن تؤخذ في الاعتبار في البانوراما مفهوم أن الخلايا هي الوحدات الأساسية للحياة ، أي أنها "الكتل" التي تسمح ببناء الكائنات الحية التي يمكن أن نطلق عليها "الحية" وأن الجميع يتم فصلها عن البيئة خارج الخلية بفضل وجود غشاء.

بغض النظر عن حجمها أو شكلها أو وظيفتها في نسيج معين ، تقوم جميع الخلايا بنفس الوظائف الأساسية التي تميز الكائنات الحية: فهي تنمو وتتغذى وتتفاعل مع البيئة وتتكاثر.

الحمض النووي

جزيء الحمض النووي. المصدر: wikipedia.org

على الرغم من وجود خلايا حقيقية النواة وخلايا بدائية النواة ، والتي تختلف اختلافًا جوهريًا فيما يتعلق بتنظيم العصارة الخلوية ، مهما كانت الخلية التي يفكر فيها المرء ، فجميعها ، دون استثناء ، تحتوي على حمض ديوكسي ريبونوكلييك (DNA) بداخلها ، وهو جزيء يضم " المستويات البنيوية والمورفولوجية والوظيفية "للخلية.

العصارة الخلوية

رسم تخطيطي لخلية حيوانية وأجزائها. تم تسمية العصارة الخلوية في الأسفل. (المصدر: أليخاندرو بورتو عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تحتوي الخلايا حقيقية النواة على عضيات متخصصة في العصارة الخلوية لوظائف مختلفة تساهم في عملياتها الحيوية. تقوم هذه العضيات بإنتاج الطاقة من المواد الغذائية ، وتوليف العديد من البروتينات الخلوية وتعبئتها ونقلها ، وكذلك استيراد الجسيمات الكبيرة وهضمها.

الهيكل الخلوي

تحتوي الخلايا على هيكل خلوي داخلي يحافظ على الشكل ، ويوجه حركة ونقل البروتينات والعضيات التي تستخدمها ، فضلاً عن المساعدة في حركة الخلية بأكملها أو إزاحتها.

الكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا

هناك كائنات وحيدة الخلية ومتعددة الخلايا (عدد خلاياها متغير بدرجة كبيرة). تركز دراسات بيولوجيا الخلية عادة على الكائنات الحية "النموذجية" ، والتي تم تحديدها وفقًا لنوع الخلية (بدائيات النوى أو حقيقيات النوى) ووفقًا لنوع الكائن الحي (البكتيريا أو الحيوان أو النبات).

الجينات

الجينات هي جزء من المعلومات المشفرة في جزيئات الحمض النووي الموجودة في جميع الخلايا على الأرض.

لا تؤدي هذه الوظائف فقط في تخزين ونقل المعلومات اللازمة لتحديد تسلسل البروتين ، ولكنها تؤدي أيضًا وظائف تنظيمية وهيكلية مهمة.

تطبيقات بيولوجيا الخلية

هناك عدد كبير من التطبيقات لبيولوجيا الخلية في مجالات مثل الطب والتكنولوجيا الحيوية والبيئة. فيما يلي بعض التطبيقات:

يمكن للتلوين والتهجين الفلوري في الموقع (FISH) للكروموسومات الكشف عن عمليات نقل الكروموسومات في الخلايا السرطانية.

تسمح تقنية المصفوفات الدقيقة لـ "رقاقة" الحمض النووي بمعرفة التحكم في التعبير الجيني للخميرة ، أثناء نموها. تم استخدام هذه التقنية لفهم تعبير الجينات البشرية في الأنسجة والخلايا السرطانية المختلفة.

تجعل الأجسام المضادة التي تحمل علامات التألق ، والمخصصة ضد بروتينات الفتيل الوسيطة ، من الممكن معرفة الأنسجة التي نشأ منها الورم. تساعد هذه المعلومات الطبيب على اختيار العلاج الأنسب لمحاربة الورم.

استخدام البروتين الفلوري الأخضر (GFP) لتوطين الخلايا داخل الأنسجة. باستخدام تقنية الحمض النووي المؤتلف ، يتم إدخال جين GFP في خلايا محددة لحيوان كامل.

أمثلة بحثية حديثة في بيولوجيا الخلية

تم اختيار مثالين من المقالات المنشورة في مجلة Nature Cell Biology Review. هذه هي:

دور الوراثة اللاجينية في الحيوانات (بيريز وبن لينر ، 2019)

تم اكتشاف أن الجزيئات الأخرى ، بالإضافة إلى تسلسل الجينوم ، يمكنها نقل المعلومات بين الأجيال. يمكن تعديل هذه المعلومات من خلال الظروف الفسيولوجية والبيئية للأجيال السابقة.

وبالتالي ، توجد معلومات في الحمض النووي غير مرتبطة بالتسلسل (التعديلات التساهمية للهيستونات ، ومثيل الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي الصغير) ومعلومات مستقلة عن الجينوم (الميكروبيوم).

في الثدييات ، يؤثر سوء التغذية أو التغذية الجيدة على استقلاب الجلوكوز في النسل. لا يتم دائمًا التوسط في التأثيرات الأبوية بواسطة الأمشاج ، ولكنها يمكن أن تعمل بشكل غير مباشر من خلال الأم.

يمكن أن تنتقل البكتيريا عن طريق الأم عبر قناة الولادة ، أو من خلال الرضاعة الطبيعية. في الفئران ، يؤدي اتباع نظام غذائي منخفض الألياف إلى انخفاض في التنوع التصنيفي للميكروبيوم عبر الأجيال. في نهاية المطاف ، يحدث انقراض مجموعات سكانية فرعية من الكائنات الحية الدقيقة.

تنظيم الكروماتين وعلاج السرطان (فالنسيا وكادوش ، 2019)

حاليًا ، تُعرف الآليات التي تحكم بنية الكروماتين ودوره في المرض. في هذه العملية ، كان تطوير التقنيات التي تسمح بتحديد تعبير الجينات الورمية واكتشاف الأهداف العلاجية أمرًا أساسيًا.

بعض التقنيات المستخدمة هي الترسيب المناعي للكروماتين متبوعًا بالتسلسل (ChIP-seq) ، وتسلسل الحمض النووي الريبي (RNA-seq) ، ومقايسة الكروماتين التي يمكن الوصول إليها باستخدام التسلسل (ATAC-seq).

في المستقبل ، سيلعب استخدام تقنية كريسبر-كاس 9 وتداخل الحمض النووي الريبي دورًا في تطوير علاجات السرطان.

المراجع

1. ألبرتس ، بي ، براي ، دي ، هوبكين ، كيه ، جونسون ، إيه دي ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… ووالتر ، بي (2013). بيولوجيا الخلية الأساسية. علوم جارلاند.
2. Bolsaver، SR، Shephard، EA، White، HA، & Hyams، JS (2011). بيولوجيا الخلية: دورة قصيرة. جون وايلي وأولاده.
3. Cooper ، GM ، & Hausman ، RE (2004). الخلية: النهج الجزيئي. ميديسينسكا نكلادا.
4. لوديش ، هـ. ، بيرك ، أ. ، زيبورسكي ، إس إل ، ماتسودايرا ، بي ، بالتيمور ، دي ، ودارنيل ، جي (2000). بيولوجيا الخلية الجزيئية الطبعة الرابعة. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية ، رف الكتب.
5. سولومون ، إي بي ، بيرج ، إل آر ، ومارتن ، دي دبليو (2011). علم الأحياء (الطبعة التاسعة). بروكس / كول ، Cengage Learning: USA.