مكونات الخلية وأهميتها في الصحة والمرض

الخلايا هي الوحدات الأساسية للحياة وتحتوي بداخلها على عالم من الكيانات الصغيرة والعمليات المعقدة. تقوم العضيات الصغيرة الموجودة في الخلايا بتنسيق وظائف الحياة الأساسية، بدءًا من إنتاج الطاقة وحتى تخزين المعلومات الجينية.

تقسم الخلايا إلى نوعين رئيسيين وهما الخلايا بدائية النوى والخلايا حقيقة النوى التي تختلف عن بعضها البعض في بنيتها ووظائفها، ولكن يغض النظر عن نوع ومكونات الخلية فإن كل خلية تعمل ككيان مستقل بذاته، وتحافظ على توازن دقيق بين العمليات الداخلية والتفاعلات مع البيئة الخارجية.

أنواع الخلايا

قبل التعرف إلى مكونات الخلية لا بد من التعرف إلى أنواع الخلايا لنتمكن من فهم مكونات وتراكيب هذه الخلايا بشكل جيد. تقسم الخلايا بشكل أساسي إلى نوعين يختلفان عن بعضهما في التركيب والوظائف التي تقوم بها، وهذه الأنواع هي:

الخلايا بدائية النواة

تتميز الخلايا بدائية النواة ببنيتها البسيطة التي تفتقر إلى نواة مميزة وعضيات مرتبطة بغشاء [1]، ومن الأمثلة على الخلايا بدائية النواة البكتيريا والعتائق.

تتكاثر الخلايا بدائية النواة بنوع من التكاثر يعرف بالانشطار الثنائي، وهي عملية بسيطة تؤدي إلى إنتاج خلية إبنة مطابقة في صفاتها للخلية الأم [1].

من أهم وظائف الخلايا بدائية النواة أنها تشارك في عمليات التمثيل الغذائي مثل امتصاص العناصر الغذائية وإنتاج الطاقة عن طريق آليات مثل التخمر والتنفس الهوائي [1].

الخلايا حقيقة النواة

الخلايا حقيقية النواة أكثر تعقيداُ في بنيتها من الخلايا بدائية النواة، وسميت بحقيقة النواة لأنها تمتلك نواة مميزة محاطة بغشاء نووي، وتحتوي بداخلها على المادة الوراثية على شكل كروموسومات، بعكس بدائية النواة [2]. للخلايا حقيقية النواة عدد كبير من الوظائف مثل التكاثر، والهضم، والتنفس وغيرها من العمليات الحيوية الأساسية.

تعد الخلايا حقيقة النواة مثالًا على الخلايا في جسم الإنسان والحيوان والنباتات، وتتميز هذه الخلايا بتنظيمها ونقلها للمعلومات الوراثية في داخل النواة، مما يعطيها الفرصة للتحكم في التعبير الجيني وإظهار الصفات الوراثية من خلال نسخ وترجمة المادة الوراثية [3].

تعتبر الخلية الوحدة الأساسية لفهم العديد من الأمراض والاضطرابات الصحية. فالتغيرات التي تطرأ على مكونات الخلية، مثل الطفرات في المادة الوراثية داخل النواة، يمكن أن تؤدي إلى تطور أمراض وراثية أو سرطانية. كذلك، تؤثر الاضطرابات في عمل العضيات مثل الميتوكندريا على إنتاج الطاقة، مما يسبب أمراضًا عضلية وعصبية. لذلك، يعد فهم بنية ووظائف الخلايا أمرًا ضروريًا في مجالات الطب الحيوي والعلوم الصحية [2].

تختلف الخلايا بشكل كبير بين الكائنات الحية متعددة الخلايا، حيث تحتوي الخلايا النباتية على عضيات خاصة مثل البلاستيدات الخضراء المسؤولة عن البناء الضوئي، بينما تفتقر إليها الخلايا الحيوانية. هذا التنوع البنيوي يعكس الاختلافات في الوظائف الفسيولوجية ويؤثر على كيفية استجابة كل نوع من الخلايا للظروف البيئية [1].

مكونات الخلايا حقيقة النواة

تحتوي الخلايا حقيقة النواة على العديد من المكونات أي الهياكل التي يقوم كل منها بوظائف محددة، أما بشكل جماعي فتساهم هذه الهياكل في العمليات الحيوية الأساسية للحياة التي تقوم بها الخلية. فيما يلي الهياكل المكونة للخلايا حقيقة النواة ووظائفها الأساسية بشكل مبسط:

النواة

النواة هي الجزء المميز للخلايا حقيقية النواة، وتعد مركز التحكم في الخلية، ويحيط بها من الخارج غشاء مزدوج يسمى الغلاف النووي. تحتوي النواة بداخلها على المادة الوراثية وتقوم بتنظيم الأنشطة الخلوية [3].

داخل النواة يشكل الكروماتين المكون من الحمض النووي والبروتينات المرتبطة به مثل الهستونات مخططًا للمعلومات الوراثية للخلية، حيث ينظم الكروماتين التعبير الجيني من خلال التحكم في إمكانية الوصول إلى إلى تسلسلات محددة من الحمض النووي، وهو أمر بالغ الأهمية لمختلف الوظائف الخلوية [2] [3].

تلعب النواة دوراً حاسماً في مضاعفة الحمض النووي، ونسخه مما يضمن التكرار الدقيق للمادة الوراثية أثناء انقسام الخلايا، أما النسخ هنا فيعني تصنيع الحمض النووي الريبوزي الرسول ويرمز إليه ب (mRNA) من الحمض النووي من خلال نسخ التعليمات الجينية المشفرة في الحمض النووي إلى جزيئات الحمض النووي الريبوزي التي تعمل كقوالب لتخليق البروتين [3].

غشاء الخلية

غشاء الخلية ويطلق عليه أيضاً الغشاء البلازمي هو الحاجز المحيط بمحتويات الخلية الذي يسمح بالمرور الانتقائي للمواد إلى داخل وخارج الخلية، ويوفر الدعم الهيكلي للخلية، ويعمل كحاجز بين الخلية والبيئة المحيطة بها. يتكون غشاء الخلية بشكل أساسي من طبقتين من الدهون تتخللها البروتينات
[3].

بين طبقتي الدهون المكونة لغشاء الخلية يوجد عدة أنواع من البروتينات التي تعمل على تسهيل إرسال الإشارات الخلوية، والتواصل بين الخلية وما يحيط بها، وتحافظ على بيئة الخلية الداخلية، ويحدث هذا التواصل من خلال بروتينات المستقبلات التي تستجيب لجزيئات معينة لتبدأ الاستجابة الخلوية، أي القيام بنشاط محدد داخل الخلية، أما النوع الآخر من البروتينات فهي بروتينات النقل التي تنظم حركة الجزيئات والأيونات عبر غشاء الخلية [3].

الهيكل الخلوي

الهيكل الخلوي عبارة عن شبكة معقدة وديناميكية تقع داخل الخلايا حقيقية النواة. يتكون الهيكل الخلوي من خيوط بروتينية متنوعة ومنها الأنابيب الدقيقة، وخيوط الأكتين، والخيوط المتوسطة، يؤدي هذا الهيكل المعقد أدوارًا متعددة حاسمة لوظيفة الخلية، بما في ذلك الحفاظ على شكل الخلية، وتوفير الدعم الميكانيكي للخلية، وتمكين عمليات النقل داخل الخلايا [2][3].

إلى جانب دوره في دعم شكل الخلية، يعمل الهيكل الخلوي كمسار لنقل الإشارات داخل الخلية وخارجها، ويساهم في التماسك بين الخلايا داخل الأنسجة. هذه الوظائف حيوية في الحفاظ على الاستقرار البنيوي للأعضاء وضبط التفاعلات الخلوية التي تؤثر على نمو الخلايا وتجديدها [2].

الليسوسومات

الليسوسومات (بالإنجليزية: Lysosomes) ويطلق عليها أيضًا الأجسام الحالة هي مراكز التخلص من القمامة في الخلية، أي أنها مراكز إعادة التدوير، حيث تقوم هذه العضيات بتخليص الخلية من الدهون، والأحماض النووية، والكربوهيدرات التي لا تحتاج إليها الخلية من خلال تحطيمها بواسطة إنزيمات توجد في الليسوسومات، أو من خلال التخلص منها كنفايات إلى خارج الخلية.

تقوم الليسوسومات بعملية يطلق عليها البلعمة تقوم خلالها بسحب النفايات إلى داخلها بما في ذلك البكتيريا والفيروسات، من ثم تعمل الأنزيمات المحطمة التي تحتوي عليها الليسوسومات على تدمير هذه النفايات فقط في داخل الليسوسومات، لكي لا يؤثر نشاط هذه الإنزيمات في باقي أجزاء الخلية.

أجسام غولجي

أجسام غولجي هي عضيات لها دور حاسم في الخلية حيث تعمل على فرز وتعبئة الدهون والبروتينات ليتم نقلها إلى جهات مختلفة داخل وخارج الخلية. تتلقى أجسام غولجي البروتينات والدهون التي يتم تخليقها حديثًا من الشبكة الإندوبلازمية، ومن ثم تخضعها لبعض التعديلات مثل إضافة جزيئات الفسفور والكبريت إليها لكي تتمكن هذه الجزيئات من القيام بعملها.

بعد الانتهاء من العمليات التعديلية على جزيئات الدهون والبروتينات تفرز وتعبئ أجسام غولجي هذه الجزيئات في حويصلات وترسل بعضها إلى أجزاء أخرى من الخلية مثل الغشاء البلازمي أو الأجسام الحالة، بينما تنقل ما تبقى إلى خارج الخلية من خلال عملية تعرف بعملية الإخراج الخلوي.

العضيات

مصغر عضو وهي الهياكل الصغيرة التي تسبح داخل الخلية وتقوم بوظائف محددة تساهم في وظائف الخلايا حقيقية النواة، ومن أهم هذه العضيات ما يلي:

• الميتوكندريا: هي مراكز إنتاج الطاقة في الخلايا حقيقية النوى وتساهم في العديد من العمليات الأيضية، حيث تعمل هذه العضيات على إنتاج عملة الطاقة في الجسم التي يطلق عليها أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) من خلال التنفس الخلوي. تتميز الميتوكندريا باحتوائها على حمضها النووي الخاص وبتكاثرها المستقل داخل الخلية [2]. تلعب الميتوكندريا دورًا محوريًا في التنفس الخلوي، حيث تقوم بتحويل الجلوكوز والأكسجين إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وهو المصدر الرئيسي للطاقة في الخلايا. في حالات نقص الأكسجين أو الجهد العضلي المكثف، يتراكم حمض اللاكتيك داخل العضلات، مما يؤدي إلى الشعور بالتعب والألم العضلي. فهم هذه العملية يساعد في تفسير أسباب الإرهاق العضلي وكيفية تدبيره في الطب الرياضي والعلاجات الطبية [3].
• البلاستيدات الخضراء: توجد البلاستيدات الخضراء في داخل الخلايا النباتية ويتمثل دورها في القيام بعمليات البناء الضوئي التي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية على شكل الجلوكوز. تحدث عمليات البناء الضوئي من خلال صبغة الكلوروفيل والأصباغ الأخرى الضرورية لالتقاط الطاقة الضوئية وإنتاج الكربوهيدرات [2] [3].
• الريبوسومات: يطلق عليها أيضاً مصانع البروتين الخلوية، هي العضيات المسؤولة عن تخليق البروتين داخل الخلايا. تسهل الريبوسومات ترجمة الحمض النووي الريبوزي المرسال إلى بروتين من خلال تجميع الأحماض الأمينية المختلفة في سلاسل متعددة الببتيد يناءً على المعلومات الجينية التي يحتوي عليها الحمض الريبوزي المرسال [3].

مكونات الخلايا بدائية النواة

تحتوي الخلايا بدائية النواة على بعض الهياكل المشابهة للهياكل الموجودة في الخلايا حقيقة النواة، ولكنها أيضًا تحتوي على هياكل خاصة بها تساعدها على القيام بوظائفها، ومن الهياكل المكونة للخلايا بداية النواة ما يلي:

• جدار الخلية: يتكون جدار الخلية بدائية النوى من الببتيدوغليكان الذي يمثل حاجز وقائي للخلية يحميها من الضغط الأسموزي، والادوية التي تستخدم لمكافحة الانواع المختلفة من البكتيريا [1].
• غشاء البلازما: كما في حقيقيات النوى يحافظ الغشاء البلازمي في بدائيات النوى على التوازن الخلوي من خلال السماح للمواد بالمرور بشكل انتقائي عبر غشاء الخلية، وتتم هذه العمليات أيضًا من خلال البروتينات الغشائية التي تسهل عمليات النقل بين داخل الخلية وخارجها [1] [2].
• السيتوبلازم: يحتوي سيتوبلازم الخلايا بدائية النوى على هياكل خلوية، وأيونات، وأنزيمات تساعد على حدوث التفاعلات الايضية، ويضم هذا السائل أيضًا العضيات والمنطقة النووية، أي التي تحتوي على المادة الوراثية [1].
• شبه النواة: هي منطقة تحتوي على جزيء الحمض النووي الخاص بالخلية، ويكون هذا الجزيء على شكل دائري، ويحمل المعلومات الوراثية الخاصة بوظائف الخلية بدائية النواة وتكاثرها [1].
• الريبوسومات: الريبوسومات في الخلايا بدائية النواة أصغر من الريبوسومات في الخلايا حقيقية النواة، ولكن لها نفس الوظيفة وهي تخليق البروتين من خلال ترجمة الحمض النووي الريبوزي المرسال [2].
• البلازميدات: البلازميدات هي جزيئات صغيرة ودائرية من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) ثنائية الخيط توجد في البكتيريا وبعض أنواع الخلايا الأخرى. تمتلك البلازميدات القدرة على التكاثر بشكل ذاتي داخل الخلية المضيفة بعيداً عن الكروموسومات البكتيرية. غالباً ما تحمل البلازميدات التي يتم تناقلها بين أنواع البكتيريا المختلفة صفات تمكن البكتيريا المضيفة لها من التمتع بمزايا معينة مثل مقاومة السموم، أو المضادات الحيوية، مما يساهم في تكيفها في بيئات مختلفة [1].
• الأسواط والشعيرات: تساعد الأسواط الخلايا بدائية النوى على الحركة، مما يسمح للخلية بالحركة باتجاه ظروف مواتية يمكنها العيش فيها، أو الابتعاد عن بيئات ضارة لها، أما الشعيرات فتساعد الخلية على نقل المواد الوراثية بين الخلايا، وتسهل التصاق الخلية بالأسطح [1] [2].

أمراض مرتبطة بمكونات الخلية

تلعب مكونات الخلية دورًا حيويًا في الحفاظ على وظائف الجسم المختلفة، ومن هنا تنبع أهمية فهم كيفية ارتباط اختلالات هذه المكونات بحدوث أمراض متعددة. إن التغيرات أو الطفرات في العضيات الخلوية أو في الجزيئات التي تتكون منها الخلية قد تؤدي إلى اضطرابات صحية معقدة تتراوح بين أمراض وراثية نادرة إلى أمراض شائعة تؤثر على الجهاز العصبي أو العضلات.

في هذا القسم، سنتناول أهم الأمراض التي ترتبط بوظائف أو هياكل الخلية المختلفة، مثل الميتوكوندريا، الليسوسومات، وأجسام غولجي، مع شرح مبسط لكيفية تأثير هذه الاضطرابات على صحة الإنسان وسبل التعامل معها طبياً.

أمراض مرتبط بالميتوكوندريا

تؤدي الطفرات في الحمض النووي الخاص بالميتوكوندريا إلى ظهور أمراض وراثية نادرة، منها متلازمة كيرنز ساير (Kearns‑Sayre Syndrome)، والتي تتميز بظهور أعراض ضعف العضلات ومشاكل في القلب والجهاز العصبي، وعادة ما تظهر هذه الأعراض قبل بلوغ العشرين من العمر.

يعتمد التشخيص على التقييم السريري والاختبارات الجينية، بينما يرتكز العلاج على إدارة الأعراض والمتابعة المتخصصة [4][5]. تلعب الميتوكندريا دورًا محوريًا في التنفس الخلوي، حيث تقوم بتحويل الجلوكوز والأكسجين إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وهو المصدر الرئيسي للطاقة في الخلايا. في حالات نقص الأكسجين أو الجهد العضلي المكثف، يتراكم حمض اللاكتيك داخل العضلات، مما يؤدي إلى الشعور بالتعب والألم العضلي. فهم هذه العملية يساعد في تفسير أسباب الإرهاق العضلي وكيفية تدبيره في الطب الرياضي والعلاجات الطبية [6].

أمراض مرتبطة بالليسوسومات

اضطرابات وظائف الليسوسومات تؤدي إلى أمراض تخزين الليسوسوم مثل داء غوشيه (Gaucher Disease). يستخدم فيها العلاج ببديل للإنزيم (Enzyme Replacement Therapy) مثل في مرض بومبي (Pompe Disease) وداء غوشيه، بهدف تقليل تراكم المواد في العضيات وتخفيف الأعراض وجودة الحياة [7][8][9].

كما ذكرنا سابقًا تقوم الليسوسومات بعملية تعرف بالبلعمة التي يتم خلالها سحب النفايات إلى داخلها، مثل البكتيريا والفيروسات، حيث تعمل الإنزيمات المحطمة داخل الليسوسومات على تدمير هذه النفايات دون التأثير على باقي أجزاء الخلية.

أجسام غولجي

تم رصد خلل في وظيفة أو بنية أجسام غولجي في أمراض عصبية مثل مرض الزهايمر (Alzheimer’s Disease)، التصلب الجانبي الضموري (Amyotrophic Lateral Sclerosis – ALS)، ومرض هنتنغتون (Huntington’s Disease).

على سبيل المثال، ترتبط تجزؤات أجسام غولجي بإنتاج البروتين بيتا أميلويد (β-amyloid) وتفعيل مسار موت الخلايا العصبية. كما وُجد أن بعض الطفرات في بروتينات مرتبطة بأجسام غولجي تسبب نوبات الصرع التشنجية مثل طفرات GOSR  [9][10[.

المراجع

1. Baluska, F., Volkmann, D., & Barlow, P. W. (2004). Eukaryotic cells and their cell bodies: Cell Theory revised. Annals of botany, 94(1), 9–32. https://doi.org/10.1093/aob/mch109
2. Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. The Origin and Evolution of Cells. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9841/
3. Murat, D., Byrne, M., & Komeili, A. (2010). Cell biology of prokaryotic organelles. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 2(10), a000422. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a000422
4. DiMauro, S., & Schon, E. A. (2003). Mitochondrial respiratory-chain diseases. The New England Journal of Medicine, 348(26), 2656–2668. https://doi.org/10.1056/NEJMra022567
5. McArdle, W. D., Katch, F. I., & Katch, V. L. (2010). Exercise physiology: Nutrition, energy, and human performance (7th ed.). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Mistry, P. K., Balwani, M., & Burrow, T. A. (2017). Gaucher disease: Progress and ongoing challenges. Molecular Genetics and Metabolism, 120(1-2), 8–21. https://doi.org/10.1016/j.ymgme.2016.11.015
7. Kishnani, P. S., Steiner, R. D., Bali, D., Berger, K., Byrne, B., Case, L. E., … & Watson, M. S. (2006). Pompe disease diagnosis and management guideline. Genetics in Medicine, 8(5), 267–288. https://doi.org/10.1097/01.gim.0000218152.87727.f7
8. Platt, F. M. (2018). Lysosomal storage disorders: The cellular impact of lysosomal dysfunction. The Journal of Cell Biology, 217(1), 13–23. https://doi.org/10.1083/jcb.201712070
9. Stieber, A., Mourelatos, Z., & Gehring, K. (2019). Golgi apparatus dysfunction in neurodegenerative diseases. Journal of Neurochemistry, 149(1), 12–27. https://doi.org/10.1111/jnc.14767
10. Miller, C. C. J., & Pearce, D. A. (2014). Mutations in GOSR2 cause progressive myoclonus epilepsy. Journal of Medical Genetics, 51(5), 297–300. https://doi.org/10.1136/jmedgenet-2013-102027