سلول واحد ساختمان و کار اساسی موجودات زنده است. درست همان گونه که اتم واحد ساختمانی و کار اساسی ساختمانهای مولکولی است. سلول شناسی (Cytology) شاخه‌ای از زیست شناسی سلولی است که از ساختمان ، عمل ، تکثیر و پیدایش سلولها بحث می‌کند.

دید کلی

سلولها واحدهای ساختمانی و عملی تمامی موجودات زنده را تشکیل می‌دهند. کوچکترین موجودات تک سلولی و میکروسکوپی بوده، در حالی که موجودات بزرگتر ، پرسلولی هستند. برای مثال بدن انسان دارای حداقل 10¹⁴ سلول می‌باشد. موجودات تک سلولی شامل انوع متعدد بوده و در هر محیطی ، از مناطق سردسیر تا مناطق گرمسیر در داخل بدن موجودات بزرگتر وجود دارند. موجودات پر سلولی متشکل از انواع مختلف و متعدد سلولها بوده که هر کدام دارای شکل و عمل متفاوت و فعالیت اختصاصی هستند. بدون توجه به اندازه و پیچیدگی موجودات پرسلولی ، هر کدام از سلولهای آنها تا حدودی منحصر و مستقل هستند.

علی‌رغم تفاوتهای متعدد در بین انواع مختلف ، سلولها دارای خصوصیات ساختمانی مشترکی هستند. غشای پلاسمایی محیط سلول را معین نموده و محتویات آن را از محیط اطراف جدا می‌کند. ماده داخلی سلول که توسط غشای پلاسمایی احاطه شده است، به نام سیتوپلاسم ، از محلول آبی ، به نام سیتوزول تشکیل شده است که در ان انواع مختلفی از ذرات نامحلول به شکل معلق وجود دارند. تمامی سلولهای زنده حداقل برای قسمتی از عمر خود ، دارای یک هسته (Nucleus) یا شبه هسته بنام نوکلوئید می‌باشند که در داخل آن ژنوم (سری کامل ژنها که از روی DNA تشکیل شده است) ذخیره و همانندسازی می‌گردد. سلولهای دارای پوشش هسته‌ای را یوکاریوت و سلولهای فاقد پوشش هسته‌ای را پروکاریوت گویند.

تاریخچه علم سلول شناسی

توجه زیست شناسان از اواخر قرن بیستم و به خصوص از 1940 به بعد ، با ابداع و بکار گرفتن فنون بیوشیمیایی به شناخت اعمال پیچیده سولی معطوف گردید. مطالعات شارگاف (1947) ، ویلکینز (1950) و کوری (1951) بر روی ساختار مولکولی DNA منجر به کشف ساختمان مولکولی DNA توسط واتسون و کریک در سال (1953) گردید.

از جمله کارهای درخشان دهه‌های 1950 تا 1970 در زمینه بیوسنتز اسیدهای هسته‌ای و پروتئینها ، می‌توان از کارهای تحقیقاتی مسلسون و استال بر روی همانند سازی DNA ، کریک بر روی رمز وراثتی ، کورنبرگ بر روی آنزیمهای بیوسنتز DNA نام برد. بطور کلی تا سال 1940 مطالعه سلول جنبه توصیفی داشته است (Cytology) و تنها پس از این زمان است که سلول شناسی جای خود را به زیست شناسی سلولی (Cell biology) داده است.

ابعاد سلولی

اکثر سلولها میکروسکوپی بوده و با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شوند. سلولهای حیوانی و سلولهای گیاهی ، دارای قطری حدود 5 تا 100 میکرومتر بوده و بسیاری از باکتریها تنها 1 تا 2 میکرومتر طول دارند. چه چیزی ابعاد سلولی را محدود می‌نماید؟ حداقل اندازه سلول احتمالا توسط حداقل تعداد هر نوع بیومولکول مورد نیاز سلول تعیین می‌گردد.

حد بالای اندازه سلول احتمالا توسط میزان انتشار مولکولهای حل شده در سیستمهای آبی تنظیم می‌گردد. یک سلول باکتری که برای تولید انرژی وابسته به واکنشهای مصرف اکسیژن است، می‌بایست اکسیژن مولکولی را از محیط اطراف ، از طریق انتشار از غشا دریافت کند. این سلول باید نسبت سطح به حجم بیشتری داشته باشد تا بتواند به راحتی اکسیژن را جذب کند.

شکل یک سلول نیز می‌تواند به جبران اندازه بزرگ آن کمک نماید. بسیاری از سلولهای بزرگ ، علی‌رغم شکل تقریبا کروی دارای سطوح شدیدا پیچیده‌ای هستند که این امر سبب ایجاد سطح بیشتری برای همان حجم شده و برداشت مواد غذایی و دفع مواد زاید به محیط اطراف را تسهیل می‌نماید. مانند سلولهای عصبی یا نرونها که به شکل ستاره یا شدیدا منشعب هستند.

کاربرد سلولها و بافتها در مطالعات بیوشیمیایی

از آنجایی که تمامی سلولها از سلولهای اجدادی یکسانی ایجاد شده‌اند، دارای شباهتهای پایه‌ای خاصی هستند. مطالعه دقیق بیوشیمیایی تنها چند نوع سلول با وجود تفاوت در جزئیات بیوشیمیایی و ظاهر سطحی آنها ، کلیاتی را مشخص می‌کند که در مورد تمامی سلولها و موجودات کاربرد دارد. بطور مطلوب یک محقق مطالعه خود را با جداسازی آنزیمها و سایر اجزا سلولی آغاز نموده و برای این منظور از یک منبع غنی و یکدست استفاده می‌نماید. استفاده از منبع یکنواختی از یک آنزیم یا یک اسید نوکلئیک که در آن تمامی سلولها از نظر بیوشیمیایی و ژنتیکی یکسان هستند، هیچ شکی را در مورد نوع سلول بکار رفته برای تهیه جزء خالص شده ، باقی نمی‌گذارد.

بعضی بافتهای حیوانات آزمایشگاهی نظیر کبد موش ، مغز خوک و عضله خرگوش ، علی‌رغم یکسان نبودن تمامی سلولها ، منبع غنی مشابهی می‌باشند. بعضی از سلولهای حیوانی و گیاهی نیز در کشت سلولی تکثیر یافته و تعداد مناسبی از سلولهای یکسان (کلون شده) ایجاد می‌نمایند که برای بررسی بیوشیمیایی ، بکار می‌روند.

تکامل و ساختمان سلولهای پروکاریوتی

اولین سلولهای زنده ، پروکاریوتهای بی‌هوازی بودند. این سلولها 3.5 بیلیون سال قبل ظاهر شدند که در آن زمان اتمسفر فاقد اکسیژن بود. با گذشت زمان ، تکامل بیولوژیک باعث شد تا سلولها بتوانند فتوسنتز را انجام داده و اکسیژن را به عنوان یک محصول فرعی تولید کنند. با تجمع اکسیژن ، سلولهای پروکاریوتی قادر به انجام اکسیداسیون هوازی مواد سوختی شدند. دو گروه اصلی پروکاریوتها شامل یوباکتریها و آراکئی باکتریها در ابتدای دوره تکاملی جدا شدند. پوشش سلولی بعضی از انواع باکتریها شامل لایه‌هایی در خارج غشای پلاسمایی است که سبب سختی و محافظت می‌گردند.

بعضی از باکتریها دارای فلاژل بوده و برای حرکت به سوی جلو از آن استفاده می‌کنند. سیتوپلاسم باکتریها فاقد اندامکهای متصل به غشا بوده، ولی دارای ریبوزومها و گرانولهایی از مواد سوختی ذخیره شده و همچنین نوکلوئید هستند که DNA سلولی در آن قرار گرفته است. بعضی از باکتریهای فتوسنتتیک دارای غشاهای داخل سلولی وسیعی هستند که در آنها رنگدانه‌های تسخیر کننده نور وجود دارند.

تکامل و ساختمان سلولهای یوکاریوتی

حدود 1.5 بیلیون سال قبل ، سلولهای یوکاریوتی ظاهر شدند. این سلولها از پروکاریوتها بزرگتر بودند و ماده ژنتیکی آنها پیچیده‌تر بود. این سلولهای اولیه ارتباطات همزیستی با پروکاریوتها پیدا نمودند که در داخل سیتوپلاسم آنها زندگی می‌کردند. میتوکندریها و کلروپلاستهای امروزی از درون این همزیستهای اولیه مشتق شده‌اند. میتوکندریها و کلروپلاستها ، اندامکهای داخل سلولی هستند که توسط یک غشا دو لایه احاطه شده‌اند. این اندامکها محلهای ‌اصلی سنتز ATP در سلولهای یوکاریوتی هوازی هستند. کلروپلاستها تنها در موجودات فتوسنتتیک وجود دارند.

سلولهای یوکاریوتی امروزی دارای یک سیستم پیچیده غشاهای داخل سلولی هستند. این سیستم غشایی داخلی شامل پوشش هسته ، شبکه آندوپلاسمی صاف و خشن ، کمپلکس گلژی ، وزیکولهای ترشحی ، لیزوزومها و آندوزومها می‌باشند. ماده ژنتیکی موجود در سلولهای یوکاریوتی در داخل کروموزومها ، کمپلکسهای شدیدا منظم DNA و پروتئینهای هیستونی ، سازماندهی شده است. ویروسها انگل سلولهای زنده هستند و مسئول بسیاری از بیماریهای جدی انسانی می‌باشند.

آینده بحث

بطور کلی امروزه پذیرفته شده است که سلول واحد زندگی ، واحد ریخت شناسی و کار است و اساسا با امکان تولید مثل خود (خود زایشی) مشخص می‌شود. در عین حال ساختمان متداول سلولی ، خاص هم موجودات زنده نیست و باکتریها ، سیانوباکترها و اکتینومیست‌ها نوع دومی از ساختمان سلولی را نشان می‌دهند.

مباحث مرتبط با عنوان

سلول انسانی سلول گیاهی هسته سلول غشای سلولی دیواره سلول گیاهی سیتوپلاسم میتوکندری کلروپلاست لیزوزوم ریبوزوم زیست شناسی زیست شناسی سلولی زیست شناسی مولکولی پراکسی زوم گلی اکسی زوم شبکه آندوپلاسمی دستگاه گلژی اسید نوکلئیک کروموزوم ساختمان DNA ساختمان RNA نظریه سلولی متابولیسم آنزیم