میکروسکوپ نوری

بررسی سلول‌ها با میکروسکوپ نوری ساختار کلی و اندامک‌های آن‌ها را نمایان می‌سازد. با این حال، جزئیات دقیق‌تر تنها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده هستند.

سیتوپلاسم

سیتوپلاسم (برگرفته از واژه‌ی یونانی “kytos” به‌معنای پوشش)، که گاه با عنوان “پلاسما” (از واژه‌ی یونانی “plasma” به‌معنای قالب‌گرفته) نیز شناخته می‌شود، ناحیه‌ای از سلول است که هسته را دربر می‌گیرد. این بخش از سلول شامل دو دسته‌ی کلی از اجزا است: اندامک‌های سیتوپلاسمی و ماکرومولکول‌ها. اندامک‌ها، که اغلب به‌عنوان «ارگان‌های کوچک» شناخته می‌شوند، در ماتریس سیتوپلاسمی یا همان “سیتوزول” معلق هستند. علاوه بر این ساختارهای ضروری، سیتوپلاسم حاوی عناصر غیرضروری مانند اجسام انباشته (inclusion bodies) نیز هست که ممکن است شامل دانه‌های رنگ‌دانه‌ای یا قطرات چربی ذخیره‌شده باشند.

هسته

هسته بزرگ‌ترین و سخت‌ترین اندامک سلولی است که معمولاً در بخش مرکزی سلول جای دارد. نام این اندامک از شباهت آن به مغز درون پوسته (برگرفته از واژه‌ی لاتین “nux” و واژه‌ی یونانی “karyo” به‌معنای مغز یا هسته) گرفته شده است. هسته مرکز فرماندهی سلول به‌شمار می‌رود و گاهی از آن به‌عنوان “مغز سلول” یاد می‌شود. این ساختار با غشای دو لایه‌ای نازک به‌نام “پوشش هسته‌ای” احاطه شده است که دارای روزنه‌هایی به‌نام “منافذ هسته‌ای” است. این منافذ، خاصیت نفوذپذیری انتخابی دارند و عبور ماکرومولکول‌ها بین هسته و سیتوپلاسم را تنظیم می‌کنند.

در مرکز هسته یک یا چند ساختار کوچک و بدون غشا به‌نام “هسته‌ک” (nucleolus) قرار دارد که از RNA تشکیل شده و نقش مهمی در ساخت ریبوزوم دارد. هسته ساختاری ناهمگن دارد و به دو ناحیه‌ی تیره (الکترون‌تراکم) و روشن (الکترون‌شفاف) تقسیم می‌شود. نواحی تیره “هتروکروماتین” نامیده می‌شوند و از کروماتین فشرده و غیرفعال تشکیل شده‌اند. نواحی روشن‌تر، “اوکروماتین” نام دارند که DNA فعال را دربردارد و در فرایند رونویسی RNA شرکت دارد. در مجموع، هتروکروماتین و اوکروماتین “کروماتین” را می‌سازند؛ واژه‌ای برگرفته از واژه‌ی یونانی “chroma” به‌معنای رنگ، به دلیل تمایل این ساختارها به جذب رنگ‌ها.

در وضعیت غیرتقسیمی، DNA به‌صورت دانه‌ای یا رشته‌ای درون کروماتین دیده می‌شود. در زمان تقسیم سلولی، DNA به شکل ساختارهای میله‌ای کوتاه به‌نام “کروموزوم” متراکم می‌شود. سلول‌های انسانی به‌طور معمول دارای ۴۶ کروموزوم هستند، به‌جز سلول‌های جنسی بالغ که حاوی ۲۳ کروموزوم به‌صورت هاپلوئید می‌باشند. DNA حامل کد ژنتیکی است که تولید آنزیم‌ها و سایر پروتئین‌های سلولی را هدایت می‌کند و نهایتاً تعیین‌کننده‌ی ساختار و عملکرد سلول است. درون هسته، یک ماده‌ی شفاف و غیررنگ‌پذیر به‌نام “شیره‌ی هسته‌ای” وجود دارد که هسته‌ک‌ها را در خود جای داده است.

ریبوزوم‌ها

ریبوزوم‌ها ساختارهایی به قطر تقریباً ۱۵ نانومتر هستند که به‌صورت متصل یا آزاد در سلول وجود دارند. بسیاری از آن‌ها به شبکه‌ی آندوپلاسمی زبر متصل‌اند و برخی دیگر در سراسر سیتوپلاسم پراکنده‌اند. ریبوزوم‌های تکی به‌نام “مونو‌زوم” و تجمعات آن‌ها “پلی‌ریبوزوم” یا “پلی‌زوم” نام دارند. هر ریبوزوم از زیرواحدهایی تشکیل شده است که از انواع RNA شامل rRNA، mRNA و tRNA ساخته شده‌اند. ریبوزوم‌ها کارخانه‌های ساخت پروتئین در سلول هستند و با ترجمه‌ی اطلاعات ژنتیکی DNA، پروتئین‌های مورد نیاز را می‌سازند.

شبکه آندوپلاسمی

شبکه آندوپلاسمی ساختاری شبکه‌مانند در مرکز سیتوپلاسم است و از بزرگ‌ترین اندامک‌های سلولی به‌شمار می‌رود. این ساختار از مجراهایی شامل سیسترن‌ها یا توبول‌ها تشکیل شده است. سیتوپلاسم درون این مجراها “واکوئوپلاسم” و بیرون آن‌ها “هیالوپلاسم” یا “سیتوزول” نامیده می‌شود. عملکردهای این شبکه شامل ساخت پروتئین، ذخیره‌ی کلسیم، سنتز استروئیدها و متابولیسم لیپیدها است.

شبکه آندوپلاسمی به دو نوع زبر (rER) و صاف (sER) تقسیم می‌شود. نوع زبر دارای ریبوزوم‌هایی بر سطح خارجی خود است و در ساخت پروتئین نقش دارد. نوع صاف فاقد ریبوزوم است و در ساخت لیپیدها و کربوهیدرات‌های خاص، و همچنین سم‌زدایی داروها مشارکت دارد. فقط پروتئین‌هایی که به‌درستی تاخورده‌اند به دستگاه گلژی منتقل می‌شوند. پروتئین‌های ناقص یا معیوب درون شبکه آندوپلاسمی تخریب می‌شوند. انباشت بیش‌از‌حد این پروتئین‌های ناقص می‌تواند منجر به پدیده‌ای به‌نام “استرس شبکه آندوپلاسمی” شود.

دستگاه گلژی

دستگاه گلژی شامل ساختارهایی نامنظم نزدیک به هسته است که با رنگ‌آمیزی با نمک‌های نقره در زیر میکروسکوپ نوری قابل مشاهده‌اند. در میکروسکوپ الکترونی، این ساختار به‌صورت نواری و با غشای تک‌لایه دیده می‌شود. این اندامک شبیه به شبکه آندوپلاسمی صاف است و از سیسترن‌های پشته‌پشته و وزیکول‌های گرد در کناره‌ها تشکیل شده است. وظیفه‌ی اصلی دستگاه گلژی ساخت و بسته‌بندی پروتئین‌ها برای ترشح به خارج از سلول است. مواد از طریق وزیکول‌ها از شبکه آندوپلاسمی به دستگاه گلژی وارد می‌شوند. از نظر عملکرد، این اندامک به سه ناحیه‌ی “cis”، “medial” و “trans” تقسیم می‌شود.

لیزوزوم‌ها

لیزوزوم‌ها وزیکول‌هایی هستند که از دستگاه گلژی منشأ می‌گیرند و حاوی آنزیم‌هایی برای تجزیه و بازیافت مواد زائد سلولی از طریق فرایندی به‌نام “اتوفاژی” هستند. این مکانیزم ذرات زائد یا مهاجم مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها را تجزیه می‌کند. بیش از ۶۰ نوع هیدرولاز لیزوزومی شناخته شده است که این عملکرد را انجام می‌دهند. به‌همین دلیل، لیزوزوم‌ها را «کیسه‌های گوارشی» یا «واحد دفع زباله» سلول نیز می‌نامند.

در موارد نادر، لیزوزوم‌ها ممکن است آنزیم‌های خود را درون سلول آزاد کنند که منجر به خود‌تخریبی سلول می‌شود، از این رو گاه از آن‌ها به‌عنوان «کیسه‌های خودکشی» نیز یاد می‌شود. با این حال، پژوهش‌های جدید نشان داده‌اند که نقش لیزوزوم‌ها فراتر از تجزیه‌ی مواد زائد است و آن‌ها در تنظیم متابولیسم انرژی، پاکسازی سلولی، ترمیم غشای پلاسمایی، جذب استخوان، و پاسخ‌های ایمنی نیز نقش دارند.

میتوکندری

میتوکندری‌ها ساختارهایی میله‌ای یا دانه‌ای هستند که نام آن‌ها از واژه‌های یونانی “mitos” (دانه) و “chondrium” (میله) گرفته شده است. آن‌ها «نیروگاه سلول» محسوب می‌شوند؛ زیرا انرژی مورد نیاز برای عملکردهای مختلف سلول مانند حرکت، تقسیم، انقباض و ترشح را تولید می‌کنند. این انرژی از طریق تجزیه‌ی غذا و تولید آدنوزین تری‌فسفات (ATP) به‌دست می‌آید.

طول میتوکندری‌ها بین ۰.۵ تا ۲ میکرومتر است و تعداد آن‌ها با فعالیت متابولیکی سلول مرتبط است؛ سلول‌های فعال‌تر، تعداد بیشتری میتوکندری دارند. هر میتوکندری دارای غشای داخلی و خارجی است. غشای داخلی چین‌هایی به‌نام “کریستا” دارد و درون آن ماده‌ای گرانولی به‌نام “ماتریکس” قرار دارد که آنزیم‌های لازم برای ساخت ATP را در خود جای داده است. میتوکندری محل تنفس سلولی است؛ فرایندی که انرژی مورد نیاز سلول را تولید می‌کند.

وزیکول‌ها و واکوئل‌ها

وزیکول‌ها و واکوئل‌ها محفظه‌هایی برای ذخیره‌ی مواد مختلف درون سلول هستند. این ساختارها پروتئین‌ها، مواد زائد و مواد مغذی را در خود نگه می‌دارند. در سلول‌های گیاهی، واکوئل‌ها آب ذخیره کرده و به پایداری ساختاری و فشار داخلی سلول کمک می‌کنند.

سانتریول و سانتروزوم

سانتریول‌ها و سانتروزوم‌ها در تقسیم و تکثیر سلولی نقش دارند. این ساختارها با سامان‌دهی میکروتوبول‌ها، در توزیع صحیح کروموزوم‌ها هنگام میتوز نقش ایفا می‌کنند.

غشای سلولی

غشای سلولی یا همان غشای پلاسمایی (پلاسملما)، از واژه‌ی یونانی “lemma” به‌معنای پوست گرفته شده است. این ساختار سه‌لایه، عمدتاً از لیپیدها شامل فسفولیپید، کلسترول و گلیکولیپید تشکیل شده است. پروتئین‌های غشایی شامل پروتئین‌های سرتاسری، پروتئین‌های محیطی، و گلیکوپروتئین‌ها هستند. همچنین مقدار اندکی کربوهیدرات در این غشا وجود دارد.

ضخامت غشای سلولی حدود ۷.۵ نانومتر است و تنها با میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده است. این غشا سلول را کنار هم نگه می‌دارد، از محیط اطراف جدا می‌سازد، و شکل آن را حفظ می‌کند. پاره شدن غشا باعث آزاد شدن محتوای سلولی می‌شود.

غشای سلولی دارای نفوذپذیری انتخابی است؛ به‌گونه‌ای که اکسیژن و آب به‌راحتی از آن عبور می‌کنند، اما عبور یون‌هایی مانند سدیم و پتاسیم محدود است. مولکول‌های بزرگ از طریق اندوسیتوز وارد سلول می‌شوند. برخی سلول‌ها مواد خارجی را از طریق فاگوسیتوز (بلع سلولی) و برخی دیگر مایعات را از طریق پینوسیتوز (نوشیدن سلولی) جذب می‌کنند. غشا همچنین دارای گیرنده‌های ویژه‌ای برای آنزیم‌ها و هورمون‌ها است که ارتباط و عملکرد سلولی را تنظیم می‌کنند. برخی سلول‌ها دارای زائده‌هایی در سطح خود مانند مژک (سیلیا)، تاژک (فلاژلا) یا میکروویلی هستند که به حرکت، جذب یا عملکردهای تخصصی مانند دریافت حسی کمک می‌کنند.