تاریخچه:
رابرت هوک(Robert hooke) فیزیکدان انگلیسی در سال 1665 با بررسی میکروسکوپی برش های چوب پنبه حفره های متعدد مجاور هم مشاهده نمود که هرکدام را به نام سلول به معنای اتاقک یا حفره کوچک نام نهاد.
در حدود همان زمان آنتونی وان لیون هوک (antony van leewwenhoek) دانشمند هلندی با میکروسکوپ ساده ای که ساخته بود ، موجودات تک سلولی را به صورت زنده در آب راکد ، خون و ... مشاهده نمود و آنها را جانوران کوچک نام نهاد . بنابراین لیون هوک که اورا پدر میکروسکوپ می نامند اولین کسی بود که سلول زنده را مشاهده نمود و نشان داد که سلول ها حفره های توخالی نیستند.
داتروشه (datrochet) ، گیاه شناس فرانسوی ، سلول را به عنوان واحد حقیقی سازنده موجودات زنده معرفی نمود. این موضوع که کلیه موجودات از واحدهای ساختمانی به نام سلول ساخته شده اند بعدها بنام نظریه سلولی خوانده شد.
در نیمه دوم قرن نوزدهم تقسیم هسته و میتوز و نیز اندامک ها و یا ارگانل های داخل سلولی مانند واکوئول ها ، پلاست ها ، میتوکندری و دستگاه گلژی و... توسط دانشمندان مختلف شناسایی شدند. از حدود سال 1950 ، مشاهده سلول ها با میکروسکوپ الکترونی اطلاعات دقیقتری در خصوص اندامک های سلولی و کار آنها در اختیار قرار داد .بتدریج مطالعات شیمایی و ملکولی نیز توسعه یافت بطوریکه در سال 1953 واتسون وکریک (waston & crick) موفق به کشف ساختمان ملکولیDNA شدند.
امروزه سلول را به عنوان واحد زندگی ،واحد ساختمانی و واحد کار موجودات زنده معرفی می کنند و موضوع سلول شناسی یا سیتولوژی (cytology) بعنوان شاخه ای از زیست شناسی سلولی (cell biology) مطرح می باشد.
شاخه های زیست شناسی سلولی :
زیست شناسی سلولی عبارتست از دانش مطالعه و شناخت سلول از جنبه های مختلف ملکولی ، ساختمانی ،عملکردی و غیره .لذا شاخه های متعددی مانند سیتولوژی (مطالعه ساختمان ، عمل و آسیب های سلولی)، فیزیولوژی سلولی(مطالعه عملکرد سلول و اجزاءآن)، ژنتیک سلولی (توارث سلول بویژه مطالعه کروموزوم ها)،شیمی سلولی(مطالعه ترکیبات شیمیایی سلولها)،فیزیک سلولی (مطالعه سلول با روشها و قوانین فیزیکی مانند پتانسیل غشایی، انتشار، جذب، اسمز وغیره در سلول ها)، زیست شناسی ملکولی (مطالعه ملکول های سازنده سلول ها از نظر نوع، شکل ، ساختمان و عملکردو..)و بعضی شاخه های دیگر نیز بوجودآمده است.
امروزه بیولوژی را فیزیک و شیمی ماده زنده تعریف می کنند . یعنی سلول بعنوان واحد ساختمانی موجودات زنده از ملکول های شیمیایی تشکیل شده که از همه قوانین فیزیکی و شیمیایی شناخته شده در مورد مواد غیر زنده تبعیت می کنند.حال این سوال مطرح می شود که علت اختلافات اساسی موجودات زنده و غیر زنده مانند تغذیه ، تولید مثل و تحریک پذیری چیست؟
پاسخ این سوال را در مجموعه عواملی می توان یافت که تحت عنوان منطق ملکولی حیات مطرح می باشد.
منطق ملکولی حیات:
نسبت درصد عناصر بدن جانداران با مواد بی جان متفاوت است. حدود 99% وزن بیشتر سلول ها از چهار عنصر هیدروژن،اکسیژن،کربن و نیتروژن تشکیل شده است. اما فراوان ترین عنصر های روی زمین اکسیژن،سیلیس،آلومینیوم و سدیم هستند. علت این امر این است که عنا صر چهارگانه N,C,O,H به بهترین وجهی می توانند پیوندهای پایدار ایجاد نمایند.
تمام ملکول های جانداران از مواد اولیه ساده مانند دی اکسید کربن ،آب و ازت که در طبیعت وجود دارند ساخته شده اند. از ترکیب بیوشیمیایی این مواد مصالح ساختمانی ملکولهای حیاتی جانداران یعنی منونوکلئوتیدها،اسیدهای آمینه ،منوساکاریدها واسیدهای چرب بترتیب بعنوان مصالح ساختمانی اسیدهای نوکلئیک ،پروتئین ها،پلی ساکاریدها و لیپیدها بوجودآمده اند .
اسید های نوکلئیک و پروتئین ها را ملکولهای درشت آگاه کننده (informational macromolcule) می نامند. زیرا از نظر ساختمانی حامل اطلاعاتی می باشند یعنی ترتیب قرار گرفتن نوکلئوتیدها در اسیدهای نوکلئیک و ترتیب قرار گرفتن اسیدهای آمینه در پروتئین ها منجر به صدور فرمانهایی در سلول می شود.احتمالا اولین موجودات زنده ساختمانی متشکل از این ماکرو ملکول ها داشته اند.
از ترکیب بیو شیمیایی پروتئین ها با اسیدهای نوکلئیک ، پلی ساکاریدها و لیپیدها اجزاء مختلف سلولی تشکیل می شود.
طبقه بندی موجودات زنده:
موجودات زنده عبارتند از : جانوران ،گیاهان ،پروتیست ها یا آغازیان (شامل قارچ ها،جلبک ها ،پروتوزوئر ها یا تک یاخته ای ها و باکتری ها )و ویروس ها.
سلول هایی که فاقد غشاء هسته ای باشند(مانند باکتری ها) بنام پروکاریوت نامیده می شوند. سلو های گیاهان ،جانوران ، قارچ ها ،جلبک هاو پروتوزوئرها که هسته واقعی دارند بنام اوکاریوت نامیده می شوند.
شکل و ساختمان سلول
تمام موجودات زنده از سلول و فراورده های سلولی تشکیل شده اند. سلو ل ها دارای اشکال گوناگون مانند کروی ،هرمی ،استوانه ای ، ستاره ای و غیره میباشند.اندازه سلول ها نیز متفاوت است و معمولا بین 4 تا 40 میکرون قطر دارند.
اندازه بعضی سلول ها مانند سلول تخم به چند میلیمتر می رسد . بعضی از سلول ها حتی با میکروسکوپ معمولی هم دیده نمی شوند و با روش های مخصوص توانسته اند قطر آنها را حدود 0003/0 میلیمتر تعیین کنند. بعضی از سلول ها ی عصبی تا حدود 5/1 متر طول دارند.
در ساختمان سلول ها سه جز قابل بررسی می باشد:غشاء سیتوپلاسم وهسته.
الف) غشاء سلولی
غشای سلولی دارای قدرت جذب و دفع انتخابی مواد است. یعنی به برخی مواد اجازه عبور می دهدو به مواد دیگر اجازه عبور نمی دهد. از نظر شیمیایی از جنس فسفولیپید می باشد یعنی بصورت دولایه جربی است و در اطراف آن ملکول ها ی پروتئینی قرار دارند. ضخامت آن بین 60 تا 100 آنگستروم می باشد.
ب)سیتوپلاسم
سیتوپلاسم ماده ای کلوئیدی است که داخل آن ارگانل ها یا اندامک ها ی سلولی قرار دارند این اجزاء سیتو پلاسمی عبارتند از :
ریبوزوم ، میتوکندری، لیزوزوم،سانتروزوم، دستگاه گلژی ، شبکه آندوپلاسمی ،واکوئل ها و پلاست ها.
ریبوزوم ها :
موتورهای سازنده پروتئین در سلول هستند. یعنی با همکاری ریبوزوم ها اسیدهای آمینه لازم برای ساخته شدن زنجیر پلی پیتیدی بر طبق دستورات صادره از هسته سلول بترتیب خاصی در مجاورت یکدیگر قرار می گیرند .
ریبورزم ها از جنس نوکلئید پروتئین هستندو بصورت دانه های ریزی در سیتوپلاسم و اندامک هایی مانند میتوکندریها و کلروپلاست ها یافت می شوند.
میتوکندری ها:
میتوکندری ها دانه های کروی یا میله ای هستند که محل تنفس سلولی و تولید انرژی می باشند . یعنی انرژی موجود در مواد غذایی را طی سیکل کربس بصورت ملکول های ATP در می آورند. میتوکندری ها دارای غشاء دولایه و یک ماده زمینه ا ی (ماتریکس ) می باشند
لیزوزوم ها:
لیزوزوم ها کیسه هایی به قطر5/0.-2/0. میکرون محتوی آنزیم ها ی گوارشی می باشند و عمل آنها هضم موادی که بوسیله فاگوسیتوز وارد سلول شده اند و نیز هضم مواد درون سلول های پیروفرسوده می باشد.
سانتروزوم ها :
سانتروزوم یک ناحیه متمرکز از سیتو پلاسم در نزدیکی هسته است که محتوی دو سانتریول عمود بر هم می باشد.
هر سانتریول بصورت یک استوانه توخالی است که جدارهای آن محتوی 9دسته سه تایی لوله های میکروسکوپی می باشد . عمل سانتریول ها شرکت در تقسیم سلولی است . در هنگام تقسیم سلول ،سانتریول ها تکثیر می شوند و به دوقطب سلول حرکت می کنند . رشته های دوک بین آنها تشکیل می شود که محل استقرار کروموزوم هاست.
دستگاه گلژی :
دستگاه کلژی بصورت کیسه های پهنی روی هم قرار گرفته اند . از این کیسه ها ذرات کروی به نام واکوئل جدا می شوند که دائما بطرف غشاء سلولی در حرکتند .
دستگاه گلژی عمل انتقال مواد مختلف ساخته شده توسط سلول را به خارج سلول بعهده دارد که این عمل توسط واکوئل صورت می گیرد. علاوه بر این دستگاه گلژی نقش مهمی در ایجاد غشاهای سلولی و لیزوزوم ها نیز دارا می باشد.
شبکه آندوپلاسمیک یارتیکولوم آندوپلاسمیک :
شبکه ای از مجاری مرتبط که بین غشاء و هسته ارتباط برقرار می کنند. ونقش آنها نقل وانتقال مواد در داخل سلول می باشد. اگر در سطح بیرونی این مجاری ،ریبوزوم وجود داشته باشد به آنها رتیکولوم آندوپلاسمیک زبر یا دانه دار گفته می شود درصورتی که فاقد ریبوزوم باشند ، شبکه آندوپلاسمی صاف نامیده می شوند.به ذراتی که از شبکه آندوپلاسمی دانه دار بصورت اجسام کروی حاوی دانه های ریبوزوم جدا می شوند، میکروزوم می گویند.
واکوئل ها :
واکوئل ها حفراتی با غشاء نیمه تراوا هستند که عمل آنها ذخیره برخی مواد، شرکت در گوارش ودفع بعضی از مواد وتنظیم مقدار آب سلول می باشد . در سلول های گیاهی واکوئل ها به مرور زمان تمام فضای داخل سلول را اشغال و سایر اجزاء سلول را بطرف غشاء می رانند.مایع داخل واکوئل ها بنام شیره سلولی حاوی قندها ،اسیدهای آلی ،پروتئین ها ، املاح معدنی، اکسیژن ، CO2 وترکیبات رنگی می باشد.
8- پلاست ها :
پلاست ها دانه هایی با غشاء دو لایه بقطر 4 تا 6 میکرون هستند که مواد مختلف را ذخیره می کنند . مانند کلروپلاست ها که در آنها کلروفیل ذخیره می شود. نیز اولئوپلاست ها(ذخیره چربی )، پروتئوپلاست ها(ذخیره پروتئین) ، آمیلوپلاست ها (ذخیره نشاسته) کروموپلاست ها که مواد رنگین (غیر از کلروفیل) را ذخیره می کنند .
ت)هسته سلول :
هسته فرمانده سلول است که در مرحله بین دو تقسیم میتوز یعنی در مرحله انترفاز شامل غشای هسته ، هستک ،شبکه کروماتین وشیره هسته می باشد. غشای هسته شبیه غشای سلول دولایه است دارای منافذی برای ار تباط با سیتوپلاسم می باشد. . هستک بصورت یک یا دو توده متراکم کروی در داخل هسته می باشد متشکل از پروتئین ها ،RNA مقدار کمی DNA . شبکه کروماتین بصورت توده DNA فاقد شکل در هسته است که در هنگام تقسیم سلول این شبکه متراکم شده کروموزوم ها را تشکیل می دهد. شبکه کروماتین درون شیره هسته قرار دارد.
ویروس ها
ویروسها ساختمان سلولی ندارند و فاقد هسته ، سیتوپلاسم ، غشای سیتوپلاسمی و دیواره ی سلولی هستند و در بیرون از سلول های زنده به حالت مواد شیمیایی بی جان در می آیند یعنی انگل اجباری درون سلولی بوده و برای تکثیر و تولید مثل به سیستم آنزیمی میزبان نیاز دارند . در واقع ویروس ها کوچکترین و ساده ترین شکل حیات هستند . هر ذره ویروسی یا ویریون از دو بخش مرکزی و بیرونی ساخته شده است.
بخش مرکزی عبارتست از یک مولکول DNA یا RNA که خصوصیات ژنتیکی و همه صفات ویروس را بر عهده دارد . بنابراین ویروس ها بر خلاف سلول ها یا DNA دارند و یا RNA که بر همین اساس به دو گروه تقسیم بندی می شوند . ویروس های گیاهی بیشتر دارایRNA و ویروس های حشرات بیشتر DNA و ویروس های باکتری خوار یا باکتریوفاژها دارای DNA می باشند . ویروس های جانوری ممکن است DNA یا RNA داشته باشند .
بخش بیرونی ویریون یا کپسید ساختمان پروتئینی دارد و خود از اجزای کوچکتری بنام کپسومر تشکیل شده است . کپسید بصورت پوشش محافظی بخش مرکزی یاژنوم ویروس را احاطه کرده است .
از مشخصات دیگر ویروس ها کوچک بودن اندازه ی آنها نسبت به سایر میکروارگانیسمها است بطوری که اندازه ی آنها را بر حسب میلی میکرون یا نانو متر بیان می کنند اما واحد اندازه گیری باکتری ها میکرون ( = یک هزارم میلی متر)می باشد .
اندازه ی ویروس ها از 15 تا 450 میلی میکرون متفاوت است . ویروس آبله درشت ترین و ویروس فلج کودکان یا پولیومیلیت کوچکترین ویروس محسوب می شوند برای تعیین اندازه ی ویروس ها از روش هایی مانند گذراندن ویروس ها از صافی هایی که قطر منافذ آنها معلوم است ، استفاده از اولتراسانتریفوژ یا تعیین اندازه ی ویروس از روی سرعت ته نشین شدن و استفاده از میکروسکوپ الکترونی کمک می گیرند .
اشکال ویروس ها نیز متفاوت است . ممکن است کروی ، بیضوی ، میله ای ، یا چند وجهی باشند . باکتریوفاژها شبیه به نوزاد وزغ دارای سر و دم می باشند . ویروس ها در گیاهان حشرات ، پرندگان ، حیوانات و انسان تولید بیماری می کنند . بیماری های ویروسی انسان مانند آبله ، فلج کودکان ، سرخک ، تب زرد ، اوریون ، آنفولانزا و هپاتیت ایدز و ...
بیماریهای ویروسی حیوانات مانند آفت دامها بدرفتاری سگ آنفولانزای خوکی و بیماریهای ویروسی گیاهان مانند بیماری موزائیک خیار گوجه فرنگی سیب زمینی زردی هلوو ...
راه های انتشار ویروسها : ویروسهای گیاهی از راه هایی مانند مالش شیره گیاه آلوده به برگهای سالم ، پیوند زدن یا قلمه آلوده به گیاه سالم ، ملخ و حشراتی مانند شته که شیره ی گیاه را می مکند ، ابزار و وسایل کشاورزی آلوده ، از راه دانه مانند ویروس موزائیک کاهو ، و انتقال توسط برخی کرم ها و هاگ قارچ ها انتشار می یابند .
انتشار ویروس های حیوانی از راههای تنفسی ( عطسه ، سرفه ، صحبت کردن ) مانند ویروس های آنفلوانزا ، ذات الریه ، اوریون . راههای گوارشی ( مانندفلج کودکان و هپاتیت A ) ، تماس جنسی ( مانند هپاتیت B و ایدز ) ، انتقال توسط مگس و حشراتی مانند پشه ( ویروس تب زرد ) ، تزریق خون و فراورده های خونی ،اعمال جراحی ، دندانپزشکی زخم های جلدی ( مانند ویروسهای هپاتیت B و C و HIV ) ، و بالاخره انتقال از مادر به فرزند ( مانند هپاتیت B و سرخجه ) صورت می گیرد.