
Cells are the basic unit of life, making up every living organism. In unicellular organisms like amoebas and bacteria, a single cell carries out all the functions necessary for life. Multicellular organisms, such as plants and animals, are composed of numerous specialized cells that work together to sustain life.
All living organisms show the seven basic properties of life:
These properties actually define living organisms. Cells perform all the fundamental activities that characterize living organisms.
خلیات زندگی کی بنیادی اکائی ہیں اور ہر جاندار انہی سے بنا ہے۔ یک خلوی جانداروں جیسے امیبا اور بیکٹیریا میں ایک ہی خلیہ زندگی کے تمام کام انجام دیتا ہے۔ کثیر خلوی جاندار جیسے پودے اور جانور بہت سے مخصوص خلیوں سے بنے ہوتے ہیں جو مل کر زندگی کو قائم رکھتے ہیں۔
تمام جانداروں میں زندگی کی سات بنیادی خصوصیات پائی جاتی ہیں:
یہ خصوصیات دراصل جانداروں کی تعریف کرتی ہیں۔ خلیات وہ تمام بنیادی سرگرمیاں انجام دیتے ہیں جو جانداروں کی خصوصیت ہیں۔
At the beginning of the 17th century, many scientists began the use of microscopes to study very small objects. The story of cell theory runs through these names:
These observations were combined to form a basic theory about cells. It is called cell theory. It has three essential points:
Validation of Cell Theory. Cell theory can be validated through several observations and experiments: (1) By using light microscopes and electron microscopes, scientists visualize cell structures and find tangible evidence that cells are indeed the structural units of all living organisms. (2) Through techniques like live-cell imaging and genetic studies, scientists can track how cells replicate and give rise to new cells, validating that all cells originate from pre-existing cells. (3) Techniques like DNA sequencing reveal that cells share common genetic material and metabolic pathways, reinforcing that the cell is the fundamental unit of life. (4) Experiments such as cell culture studies and tissue engineering validate cell theory by demonstrating cellular growth, differentiation, and reproduction.
Exceptions to Cell Theory. While cell theory is widely accepted, there are notable exceptions: (1) Viruses challenge cell theory because they are not made of cells and cannot carry out life processes independently. They require a host cell to replicate and are considered by many scientists to be at the border of living and non-living entities. Similarly, prions and viroids show properties of living organisms but are not composed of cells — they are made of only DNA, RNA or proteins. (2) Eukaryotic organelles mitochondria and chloroplasts have their own DNA and can replicate independently of the cell's nucleus. This suggests they may have originated from free-living prokaryotic cells. (3) Some organisms, such as certain fungi and algae, have structures where multiple nuclei coexist within a shared cytoplasmic mass, blurring the boundaries of individual cells as defined by traditional cell theory. (4) Muscle cells (myocytes) in vertebrates can fuse to form multinucleated fibres, challenging the concept of a single cell as the basic unit in complex tissues.
سترہویں صدی کے آغاز میں بہت سے سائنسدانوں نے چھوٹی چیزوں کا مطالعہ کرنے کے لیے خوردبین کا استعمال شروع کیا۔ سیل تھیوری کی کہانی ان ناموں سے گزرتی ہے:
ان مشاہدات کو ملا کر خلیات کے بارے میں ایک بنیادی نظریہ بنا جسے سیل تھیوری کہتے ہیں۔ اس کے تین بنیادی نکات ہیں:
سیل تھیوری کی توثیق۔ سیل تھیوری کی توثیق کئی مشاہدات اور تجربات سے ہوتی ہے: (1) لائٹ اور الیکٹران خوردبین سے سائنسدان خلوی ساخت دیکھتے ہیں اور ٹھوس ثبوت پاتے ہیں کہ خلیات ہی تمام جانداروں کی ساختی اکائیاں ہیں۔ (2) لائیو سیل امیجنگ اور جینیاتی مطالعات سے سائنسدان دیکھ سکتے ہیں کہ خلیات کیسے نقل بنا کر نئے خلیات پیدا کرتے ہیں، جس سے ثابت ہوتا ہے کہ تمام خلیات پہلے سے موجود خلیات سے بنتے ہیں۔ (3) ڈی این اے سیکوینسنگ جیسی تکنیکوں سے معلوم ہوتا ہے کہ خلیات میں مشترکہ جینیاتی مادہ اور میٹابولک راستے ہیں، جو اس بات کو تقویت دیتے ہیں کہ خلیہ زندگی کی بنیادی اکائی ہے۔ (4) سیل کلچر اور ٹشو انجینئرنگ جیسے تجربات خلوی نشوونما، تفریق اور تولید دکھا کر سیل تھیوری کی توثیق کرتے ہیں۔
سیل تھیوری سے مستثنیات۔ سیل تھیوری وسیع پیمانے پر قبول شدہ ہے لیکن کچھ نمایاں مستثنیات ہیں: (1) وائرسز سیل تھیوری کو چیلنج کرتے ہیں کیونکہ وہ خلیات سے نہیں بنے اور آزادانہ طور پر زندگی کے عمل نہیں چلا سکتے۔ انہیں نقل بنانے کے لیے میزبان خلیے کی ضرورت ہوتی ہے اور بہت سے سائنسدان انہیں زندہ اور غیر زندہ کے درمیان کی سرحد پر مانتے ہیں۔ اسی طرح پرائنز اور وائرائیڈز جانداروں کی خصوصیات دکھاتے ہیں لیکن خلیات سے نہیں بنے — وہ صرف ڈی این اے، آر این اے یا پروٹین سے بنے ہیں۔ (2) یوکیریوٹک آرگنیلز مائٹوکونڈریا اور کلوروپلاسٹ کا اپنا ڈی این اے ہوتا ہے اور وہ خلیے کے نیوکلیس سے آزادانہ نقل بنا سکتے ہیں۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ وہ شاید آزاد جاندار پروکیریوٹک خلیات سے پیدا ہوئے۔ (3) کچھ جانداروں جیسے بعض فنجائی اور الجی میں کئی نیوکلیائی ایک مشترکہ سائٹوپلازم میں ساتھ ہوتے ہیں، جس سے روایتی سیل تھیوری میں انفرادی خلیے کی حدود دھندلی ہو جاتی ہیں۔ (4) ورٹیبریٹس کے پٹھوں کے خلیات (مایوسائٹس) مل کر کئی نیوکلیائی والی ریشے بنا سکتے ہیں، جو پیچیدہ ٹشوز میں ایک خلیے کو بنیادی اکائی ماننے کے تصور کو چیلنج کرتا ہے۔
The discovery of cells and then the further studies of the internal structure of cells were dependent upon the use of microscopes. Microscopy is the technique of using microscopes to observe and study objects that are too small to be seen with the naked eye. Microscopes use lenses and light or electron beams to magnify and illuminate specimens.
Magnification and Resolution are two key characteristics of microscopes. Magnification refers to a microscope's ability to enlarge the image of an object. Different lenses within a microscope offer varying levels of magnification, denoted by the symbol X, indicating how many times larger the image appears compared to the actual size. For example, a 10X lens can enlarge a 1 µm object to 10 µm. Total magnification in a microscope is determined by multiplying the magnification of all lenses. Resolution refers to a microscope's ability to distinguish between two points that are close together on an object. The greater the resolution, the finer the detail that can be observed. The naked human eye has a resolution of about 0.1 mm. In contrast, a light microscope can resolve details down to approximately 250 nm (nanometres).
Light Microscopy. In a light microscope, light is used to make the image of an object. Light passes through the object and then through two glass lenses. One lens produces an enlarged image of the object and the second lens magnifies the image more. After passing through the object and lenses, the light forms an enlarged clear image of the object in the viewer's eye. The magnification of a light microscope is 1500X — it can magnify objects about 1500 times. Its resolving power is 0.2 micrometre (µm), and 1 µm = 1/1000 mm. In other words, the light microscope cannot distinguish objects smaller than 0.2 µm. Light microscopes are advantageous for viewing living organisms, but since individual cells are generally transparent, their components are not distinguishable unless they are coloured with special stains (coloured chemicals). Staining, however, usually kills the cells.
Electron Microscopy. In an electron microscope, a beam of electrons passes through the object. Magnetic lenses focus the electron beam on a screen or photographic film and make a much enlarged image. Its resolving power is much greater than a light microscope — it can clearly show objects as small as 0.2 nanometre (nm), and 1 nm = 1/1,000,000 mm. However, an electron microscope cannot be used for viewing living material because of the methods needed to prepare the specimens. Biologists use two types of electron microscopes. The Transmission Electron Microscope (TEM) is used to view the internal structure of a cell. TEM transmits a beam of electrons through a very thin specimen and can magnify objects up to 250,000 times. The Scanning Electron Microscope (SEM) is used to study the details of surfaces of cells or any other objects. The surfaces are coated with metal. When the electron beam hits the metal, it is reflected and makes an enlarged image. SEMs can magnify objects up to 100,000 times.
| Light Microscope | Electron Microscope | |
|---|---|---|
| Illuminating source | Uses light (approx. 400–700 nm) | Uses electron beams (approx. 1 nm) |
| Magnification | Lower (usually 500X to 1500X) | Higher (direct magnification 16000X; photographic magnification 1000000X) |
| Resolution | Low (may be 0.2 µm) | High (may be 0.2 nm) |
| Specimen | Both live and dead specimens can be seen | Only dead and dried specimens can be seen |
| Preparation time | A few minutes or an hour | Several days |
| Image | Seen through the ocular lens; no screen needed | Received on a zinc sulphate fluorescent screen |
خلیات کی دریافت اور پھر خلیات کی اندرونی ساخت کا مزید مطالعہ خوردبین کے استعمال پر منحصر تھا۔ خوردبینی خوردبین استعمال کر کے ان چیزوں کا مشاہدہ اور مطالعہ کرنے کی تکنیک ہے جو ننگی آنکھ سے دیکھنے کے لیے بہت چھوٹی ہوتی ہیں۔ خوردبینیں لینز اور روشنی یا الیکٹران بیم استعمال کر کے نمونوں کو بڑا اور روشن کرتی ہیں۔
میگنیفیکیشن اور ریزولوشن خوردبین کی دو اہم خصوصیات ہیں۔ میگنیفیکیشن سے مراد خوردبین کی کسی چیز کی تصویر کو بڑا کرنے کی صلاحیت ہے۔ خوردبین کے اندر مختلف لینز مختلف درجے کی میگنیفیکیشن دیتے ہیں جسے X کی علامت سے ظاہر کیا جاتا ہے، یعنی تصویر اصل سائز سے کتنی گنا بڑی نظر آتی ہے۔ مثال کے طور پر 10X لینز 1 µm چیز کو 10 µm بڑا دکھا سکتا ہے۔ خوردبین کی کل میگنیفیکیشن تمام لینز کی میگنیفیکیشن کو ضرب دے کر معلوم کی جاتی ہے۔ ریزولوشن سے مراد خوردبین کی کسی چیز پر قریب قریب دو نقطوں میں فرق کرنے کی صلاحیت ہے۔ ریزولوشن جتنی بہتر ہوگی تفصیل اتنی ہی باریک دیکھی جا سکے گی۔ انسانی ننگی آنکھ کی ریزولوشن تقریباً 0.1 mm ہے۔ اس کے برعکس لائٹ خوردبین تقریباً 250 nm تک کی تفصیل دیکھ سکتی ہے۔
لائٹ خوردبینی۔ لائٹ خوردبین میں چیز کی تصویر بنانے کے لیے روشنی استعمال ہوتی ہے۔ روشنی چیز سے گزر کر دو شیشے کے لینز سے گزرتی ہے۔ ایک لینز چیز کی بڑی تصویر بناتا ہے اور دوسرا لینز تصویر کو مزید بڑا کرتا ہے۔ چیز اور لینز سے گزرنے کے بعد روشنی دیکھنے والے کی آنکھ میں چیز کی بڑی واضح تصویر بناتی ہے۔ لائٹ خوردبین کی میگنیفیکیشن 1500X ہے — یعنی یہ چیزوں کو تقریباً 1500 گنا بڑا کر سکتی ہے۔ اس کی ریزولونگ پاور 0.2 مائیکرومیٹر (µm) ہے اور 1 µm = 1/1000 mm ہے۔ دوسرے لفظوں میں لائٹ خوردبین 0.2 µm سے چھوٹی چیزوں میں فرق نہیں کر سکتی۔ لائٹ خوردبینیں زندہ جانداروں کو دیکھنے کے لیے فائدہ مند ہیں، لیکن چونکہ انفرادی خلیات عام طور پر شفاف ہوتے ہیں، اس لیے ان کے اجزا اس وقت تک الگ نظر نہیں آتے جب تک انہیں خاص رنگوں (رنگین کیمیکلز) سے رنگا نہ جائے۔ تاہم رنگنے سے عام طور پر خلیات مر جاتے ہیں۔
الیکٹران خوردبینی۔ الیکٹران خوردبین میں الیکٹرانوں کی بیم چیز سے گزرتی ہے۔ مقناطیسی لینز الیکٹران بیم کو اسکرین یا فوٹوگرافک فلم پر مرکوز کرتے ہیں اور بہت بڑی تصویر بناتے ہیں۔ اس کی ریزولونگ پاور لائٹ خوردبین سے بہت زیادہ ہے — یہ 0.2 نینومیٹر (nm) تک چھوٹی چیزیں واضح دکھا سکتی ہے اور 1 nm = 1/1,000,000 mm ہے۔ تاہم نمونوں کی تیاری کے طریقوں کی وجہ سے الیکٹران خوردبین سے زندہ مادہ نہیں دیکھا جا سکتا۔ ماہرین حیاتیات دو قسم کی الیکٹران خوردبینیں استعمال کرتے ہیں۔ ٹرانسمیشن الیکٹران خوردبین (TEM) خلیے کی اندرونی ساخت دیکھنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ TEM بہت پتلی نمونے سے الیکٹران بیم گزارتی ہے اور چیزوں کو 250,000 گنا تک بڑا کر سکتی ہے۔ اسکیننگ الیکٹران خوردبین (SEM) خلیات یا کسی بھی چیز کی سطحوں کی تفصیل دیکھنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ سطحوں پر دھات کی تہہ چڑھائی جاتی ہے۔ جب الیکٹران بیم دھات سے ٹکراتی ہے تو وہ منعکس ہو کر بڑی تصویر بناتی ہے۔ SEM چیزوں کو 100,000 گنا تک بڑا کر سکتی ہے۔
| لائٹ خوردبین | الیکٹران خوردبین | |
|---|---|---|
| روشنی کا ذریعہ | روشنی (تقریباً 400–700 nm) | الیکٹران بیم (تقریباً 1 nm) |
| میگنیفیکیشن | کم (عام طور پر 500X سے 1500X) | زیادہ (براہ راست 16000X؛ فوٹوگرافک 1000000X) |
| ریزولوشن | کم (0.2 µm تک) | زیادہ (0.2 nm تک) |
| نمونہ | زندہ اور مردہ دونوں نمونے دیکھے جا سکتے ہیں | صرف مردہ اور خشک نمونے دیکھے جا سکتے ہیں |
| تیاری کا وقت | چند منٹ یا ایک گھنٹہ | کئی دن |
| تصویر | آکولر لینز سے دیکھی جاتی ہے؛ اسکرین کی ضرورت نہیں | زنک سلفیٹ فلوریسنٹ اسکرین پر ملتی ہے |
You know that there are two basic types of cells i.e., prokaryotic and eukaryotic. All bacteria are prokaryotes. Yeast and Euglena are examples of unicellular eukaryotes. Plants and animals are examples of multicellular eukaryotes. Eukaryotic cells are more complex than the prokaryotic cells. In the following paragraphs we will study the structures present in cells and their functions.
Cell Wall. The cell wall is a more or less solid layer surrounding a cell. It is found in bacteria, fungi, plants, and algae. When a cell wall is removed using cell wall degrading enzymes, the remaining components of the cell are called a protoplast. The primary wall is the actual cell wall of a cell. It is composed of polysaccharides i.e. cellulose, hemicellulose and pectin. The cellulose microfibrils are aligned at all angles and are held together by hydrogen bonds. Many proteins are also present in primary walls. The middle lamella is a gelatinous layer that separates and holds the primary walls of the neighbouring cells. It is laid first, formed from the cell plate during cytokinesis, and the primary cell wall is then expanded inside the middle lamella. It contains magnesium and calcium pectates (salts of pectic acid). In some plant cells, after maturation, a secondary wall is made between the protoplast and the primary wall. Secondary cell walls contain lignin, cellulose and hemicellulose. Due to the presence of lignin, the secondary wall is more rigid than the primary wall.
Plasmodesmata (singular: plasmodesma) are small channels that directly connect the cytoplasm of neighbouring plant cells to each other. Plasmodesmata penetrate both the primary and secondary cell walls. They allow certain molecules to pass directly from one cell to another. So, they are important in cellular communication. Plasmodesmata are formed during cell division when parts of the endoplasmic reticulum of the parent cell get trapped in the new cell wall. Plasmodesmata have caused debate among scientists regarding cell theory — some scientists suggest that the cells of higher plants are not really cells since they are not physically separated or independent from one another.
Cell walls have a number of functions: they provide rigidity to the cell for structural and mechanical support; maintain cell shape and the direction of cell growth and ultimately the architecture of the plant; the cell wall also prevents expansion when water enters the cell; cell walls protect against pathogens and the environment; and they are a store of carbohydrates for the plant.
The composition of the cell wall differs by group: the cell wall of algae contains cellulose and a variety of glycoproteins; the cell wall of fungi is composed of chitin, the same carbohydrate that gives strength to the exoskeletons of insects; the cell wall of prokaryotes (bacteria and cyanobacteria) is composed of peptidoglycan, a single large polymer of amino acids and sugar; the cell wall of archaebacteria is composed of different polysaccharides and proteins, with no peptidoglycan. The group of algae called diatoms synthesize their cell walls from silicic acid. The acid is polymerized inside cells, then the wall is extruded to protect the cell. The synthesis of silica cell walls requires less energy — that is why there are higher growth rates in diatoms.
Plasma Membrane. All prokaryotic and eukaryotic cells have a plasma membrane that encloses their contents and serves as a semi-porous barrier to the outside environment.
Structure of the plasma membrane. The fluid mosaic model is a widely accepted concept that describes the dynamic nature of the plasma membrane. It was proposed by two American biologists, S.J. Singer and Garth Nicolson, in 1972. According to the fluid mosaic model, the basic foundation of the plasma membrane is a lipid bilayer made of phospholipids. A collection of proteins float within the lipid bilayer.
The phospholipids have a phosphate group at one end of each molecule. Phospholipids are characteristically hydrophilic (water-loving) at their phosphate ends and hydrophobic (water-fearing) along their tail regions containing C–H chains. In the lipid bilayer of the plasma membrane, the hydrophobic lipid tails are oriented inwards and the hydrophilic phosphate groups are aligned outwards, either toward the cytoplasm of the cell or the extracellular environment. The interior of the lipid bilayer sheet is hydrophobic — it repels water-soluble molecules that attempt to pass through it. If a cell was fully encased in pure lipid bilayer, it would be completely impermeable to water-soluble molecules e.g., sugars and polar amino acids. That is why, in addition to phospholipid molecules, the membranes also contain proteins that provide passageways across the membrane.
In eukaryotes, plasma membranes have cholesterol molecules wedged into the phospholipid bilayer. They keep the fluidity of the membrane at low temperatures. Many proteins float within the phospholipid bilayer of the plasma membrane. Some other proteins simply adhere to the surfaces of the bilayer. The positioning of proteins is related to the organization of the cytoskeleton. Plasma membrane proteins function in several different ways: (1) Many proteins play a role in the selective transport of certain substances across the phospholipid bilayer, either acting as channels or active transport molecules. (2) Some proteins help in attachment of the plasma membrane to the cytoskeleton and external fibres. (3) Some proteins, on the exterior surface, attach with sugars and make identification marks. (4) Other proteins function as receptors, which bind messenger molecules (e.g., hormones) and transmit signals to the interior of the cell. (5) Some proteins also exhibit enzymatic activity, catalysing various reactions related to the plasma membrane.
The outside surface of the plasma membrane has chains of sugars bonded to proteins and lipids. A protein with attached sugar is called a glycoprotein, whereas a lipid with attached sugar is called a glycolipid. The glycoproteins and glycolipids vary from species to species, from individual to individual in the same species, and even from one cell type to another in the same individual. The glycolipids and glycoproteins (collectively called glycocalyx) function as cell identification marks that are recognized by other cells. The ability to distinguish among different cells is crucial to life — it allows cells in an embryo to sort themselves into tissues and organs, and it also helps cells of the immune system to recognize and reject foreign cells, e.g., infectious bacteria.
| Membrane | Protein (%) | Lipid (%) | Carbohydrate (%) |
|---|---|---|---|
| Human red blood cell | 49 | 43 | 8 |
| Mitochondria (outer membrane) | 52 | 48 | 0 |
| Mitochondria (inner membrane) | 76 | 24 | 0 |
| Bacteria | 75 | 25 | 0 |
Functions of the plasma membrane. Plasma membranes serve as semi-porous barriers to the outside environment. The membrane acts as a boundary, holding the cell constituents together. The plasma membrane is permeable to specific molecules, however, and allows nutrients and other essential elements to enter the cell and waste materials to leave the cell. Small molecules, such as oxygen, carbon dioxide, and water, are able to pass freely across the membrane, but the passage of larger molecules, such as amino acids and sugars, is carefully regulated. Eukaryotic cells also have membranes around some of their interior organelles. Like the exterior plasma membrane, these membranes also regulate the flow of materials into and out of organelles.
Techniques to study the structure of the plasma membrane: (1) Transmission Electron Microscopy can reveal detailed structures of the lipid bilayer and associated proteins. (2) Scanning Electron Microscopy is useful for examining the surface topology of cells and membranes. (3) Confocal Microscopy uses laser scanning and fluorescence to create sharp, detailed images of the cell membrane. (4) Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy is used for high-resolution images of the membrane and its interactions with the cytoskeleton and other cellular components. (5) Atomic Force Microscopy provides topographical images of the cell membrane at high resolution. (6) X-ray Crystallography is used to determine the atomic structure of membrane proteins. (7) Lipidomics involves the comprehensive analysis of lipids in the cell membrane using techniques like mass spectrometry. (8) Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) is used to study the mobility and dynamics of membrane proteins and lipids — it involves bleaching a fluorescently labelled region of the membrane with a laser and observing the recovery as unbleached molecules move into the area.
Cytoplasm and Organelles. You know that a cell consists of three major components i.e., plasma membrane, cytoplasm and nucleus. The cytoplasm is a semi-viscous and semi-transparent substance. In eukaryotic cells, it is present between the plasma membrane and the nuclear envelope. In prokaryotic cells, it covers all the space beneath the plasma membrane. It consists of an aqueous ground substance, known as cytosol, which contains a variety of organelles and other inclusions. Cytosol contains water in which many organic (proteins, carbohydrates, lipids) and inorganic salts are completely or partially dissolved. The cytoplasm of the cell provides space for the proper functioning of the organelles and also acts as the site for various biochemical (metabolic) reactions, for example Glycolysis (breakdown of glucose during aerobic respiration). The cytoplasm contains discrete structures which are specific for various cellular functions and are called cell organelles. The organelles are generally enclosed by a membrane except a few such as the ribosome.
1 — Nucleus. A prominent nucleus is present in all eukaryotic cells (at the centre in animal cells while pushed to the side in plant cells). The spherical nucleus typically occupies about 10 percent of a eukaryotic cell's volume. It serves as the information processing and administrative centre of the cell. It performs two major functions: it stores the cell's hereditary material (DNA) and coordinates the cell's activities e.g., growth, protein synthesis and cell division. The semifluid matrix found inside the nucleus is called nucleoplasm. Within the nucleoplasm, most of the nuclear material consists of chromatin that organizes to form chromosomes during cell division. The nucleus also contains one or more nucleoli, which synthesize ribosomes. Building blocks of DNA and RNA and ATPs are allowed to enter into the nucleus. Ribosomal subunits which are built in nucleoli are examples of materials that are allowed to leave the nucleus and enter the cytoplasm.
The Nuclear Envelope and Nuclear Pores. The nuclear envelope is a double-layered membrane that encloses the contents of the nucleus during most of the cell's lifecycle. The space between the double layers is called the perinuclear space and is connected with the rough endoplasmic reticulum. During cell division, the nuclear envelope disintegrates, but reforms in the daughter cells. On the inner side of the nuclear envelope, there is a protein lining, called the nuclear lamina, which binds to chromatin to give it structural support. The nuclear envelope has tiny holes known as nuclear pores. These pores regulate the passage of molecules between the nucleus and cytoplasm. Nuclear pores are permeable to small molecules. Some larger proteins, e.g., histones, are also allowed to enter into the nucleus. A nuclear pore is made of an elaborate structure called the nuclear pore complex, composed of several subunits: the annular subunit (surrounding the inside of the pore), the column subunit (making the wall of the complex), the ring subunit (attached to the outer side of the column subunit), and the lumenal subunit (anchoring the pore complex into the nuclear envelope). Tiny fibrils usually extend from the complex and make a basket-like structure on the nuclear side of the complex.
Nucleolus. The nucleolus is a prominent darkly stained structure in the nucleoplasm. There may be one or two nucleoli in a nucleus. Nucleoli manufacture the subunits that combine to form ribosomes. Nucleoli are formed at certain sites in a chromosome called Nucleolus Organizer Regions (NORs). The DNA found at NORs encodes the ribosomal RNA (rRNA). The nucleolus consists of granular and fibrillar components, and DNA. The granules consist of ribosomal subunits that have already been formed. The fibrils are composed of the raw materials of ribosome subunits i.e., rRNA molecules and associated proteins. In cells that produce large amounts of protein, and thus require significant numbers of ribosomes, the size of the nucleolus is considerable. At the onset of mitosis, the single nucleolus present in a cell disappears, and after division a new nucleolus is formed from the NORs.
Chromatin and Chromosomes. The nucleus contains string-like fibres, collectively called chromatin. It is composed of DNA and proteins. The structure of chromatin reveals that it is made of a series of bead-like structures, called nucleosomes. In a nucleosome, a DNA strand wraps around groups of small proteins called histones. During interphase (when the cell is carrying out its normal functions), the chromatin is dispersed throughout the nucleus in the form of a tangle of fibres. When the cell begins to divide, all chromatin strands are compressed into specialized structures, the chromosomes. A chromosome is made of arms, called chromatids, and a central point, called the centromere. Inside the nucleus of every human cell, there is a 6 feet long DNA, subdivided into 46 individual molecules (each 1.5 inches long), one for each chromosome. There are two types of chromatin: Euchromatin is the genetically active chromatin involved in transcribing RNA to produce proteins, while heterochromatin is genetically inactive. The number of chromosomes within the nuclei of an organism's cells is species-specific. Human diploid cells (those that are not gametes) have 46 chromosomes. The chromosome number may be as low as 2, as in some ants and roundworms, or more than a thousand, as in the Indian fern (Ophioglossum reticulatum), which has 1,260 chromosomes. This means that the number of chromosomes in a species does not correlate to the complexity of the organism.
2 — Endoplasmic Reticulum (ER). It is a network of flattened sacs and branching tubules that extends throughout the cytoplasm in plant and animal cells. These sacs and tubules are called cisternae (singular: cisterna). Due to their physical membranous connection, the lumen of the endoplasmic reticulum and the space between the layers of the nuclear envelope comprise a single compartment. This close association enables the ER and the nucleus to share information in a very efficient manner. All cisternae are interconnected so that the ER has only one large and highly convoluted lumen, called the cisternal space. It takes up more than 10 percent of the total volume of a cell. The cisternae are also connected to the double-layered nuclear envelope. So, the ER provides a pipeline between the nucleus and cytoplasm. The ER manufactures, processes, and transports a wide variety of biochemical compounds for use inside and outside of the cell. There are two kinds of endoplasmic reticulum: rough and smooth. The surface of rough endoplasmic reticulum (RER) is covered with ribosomes, giving it a bumpy appearance when viewed through the microscope. This type of endoplasmic reticulum is involved mainly in the production and processing of proteins. During processing of proteins, RER adds other chemicals (e.g., sugars) to proteins. Then RER transports the processed proteins to areas of the cell where they are needed, or sends them to the Golgi apparatus for further processing and modification. The surface of smooth endoplasmic reticulum (SER) lacks ribosomes, so it appears more even under the microscope. In most cells, it is much less extensive than the rough endoplasmic reticulum. Smooth endoplasmic reticulum is chiefly involved in the production of lipids, building blocks for carbohydrate metabolism, and the detoxification of drugs and poisons. Smooth endoplasmic reticulum also plays a role in various cellular activities by storing calcium and doing calcium metabolism. In muscle cells, smooth endoplasmic reticulum releases calcium to trigger muscle contractions. SER is much more extensive in the cells which do a lot of lipid and carbohydrate metabolism (brain and muscle) or detoxification (liver).
3 — Ribosomes. All living cells contain ribosomes that are tiny granular structures composed of approximately 60 percent ribosomal RNA (rRNA) and 40 percent protein. Ribosomes are not bound by a membrane and are much smaller than other organelles. In eukaryotic cells, ribosomes are mainly found attached to the rough endoplasmic reticulum and some are scattered freely. In prokaryotic cells, all ribosomes are freely scattered in the cytoplasm. Ribosomes serve as the protein production machinery for the cell. They are most abundant in cells that are active in protein synthesis, such as pancreas and brain cells. A typical cell contains several thousand ribosomes but some cell types may have a few million ribosomes. Eukaryote ribosomes are produced and assembled in the nucleolus. Ribosomal proteins enter the nucleolus and combine with rRNA strands to create the two ribosomal subunits (one small and one large). The ribosome subunits leave the nucleus through the nuclear pores. In the cytoplasm, both subunits combine for the purpose of protein synthesis. When protein synthesis is not being done, the two subunits get separated. In addition to the most familiar cellular locations of ribosomes, they can also be found inside mitochondria and the chloroplasts of plants. These ribosomes notably differ in size and makeup from the ribosomes found in cytoplasm, and are more like those present in prokaryotes. Protein synthesis requires the assistance of two other kinds of RNA molecules in addition to rRNA: Messenger RNA (mRNA) provides the instructions, which it has taken from the DNA, and Transfer RNA (tRNA) brings amino acids to the ribosome. Once the chain of amino acids has been synthesized, the ribosome releases it. The proteins synthesized by free ribosomes are for the cell's own internal use, while the proteins produced by the ribosomes bound to RER are transported outside of the cell. The subunits of a ribosome are described by their Svedberg (S) values, which are based upon their rate of sedimentation in a centrifuge. The complete ribosome in a eukaryotic cell has a Svedberg value of 80S — the smaller subunit has a value of 40S while the larger subunit has 60S. Prokaryotic cells, on the other hand, contain 70S ribosomes, each of which consists of a 30S and a 50S subunit. The Svedberg values are not additive — the values of the two subunits of a ribosome do not add up to the Svedberg value of the complete ribosome, because the rate of sedimentation of a molecule depends upon its size and shape, rather than simply its molecular weight.
4 — Mitochondria (singular: mitochondrion) are rod-shaped organelles that are considered the power generators of the cell. A mitochondrion is bounded by two membranes. There is a narrow intermembrane space between the two membranes. Beneath the inner membrane, there is a larger internal matrix. The outer membrane is smooth and acts like a sieve, filtering out molecules that are too big. The inner membrane is highly convoluted and forms many infoldings called cristae which increase the surface area. The inner surface of the cristae has knob-like extensions into the matrix, known as F-1 particles — these particles are actually the enzymes called ATP-synthase. Other complexes are also found in the inner mitochondrial membrane, which serve as electron carriers in the electron transport chain. Mitochondria are different from most other organelles: a mitochondrion has its own circular DNA (similar to the DNA of prokaryotes), all kinds of RNA and 70S ribosomes, and a mitochondrion can replicate independently of the cell. Scientists hypothesize about the origin of mitochondria: millions of years ago small, free-living prokaryotes were engulfed, but not consumed, by larger prokaryotes. The two organisms developed a symbiotic relationship over time, the larger organism providing the smaller with ample nutrients and the smaller organism providing ATP molecules to the larger one. Mitochondria are the sites of cellular respiration. They generate adenosine triphosphate (ATP) from oxygen and nutrients. ATP is the chemical energy "currency" of the cell that powers the cell's metabolic activities. Enzymes in the matrix catalyse some of the steps of cellular respiration like the Krebs cycle. Other proteins that function in the electron transport chain are bound on the inner membrane. The number of mitochondria present in a cell depends upon the metabolic requirements of that cell, and may range from one to thousands. Mitochondria are found in nearly all eukaryotes, including plants, animals, fungi, and protists, and are large enough to be observed with a light microscope.
5 — Chloroplasts. One of the most important characteristics of plants is their ability to conduct photosynthesis i.e., to make their own food by converting light energy into chemical energy. This process occurs in almost all plant species and is carried out in specialized organelles known as chloroplasts. All of the green structures in plants, including stems and unripened fruit, contain chloroplasts, but the majority of photosynthetic activity in most plants occurs in the leaves. On the average, the chloroplast density on the surface of a leaf is about one-half million per square millimetre. Chloroplasts contain the pigments chlorophyll "a" and chlorophyll "b", which are able to absorb the light energy needed for photosynthesis to occur. The ellipsoid-shaped chloroplast is enclosed by two membranes and the area between the two membranes is called the intermembrane space. A semi-fluid called stroma is present inside the inner membrane. It contains dissolved enzymes and comprises most of the chloroplast's volume. The outer membrane is much more permeable than the inner layer. The inner membranes lie in close association with one another and fuse along their peripheries. In this way, two adjacent membranes form a disk-shaped compartment called a thylakoid. Many thylakoids form stacks called grana (singular: granum). The lamellae are the non-green compartments that connect two grana. Each granum may contain a few to several thylakoids, and a chloroplast may contain a hundred or more grana. Like the mitochondrion, the chloroplast is different from most other organelles because it has its own DNA and reproduces independently of the cell in which it is found. Light is absorbed by chlorophyll molecules embedded in the thylakoid disks. When these chlorophyll molecules absorb light, they emit electrons and thus ATPs are formed. Using these ATPs, in the stroma, low-energy carbon dioxide is transformed into a high-energy compound like glucose. Cells of plants and many protists have three types of plastids i.e., chloroplasts, chromoplasts and leucoplasts. The colourless leucoplasts are involved in storage, and yellow-to-red coloured chromoplasts give colours to plant parts. Mitochondria are similar to chloroplasts: both organelles convert energy for the cell. Mitochondria perform aerobic respiration, generating chemical energy in the form of ATP by metabolizing sugars, fats and other chemical fuels with the assistance of oxygen. Chloroplasts perform photosynthesis, converting energy from the sun into the biosynthesis of organic nutrients using carbon dioxide and water. Like mitochondria, chloroplasts also contain their own DNA and are able to grow and reproduce independently of the cell.
6 — Golgi Apparatus. The Golgi apparatus consists of five to eight cup-shaped, membrane-covered sacs called cisternae, that are stacked over each other. It is found in the cells of plant, animal and unicellular eukaryotes. In some unicellular flagellates, the Golgi apparatus may consist of 60 cisternae. Similarly, the number of Golgi apparatuses in a cell varies according to its function. Animal cells generally contain between ten and twenty Golgi stacks in their Golgi apparatus. This complex is usually located close to the nucleus. Golgi apparatus was discovered by Camillo Golgi: he was investigating the nervous system by using a new staining technique (known as Golgi staining), observed a structure inside cells and named it as reticular apparatus, and publicly announced his discovery in 1898. The structure was named after him as the Golgi apparatus. Many scientists did not believe that what Golgi observed was a real organelle and instead argued that the apparent body was a visual distortion caused by staining. The invention of the electron microscope in the twentieth century finally confirmed that the Golgi apparatus is a cellular organelle. Each Golgi stack has two distinct faces: the 'cis' face is found near the endoplasmic reticulum, while the 'trans' face is positioned near the plasma membrane. The Golgi apparatus is the distribution and shipping department for the cell's chemical products. It modifies proteins and lipids that have been built in the endoplasmic reticulum and prepares them for export outside the cell or for transport to other locations in the cell. Small vesicles that contain proteins, carbohydrates, phospholipids and other molecules bud off from the ER. These vesicles move through the cytoplasm until they reach the 'cis' face of the Golgi apparatus. The vesicles fuse with the Golgi apparatus and release their molecules into it. Here, the compounds are further processed. Enzymes present in the Golgi lumen convert them into glycoproteins and glycolipids. The product is extruded from the 'trans' face of the Golgi apparatus in a vesicle and directed to its final destination inside or outside the cell. The exported products are known as secretions. Other products are returned to the endoplasmic reticulum or may undergo maturation to become lysosomes. In addition, the Golgi apparatus in plant cells produces pectin and other polysaccharides specifically needed for plant structure and metabolism.
7 — Lysosomes. Lysosomes are spherical organelles bounded by a single membrane. They serve as digestive compartments of the cell. Lysosomes are found in most eukaryotic cells. In animals, they are most numerous in disease-fighting cells, such as white blood cells — because white blood cells must digest materials like bacteria, viruses, and other foreign intruders. Lysosomes were discovered by a Belgian scientist, Christian René de Duve, who also discovered peroxisomes. He was investigating carbohydrate metabolism in liver cells and observed that when cells are damaged in the centrifuge, they release acid phosphatase. He suggested that this digestive enzyme was encased in some membrane bounded organelle within the cell, which he named as lysosome. Lysosomes are also involved in breaking down cellular materials that have exceeded their lifetime or are no longer useful — in this regard, the lysosomes perform autophagy. They break down cellular waste products, fats, carbohydrates, proteins, and other macromolecules into simple compounds, which are then transferred back into the cytoplasm for making new materials. Lysosomes have about 40 different hydrolytic enzymes, all of which are manufactured in the endoplasmic reticulum and modified in the Golgi apparatus. The membrane covering of the lysosomes protects the rest of the cell from the harsh digestive enzymes contained in the lysosomes, which would otherwise cause significant damage. The cell is safe from the enzymes of lysosomes: these enzymes require an acidic environment (of pH of about 4.8). The lysosomal matrix is acidic but the cytosol is a neutral environment, so even if a lysosome is ruptured, its digestive enzymes become inactive and the cell remains uninjured. In lysosomal storage diseases the patient lacks one of the hydrolytic enzymes of lysosomes. The abnormal lysosome fills with indigestible substances, which interfere with cellular functions. For example, in Pompe's disease the lysosome lacks a glycogen-digesting enzyme, so harmful amounts of glycogen accumulate in liver cells. In Tay-Sachs disease an essential lipid-digesting enzyme is missing; accumulation of these lipids in the nerve cells of the brain damages the nervous system, causes mental retardation, and death in early childhood. Lysosomes also function in the elimination of whole cells: selective cell death is a mechanism used by multicellular organisms in their development. For example, when a tadpole develops into a frog, the cells of the tail are destroyed by the enzymes of lysosomes. Many cells in your brain die during development — this directed suicide is accomplished by the rupture of the lysosomes within the cells that are being eliminated.
8 — Peroxisomes. Peroxisomes are single membrane bounded organelles in all eukaryotic cells. These were discovered by Christian de Duve, who also discovered lysosomes. Peroxisomes contain a variety of enzymes. Many of these enzymes are oxidative — they carry out oxidation i.e. the removal of electrons and hydrogens. These enzymes primarily function to rid the cell of toxic substances. Some peroxisomes, such as those in liver cells, detoxify alcohol and other harmful compounds by carrying out their oxidation. Some peroxisomes contain catalase enzymes, which break down hydrogen peroxide (a common by-product of cellular metabolism) into water and oxygen: 2H2O2 → 2H2O + O2. Defects in peroxisomes cause a number of metabolic disorders. The most serious of these disorders is Zellweger syndrome, which is characterized by absence or reduced number of peroxisomes in the cells. It is a congenital disorder (present at birth) and has no cure or effective treatment and usually causes death within the first year of life.
9 — Glyoxysomes. Glyoxysomes are similar to peroxisomes but are found only in plant cells. These organelles contain enzymes that convert lipids into carbohydrates. They are most abundant in the cells of lipid-rich seeds (e.g. castor beans and soyabeans). During germination, these organelles convert stored lipids into carbohydrates that provide energy for seed germination.
10 — Vacuoles. These are membrane-bounded sacs. Vacuoles function in several ways. For example, in mature plant cells, a single large vacuole provides structural support, as well as serves functions in storage, waste disposal, protection, and growth. Vacuoles in animal cells, however, are much smaller, and are more commonly used to temporarily store materials or to transport substances. Vacuoles are fluid filled single-membrane bounded organelles. Cells have many small vacuoles in their cytoplasm. However, when a plant cell matures its small vacuoles fuse to form a single large vacuole. Many plant cells have a large, single central vacuole. This large vacuole slowly develops by fusion of smaller vacuoles. It takes up most of the space in the cell (80 percent or more). The vacuole in plant cells is enclosed by a membrane called the tonoplast. The material inside the vacuole is called cell sap, which differs markedly from the surrounding cytoplasm. The central vacuole in plant cells plays an important structural role for the plant. This role of the vacuole is related to its ability to control turgor pressure. Turgor pressure makes the rigidity of the cell. Under optimum conditions, a plant receives adequate amounts of water and the central vacuoles of its cells swell as the liquid collects within them. It creates a high turgor pressure, which helps maintain the structural integrity of the plant, along with the support from the cell wall. Vacuoles also often store the pigments that give certain flowers their colours, which aid them in the attraction of bees and other pollinators. Vacuoles also release molecules that are poisonous to various insects and animals, thus discouraging them from consuming the plant. Several materials commonly stored in plant vacuoles have been found to be useful for humans, such as opium, rubber, and garlic flavouring.
11 — Centrioles. In the cells of animals and most protists, centrioles are organelles associated with the assembly and organization of the fibres of the cytoskeleton i.e., microtubules (including spindle fibres). Centrioles are hollow and cylindrical organelles. A centriole is made of nine triplets of microtubules. In eukaryotic cells centrioles occur in pairs. The two centrioles are located at right angles to one another near the nuclear envelope. In ciliated or flagellated cells centrioles are involved in the formation of cilia and flagella. Each cilium and flagellum is anchored by a centriole, known as the basal body. The cells of plants and fungi lack centrioles and basal bodies, and their microtubules and spindle fibres are organized from structures of the cytoplasm.
12 — Cytoskeleton. It is a network of protein fibres present in the cytoplasm. It includes the following types of fibres: (1) Microfilaments: These are present in all eukaryotic cells. Microfilaments are solid rods made of a globular protein, called actin. Microfilaments disassemble and re-assemble and help the cells to change shape and move. Microfilaments also enable a dividing cell to pinch off into two cells. In association with myosin, microfilaments help in cellular contraction. (2) Microtubules: These straight, hollow cylinders are composed of subunits. Each subunit is made of two different tubulin proteins known as alpha-tubulin and beta-tubulin. Microtubules give structure and shape to a cell. They also serve as highways for the transport of organelles. Moreover, microtubules are the major components of cilia and flagella, and participate in the formation of spindle fibres during cell division. (3) Intermediate filaments: These are found only in some higher animal groups. They are made of different proteins but the most common type of protein subunit is vimentin. Some cells may have intermediate filaments made of other proteins. For example, skin cells contain a protein called keratin. Intermediate filaments maintain cell shape and rigidity, and serve to anchor several organelles, including the nucleus.
13 — Cilia and Flagella. A cilium (plural: cilia) and a flagellum (plural: flagella) are the locomotor appendages that protrude from certain cells. They are thin, tail-like projections extending from the cell body. Cilia are short in length and are usually numerous in number, while flagella are longer but less numerous in number. Cilia are rare in plants. Many protozoans (ciliates) possess cilia. Larger eukaryotes such as mammals have cilia on some cells' surfaces. For example, in humans, cilia are found in the lining of the trachea where they sweep mucus and dirt out of the breathing tubes. The core of eukaryotic cilia and flagella is called the axoneme. It contains two central microtubules that are surrounded by an outer ring of nine doublet microtubules. Dynein molecules are located around the circumference of the axoneme. These dynein molecules bridge the gaps between adjacent microtubule doublets. Biologists refer to this organization as a "9 + 2" structure. A plasma membrane surrounds the entire axoneme. At the base of the cilium its organising centre, called the basal body, is present. The basal body has the same basic structure of the outer ring of the axoneme, but each of the nine sets of outer filaments is composed of three microtubules, rather than a doublet of microtubules. The basal body is actually the centriole. Prokaryotic flagella have a completely different structure built from the protein flagellin.
آپ جانتے ہیں کہ خلیات کی دو بنیادی اقسام ہیں یعنی پروکیریوٹک اور یوکیریوٹک۔ تمام بیکٹیریا پروکیریوٹس ہیں۔ خمیر اور یوگلینا یک خلوی یوکیریوٹس کی مثالیں ہیں۔ پودے اور جانور کثیر خلوی یوکیریوٹس کی مثالیں ہیں۔ یوکیریوٹک خلیات پروکیریوٹک خلیات سے زیادہ پیچیدہ ہوتے ہیں۔ درج ذیل پیراگرافوں میں ہم خلیات میں موجود ساختوں اور ان کے کاموں کا مطالعہ کریں گے۔
سیل وال۔ سیل وال خلیے کے گرد ایک کم و بیش ٹھوس تہہ ہے۔ یہ بیکٹیریا، فنجائی، پودوں اور الجی میں پائی جاتی ہے۔ جب سیل وال کو ختم کرنے والے انزائمز سے سیل وال ہٹائی جائے تو خلیے کے باقی اجزا کو پروٹوپلاسٹ کہتے ہیں۔ پرائمری وال خلیے کی اصل سیل وال ہے۔ یہ پولی سیکرائیڈز یعنی سیلولوز، ہیمی سیلولوز اور پیکٹن سے بنی ہے۔ سیلولوز مائیکروفائبرلز ہر زاویے پر ترتیب پاتے ہیں اور ہائیڈروجن بانڈز سے جڑے ہوتے ہیں۔ پرائمری والز میں بہت سی پروٹینز بھی موجود ہوتی ہیں۔ مڈل لیمیلا ایک جیلی نما تہہ ہے جو پڑوسی خلیات کی پرائمری والز کو الگ کرتی اور جوڑے رکھتی ہے۔ یہ سب سے پہلے بنتی ہے، سائٹوکائنیسس کے دوران سیل پلیٹ سے بنتی ہے، اور پرائمری سیل وال پھر اس کے اندر پھیلتی ہے۔ اس میں میگنیشیم اور کیلشیم پیکٹیٹس (پیکٹک ایسڈ کے نمکیات) ہوتے ہیں۔ بعض پودوں کے خلیات میں پختگی کے بعد پروٹوپلاسٹ اور پرائمری وال کے درمیان سیکنڈری وال بنتی ہے۔ سیکنڈری سیل والز میں لگنن، سیلولوز اور ہیمی سیلولوز ہوتے ہیں۔ لگنن کی وجہ سے سیکنڈری وال پرائمری وال سے زیادہ سخت ہوتی ہے۔
پلازموڈیزماٹا (واحد: پلازموڈیزما) چھوٹی نالیاں ہیں جو پڑوسی پودوں کے خلیات کے سائٹوپلازم کو براہ راست ایک دوسرے سے جوڑتی ہیں۔ پلازموڈیزماٹا پرائمری اور سیکنڈری دونوں سیل والز میں سے گزرتی ہیں۔ یہ بعض مالیکیولز کو ایک خلیے سے دوسرے خلیے میں براہ راست جانے دیتی ہیں۔ اس لیے یہ خلوی رابطے میں اہم ہیں۔ پلازموڈیزماٹا خلیے کی تقسیم کے دوران بنتی ہیں جب والد خلیے کے اینڈوپلازمک ریٹیکولم کے حصے نئی سیل وال میں پھنس جاتے ہیں۔ پلازموڈیزماٹا نے سیل تھیوری کے بارے میں سائنسدانوں میں بحث پیدا کی ہے — بعض سائنسدانوں کا خیال ہے کہ اعلیٰ پودوں کے خلیات دراصل خلیات نہیں ہیں کیونکہ وہ جسمانی طور پر الگ یا آزاد نہیں ہیں۔
سیل والز کے کئی کام ہیں: وہ خلیے کو ساختی اور میکانیکی سہارے کے لیے سختی دیتی ہیں؛ خلیے کی شکل اور نشوونما کی سمت اور بالآخر پودے کی ساخت کو برقرار رکھتی ہیں؛ سیل وال پانی کے داخل ہونے پر پھیلاؤ کو بھی روکتی ہے؛ سیل والز پیتھوجنز اور ماحول سے تحفظ دیتی ہیں؛ اور وہ پودے کے لیے کاربوہائیڈریٹس کا ذخیرہ ہیں۔
سیل وال کی ترکیب گروہ کے لحاظ سے مختلف ہے: الجی کی سیل وال میں سیلولوز اور مختلف گلائیکوپروٹینز ہوتی ہیں؛ فنجائی کی سیل وال کائٹن سے بنی ہے، وہی کاربوہائیڈریٹ جو حشرات کے بیرونی ڈھانچے کو مضبوطی دیتا ہے؛ پروکیریوٹس (بیکٹیریا اور سائینوبیکٹیریا) کی سیل وال پیپٹیڈوگلائکن سے بنی ہے، جو امینو ایسڈز اور شکر کا ایک بڑا پولیمر ہے؛ آرکی بیکٹیریا کی سیل وال مختلف پولی سیکرائیڈز اور پروٹینز سے بنی ہے جس میں پیپٹیڈوگلائکن نہیں ہوتا۔ الجی کے گروہ ڈائیٹمز اپنی سیل والز سلیسک ایسڈ سے بناتے ہیں۔ ایسڈ خلیات کے اندر پولیمر بنتا ہے، پھر وال خلیے کی حفاظت کے لیے باہر نکالی جاتی ہے۔ سلیکا سیل والز کی ترکیب میں کم توانائی لگتی ہے — اسی لیے ڈائیٹمز میں نشوونما کی شرح زیادہ ہوتی ہے۔
پلازما ممبرین۔ تمام پروکیریوٹک اور یوکیریوٹک خلیات میں ایک پلازما ممبرین ہوتی ہے جو ان کے مواد کو گھیرے رکھتی ہے اور باہر کے ماحول کے لیے نیم نفوذ پذیر رکاوٹ کا کام کرتی ہے۔
پلازما ممبرین کی ساخت۔ فلوئڈ موزیک ماڈل ایک وسیع پیمانے پر قبول شدہ تصور ہے جو پلازما ممبرین کی متحرک نوعیت کو بیان کرتا ہے۔ یہ دو امریکی ماہرین حیاتیات ایس جے سنگر اور گارتھ نکلسن نے 1972 میں پیش کیا۔ فلوئڈ موزیک ماڈل کے مطابق پلازما ممبرین کی بنیادی بنیاد لپڈ بائی لیئر ہے جو فاسفولپڈز سے بنی ہے۔ لپڈ بائی لیئر میں پروٹینز کا ایک مجموعہ تیرتا رہتا ہے۔
فاسفولپڈز کے ہر مالیکیول کے ایک سرے پر فاسفیٹ گروپ ہوتا ہے۔ فاسفولپڈز اپنے فاسفیٹ سروں پر ہائیڈروفیلک ("پانی پسند") اور اپنی دموں کے ساتھ جو C–H زنجیروں پر مشتمل ہوتی ہیں ہائیڈروفوبک ("پانی سے ڈرنے والے") ہوتے ہیں۔ پلازما ممبرین کی لپڈ بائی لیئر میں ہائیڈروفوبک لپڈ دمیں اندر کی طرف اور ہائیڈروفیلک فاسفیٹ گروپ باہر کی طرف ہوتے ہیں، یا تو خلیے کے سائٹوپلازم کی طرف یا بیرونی ماحول کی طرف۔ لپڈ بائی لیئر شیٹ کا اندرونی حصہ ہائیڈروفوبک ہے — یہ پانی میں حل پذیر مالیکیولز کو جو گزرنے کی کوشش کرتے ہیں دھکیل دیتا ہے۔ اگر کوئی خلیہ مکمل طور پر خالص لپڈ بائی لیئر میں بند ہو تو وہ پانی میں حل پذیر مالیکیولز جیسے شکر اور پولر امینو ایسڈز کے لیے مکمل طور پر ناقابل نفوذ ہوگا۔ اسی لیے فاسفولپڈ مالیکیولز کے علاوہ ممبرینز میں پروٹینز بھی ہوتی ہیں جو ممبرین کے پار گزرگاہیں فراہم کرتی ہیں۔
یوکیریوٹس میں پلازما ممبرینز میں کولیسٹرول کے مالیکیولز فاسفولپڈ بائی لیئر میں پھنسے ہوتے ہیں۔ یہ کم درجہ حرارت پر ممبرین کی روانی کو برقرار رکھتے ہیں۔ بہت سی پروٹینز پلازما ممبرین کی فاسفولپڈ بائی لیئر میں تیرتی ہیں۔ بعض دیگر پروٹینز بائی لیئر کی سطحوں سے چپکی ہوتی ہیں۔ پروٹینز کی پوزیشن سائٹوسکیلیٹن کی تنظیم سے متعلق ہوتی ہے۔ پلازما ممبرین پروٹینز کئی مختلف طریقوں سے کام کرتی ہیں: (1) بہت سی پروٹینز فاسفولپڈ بائی لیئر کے پار بعض مادوں کی منتخب نقل و حمل میں کردار ادا کرتی ہیں، یا تو چینلز کے طور پر یا ایکٹو ٹرانسپورٹ مالیکیولز کے طور پر۔ (2) بعض پروٹینز پلازما ممبرین کو سائٹوسکیلیٹن اور بیرونی ریشوں سے جوڑنے میں مدد کرتی ہیں۔ (3) بعض پروٹینز بیرونی سطح پر شکر سے جڑ کر شناختی نشانات بناتی ہیں۔ (4) دیگر پروٹینز ریسیپٹرز کے طور پر کام کرتی ہیں جو پیغام رساں مالیکیولز (جیسے ہارمونز) سے جڑتی ہیں اور خلیے کے اندر سگنل پہنچاتی ہیں۔ (5) بعض پروٹینز انزائمی سرگرمی بھی دکھاتی ہیں، پلازما ممبرین سے متعلق مختلف تعاملات کو تیز کرتی ہیں۔
پلازما ممبرین کی بیرونی سطح پر شکر کی زنجیریں پروٹینز اور لپڈز سے جڑی ہوتی ہیں۔ شکر سے جڑی پروٹین کو گلائیکوپروٹین کہتے ہیں جبکہ شکر سے جڑے لپڈ کو گلائیکولپڈ کہتے ہیں۔ گلائیکوپروٹینز اور گلائیکولپڈز نوع سے نوع، ایک ہی نوع میں فرد سے فرد، اور یہاں تک کہ ایک ہی فرد میں ایک خلیے کی قسم سے دوسری قسم میں مختلف ہوتے ہیں۔ گلائیکولپڈز اور گلائیکوپروٹینز (مجموعی طور پر گلائیکوکلیکس کہلاتے ہیں) خلیے کی شناختی نشانات کے طور پر کام کرتے ہیں جنہیں دوسرے خلیات پہچانتے ہیں۔ مختلف خلیات میں فرق کرنے کی صلاحیت زندگی کے لیے بہت اہم ہے — یہ جنین میں خلیات کو ٹشوز اور اعضا میں ترتیب دینے میں مدد دیتی ہے، اور مدافعتی نظام کے خلیات کو غیر ملکی خلیات جیسے متعدی بیکٹیریا کو پہچان کر مسترد کرنے میں بھی مدد دیتی ہے۔
| ممبرین | پروٹین (%) | لپڈ (%) | کاربوہائیڈریٹ (%) |
|---|---|---|---|
| انسانی سرخ خون کا خلیہ | 49 | 43 | 8 |
| مائٹوکونڈریا (بیرونی ممبرین) | 52 | 48 | 0 |
| مائٹوکونڈریا (اندرونی ممبرین) | 76 | 24 | 0 |
| بیکٹیریا | 75 | 25 | 0 |
پلازما ممبرین کے کام۔ پلازما ممبرینز باہر کے ماحول کے لیے نیم نفوذ پذیر رکاوٹوں کا کام کرتی ہیں۔ ممبرین ایک حد کے طور پر کام کرتی ہے جو خلیے کے اجزا کو اکٹھا رکھتی ہے۔ تاہم پلازما ممبرین مخصوص مالیکیولز کے لیے نفوذ پذیر ہے اور غذائی اجزا اور دیگر ضروری عناصر کو خلیے میں داخل ہونے اور فالتو مادوں کو خلیے سے نکلنے دیتی ہے۔ چھوٹے مالیکیولز جیسے آکسیجن، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور پانی ممبرین سے آزادانہ گزر سکتے ہیں، لیکن بڑے مالیکیولز جیسے امینو ایسڈز اور شکر کی گزرگاہ احتیاط سے کنٹرول کی جاتی ہے۔ یوکیریوٹک خلیات میں ان کے بعض اندرونی آرگنیلز کے گرد بھی ممبرینز ہوتی ہیں۔ بیرونی پلازما ممبرین کی طرح یہ ممبرینز بھی آرگنیلز کے اندر اور باہر مادوں کی آمد و رفت کو کنٹرول کرتی ہیں۔
پلازما ممبرین کی ساخت کا مطالعہ کرنے کی تکنیکیں: (1) ٹرانسمیشن الیکٹران خوردبینی لپڈ بائی لیئر اور اس سے وابستہ پروٹینز کی تفصیلی ساخت ظاہر کر سکتی ہے۔ (2) اسکیننگ الیکٹران خوردبینی خلیات اور ممبرینز کی سطحی ساخت جانچنے کے لیے مفید ہے۔ (3) کنفوکل خوردبینی لیزر اسکیننگ اور فلوریسنس استعمال کر کے سیل ممبرین کی تیز اور تفصیلی تصاویر بناتی ہے۔ (4) ٹوٹل انٹرنل ریفلیکشن فلوریسنس خوردبینی ممبرین اور اس کے سائٹوسکیلیٹن اور دیگر خلوی اجزا کے ساتھ تعاملات کی اعلیٰ ریزولوشن تصاویر کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ (5) اٹامک فورس خوردبینی سیل ممبرین کی اعلیٰ ریزولوشن پر ٹپوگرافیکل تصاویر دیتی ہے۔ (6) ایکس رے کرسٹلوگرافی ممبرین پروٹینز کی ایٹمی ساخت معلوم کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ (7) لپڈومکس میں ماس اسپیکٹرومیٹری جیسی تکنیکوں سے سیل ممبرین میں لپڈز کا جامع تجزیہ کیا جاتا ہے۔ (8) فلوریسنس ریکوری آفٹر فوٹوبلیچنگ (FRAP) ممبرین پروٹینز اور لپڈز کی حرکت اور حرکیات کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے — اس میں لیزر سے ممبرین کے فلوریسنٹ لیبل والے حصے کو بلیچ کیا جاتا ہے اور دیکھا جاتا ہے کہ غیر بلیچ شدہ مالیکیولز اس علاقے میں آنے سے بحالی کیسے ہوتی ہے۔
سائٹوپلازم اور آرگنیلز۔ آپ جانتے ہیں کہ خلیہ تین بڑے اجزا یعنی پلازما ممبرین، سائٹوپلازم اور نیوکلیس سے بنا ہے۔ سائٹوپلازم ایک نیم گاڑھا اور نیم شفاف مادہ ہے۔ یوکیریوٹک خلیات میں یہ پلازما ممبرین اور نیوکلیئر انویلپ کے درمیان ہوتا ہے۔ پروکیریوٹک خلیات میں یہ پلازما ممبرین کے نیچے کی تمام جگہ کو ڈھانپتا ہے۔ یہ ایک آبی بنیادی مادے یعنی سائٹوسول پر مشتمل ہے جس میں مختلف آرگنیلز اور دیگر شمولیت ہوتی ہیں۔ سائٹوسول میں پانی ہوتا ہے جس میں بہت سے نامیاتی (پروٹینز، کاربوہائیڈریٹس، لپڈز) اور غیر نامیاتی نمکیات مکمل یا جزوی طور پر حل ہوتے ہیں۔ خلیے کا سائٹوپلازم آرگنیلز کے درست کام کے لیے جگہ فراہم کرتا ہے اور مختلف حیاتیاتی کیمیائی (میٹابولک) تعاملات جیسے گلائکولیسس (ایروبک تنفس کے دوران گلوکوز کا ٹوٹنا) کا مقام بھی ہے۔ سائٹوپلازم میں الگ ساخت ہوتی ہیں جو مختلف خلوی کاموں کے لیے مخصوص ہیں اور انہیں سیل آرگنیلز کہتے ہیں۔ آرگنیلز عام طور پر ممبرین سے گھرے ہوتے ہیں سوائے چند کے جیسے رائبوسوم۔
1 — نیوکلیس۔ تمام یوکیریوٹک خلیات میں ایک نمایاں نیوکلیس ہوتا ہے (جانوروں کے خلیات میں مرکز میں جبکہ پودوں کے خلیات میں ایک طرف دھکیلا ہوا)۔ کروی نیوکلیس عام طور پر یوکیریوٹک خلیے کے حجم کا تقریباً 10 فیصد ہوتا ہے۔ یہ خلیے کے معلومات کی پروسیسنگ اور انتظامی مرکز کے طور پر کام کرتا ہے۔ یہ دو بڑے کام انجام دیتا ہے: یہ خلیے کا وراثتی مادہ (ڈی این اے) محفوظ کرتا ہے اور خلیے کی سرگرمیوں جیسے نشوونما، پروٹین کی ترکیب اور خلیے کی تقسیم کو مربوط کرتا ہے۔ نیوکلیس کے اندر پایا جانے والا نیم سیال مادہ نیوکلوپلازم کہلاتا ہے۔ نیوکلوپلازم میں زیادہ تر نیوکلیائی مادہ کرومیٹن پر مشتمل ہوتا ہے جو خلیے کی تقسیم کے دوران کروموسومز بنانے کے لیے منظم ہوتا ہے۔ نیوکلیس میں ایک یا زیادہ نیوکلیولائی بھی ہوتے ہیں جو رائبوسوم بناتے ہیں۔ ڈی این اے اور آر این اے کے بنیادی اجزا اور ATPs کو نیوکلیس میں داخل ہونے کی اجازت ہے۔ رائبوسومل سب یونٹس جو نیوکلیولائی میں بنتی ہیں وہ مواد کی مثالیں ہیں جنہیں نیوکلیس سے نکل کر سائٹوپلازم میں جانے کی اجازت ہے۔
نیوکلیئر انویلپ اور نیوکلیئر پورز۔ نیوکلیئر انویلپ ایک دو تہہ والی ممبرین ہے جو خلیے کی زندگی کے بیشتر حصے میں نیوکلیس کے مواد کو گھیرے رکھتی ہے۔ دو تہوں کے درمیان کی جگہ پیری نیوکلیئر اسپیس کہلاتی ہے اور یہ رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم سے جڑی ہوتی ہے۔ خلیے کی تقسیم کے دوران نیوکلیئر انویلپ ٹوٹ جاتی ہے لیکن بیٹی خلیات میں دوبارہ بن جاتی ہے۔ نیوکلیئر انویلپ کے اندرونی طرف ایک پروٹین کی تہہ ہوتی ہے جسے نیوکلیئر لیمینا کہتے ہیں جو کرومیٹن سے جڑ کر اسے ساختی سہارا دیتی ہے۔ نیوکلیئر انویلپ میں چھوٹے سوراخ ہوتے ہیں جنہیں نیوکلیئر پورز کہتے ہیں۔ یہ پورز نیوکلیس اور سائٹوپلازم کے درمیان مالیکیولز کی گزرگاہ کو کنٹرول کرتے ہیں۔ نیوکلیئر پورز چھوٹے مالیکیولز کے لیے نفوذ پذیر ہیں۔ بعض بڑی پروٹینز جیسے ہسٹونز کو بھی نیوکلیس میں داخل ہونے کی اجازت ہے۔ ایک نیوکلیئر پور ایک پیچیدہ ساخت سے بنا ہوتا ہے جسے نیوکلیئر پور کمپلیکس کہتے ہیں جو کئی سب یونٹس پر مشتمل ہے: اینولر سب یونٹ (پور کے اندر کو گھیرے ہوئے)، کالم سب یونٹ (کمپلیکس کی دیوار بناتا ہے)، رنگ سب یونٹ (کالم سب یونٹ کے بیرونی طرف جڑا ہوا)، اور لومینل سب یونٹ (پور کمپلیکس کو نیوکلیئر انویلپ میں لنگر انداز کرتا ہے)۔ کمپلیکس سے عام طور پر چھوٹے ریشے نکلتے ہیں اور کمپلیکس کے نیوکلیئر طرف ٹوکری جیسی ساخت بناتے ہیں۔
نیوکلیولس۔ نیوکلیولس نیوکلوپلازم میں ایک نمایاں گہرا رنگا ہوا ساخت ہے۔ ایک نیوکلیس میں ایک یا دو نیوکلیولائی ہو سکتے ہیں۔ نیوکلیولائی وہ سب یونٹس بناتے ہیں جو مل کر رائبوسوم بناتے ہیں۔ نیوکلیولائی کروموسوم میں بعض مقامات پر بنتے ہیں جنہیں نیوکلیولس آرگنائزر ریجنز (NORs) کہتے ہیں۔ NORs پر پایا جانے والا ڈی این اے رائبوسومل آر این اے (rRNA) کو انکوڈ کرتا ہے۔ نیوکلیولس گرینولر اور فائبرلر اجزا اور ڈی این اے پر مشتمل ہوتا ہے۔ گرینولز پہلے سے بنے ہوئے رائبوسومل سب یونٹس پر مشتمل ہوتے ہیں۔ فائبرلز رائبوسوم سب یونٹس کے خام مال یعنی rRNA مالیکیولز اور ان سے وابستہ پروٹینز پر مشتمل ہوتی ہیں۔ ان خلیات میں جو بڑی مقدار میں پروٹین بناتے ہیں اور اس لیے انہیں خاصی تعداد میں رائبوسومز کی ضرورت ہوتی ہے، نیوکلیولس کا سائز کافی بڑا ہوتا ہے۔ مائٹوسس کے آغاز پر خلیے میں موجود واحد نیوکلیولس غائب ہو جاتا ہے، اور تقسیم کے بعد NORs سے نیا نیوکلیولس بنتا ہے۔
کرومیٹن اور کروموسومز۔ نیوکلیس میں دھاگے جیسی ریشے ہوتی ہیں جنہیں مجموعی طور پر کرومیٹن کہتے ہیں۔ یہ ڈی این اے اور پروٹینز سے بنا ہے۔ کرومیٹن کی ساخت سے ظاہر ہوتا ہے کہ یہ مالا جیسی ساختوں کی ایک سیریز سے بنا ہے جنہیں نیوکلیوسومز کہتے ہیں۔ ایک نیوکلیوسوم میں ڈی این اے کی زنجیر چھوٹی پروٹینز کے گروپوں کے گرد لپٹی ہوتی ہے جنہیں ہسٹونز کہتے ہیں۔ انٹرفیز کے دوران (جب خلیہ اپنے معمول کے کام انجام دے رہا ہوتا ہے)، کرومیٹن نیوکلیس میں ریشوں کے الجھے ہوئے گچھے کی صورت میں پھیلا ہوتا ہے۔ جب خلیہ تقسیم شروع کرتا ہے تو تمام کرومیٹن زنجیریں مخصوص ساختوں یعنی کروموسومز میں سکڑ جاتی ہیں۔ ایک کروموسوم بازوؤں یعنی کرومیٹڈز اور ایک مرکزی نقطے یعنی سینٹرومیئر سے بنا ہوتا ہے۔ ہر انسانی خلیے کے نیوکلیس کے اندر 6 فٹ لمبا ڈی این اے ہوتا ہے جو 46 انفرادی مالیکیولز (ہر ایک 1.5 انچ لمبا) میں تقسیم ہوتا ہے، ہر کروموسوم کے لیے ایک۔ کرومیٹن کی دو اقسام ہیں: یو کرومیٹن جینیاتی طور پر فعال کرومیٹن ہے جو پروٹین بنانے کے لیے آر این اے کی نقل میں شامل ہے، جبکہ ہیٹروکرومیٹن جینیاتی طور پر غیر فعال ہے۔ کسی جاندار کے خلیات کے نیوکلیائی میں کروموسومز کی تعداد نوع کے لحاظ سے مخصوص ہوتی ہے۔ انسانی ڈپلائیڈ خلیات (جو گیمیٹس نہیں ہیں) میں 46 کروموسومز ہوتے ہیں۔ کروموسومز کی تعداد 2 تک کم ہو سکتی ہے جیسے بعض چیونٹیوں اور گول کیڑوں میں، یا ایک ہزار سے زیادہ جیسے ہندوستانی فرن (Ophioglossum reticulatum) میں جس میں 1,260 کروموسومز ہوتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ کسی نوع میں کروموسومز کی تعداد جاندار کی پیچیدگی سے مطابقت نہیں رکھتی۔
2 — اینڈوپلازمک ریٹیکولم (ER)۔ یہ چپٹی تھیلیوں اور شاخدار نالیوں کا ایک جال ہے جو پودوں اور جانوروں کے خلیات میں سائٹوپلازم میں پھیلا ہوتا ہے۔ ان تھیلیوں اور نالیوں کو سسٹرنی (واحد: سسٹرنا) کہتے ہیں۔ ان کے جسمانی جھلی دار تعلق کی وجہ سے اینڈوپلازمک ریٹیکولم کا لومن اور نیوکلیئر انویلپ کی تہوں کے درمیان کی جگہ ایک ہی کمپارٹمنٹ بناتی ہے۔ یہ قریبی تعلق ER اور نیوکلیس کو بہت مؤثر طریقے سے معلومات بانٹنے میں مدد دیتا ہے۔ تمام سسٹرنی ایک دوسرے سے جڑی ہوتی ہیں اس لیے ER کا صرف ایک بڑا اور بہت مڑا ہوا لومن ہوتا ہے جسے سسٹرنل اسپیس کہتے ہیں۔ یہ خلیے کے کل حجم کا 10 فیصد سے زیادہ ہوتا ہے۔ سسٹرنی دو تہہ والی نیوکلیئر انویلپ سے بھی جڑی ہوتی ہیں۔ اس لیے ER نیوکلیس اور سائٹوپلازم کے درمیان ایک پائپ لائن فراہم کرتا ہے۔ ER حیاتیاتی کیمیائی مرکبات کی ایک وسیع اقسام بناتا، پروسیس کرتا اور منتقل کرتا ہے جو خلیے کے اندر اور باہر استعمال ہوتے ہیں۔ اینڈوپلازمک ریٹیکولم کی دو اقسام ہیں: رف اور اسموتھ۔ رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم (RER) کی سطح رائبوسومز سے ڈھکی ہوتی ہے جس سے خوردبین سے دیکھنے پر یہ ابھری ہوئی نظر آتی ہے۔ یہ قسم بنیادی طور پر پروٹینز کی پیداوار اور پروسیسنگ میں شامل ہے۔ پروٹینز کی پروسیسنگ کے دوران RER پروٹینز میں دیگر کیمیکلز (جیسے شکر) شامل کرتا ہے۔ پھر RER پروسیس شدہ پروٹینز کو خلیے کے ان علاقوں میں منتقل کرتا ہے جہاں ان کی ضرورت ہوتی ہے، یا انہیں مزید پروسیسنگ اور ترمیم کے لیے گولجی اپریٹس کو بھیجتا ہے۔ اسموتھ اینڈوپلازمک ریٹیکولم (SER) کی سطح پر رائبوسومز نہیں ہوتے اس لیے یہ خوردبین سے زیادہ ہموار نظر آتا ہے۔ زیادہ تر خلیات میں یہ رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم سے بہت کم وسیع ہوتا ہے۔ اسموتھ اینڈوپلازمک ریٹیکولم بنیادی طور پر لپڈز کی پیداوار، کاربوہائیڈریٹ میٹابولزم کے بنیادی اجزا اور ادویات اور زہروں کی سم ربائی میں شامل ہے۔ اسموتھ اینڈوپلازمک ریٹیکولم کیلشیم ذخیرہ کر کے اور کیلشیم میٹابولزم کر کے مختلف خلوی سرگرمیوں میں بھی کردار ادا کرتا ہے۔ پٹھوں کے خلیات میں اسموتھ اینڈوپلازمک ریٹیکولم کیلشیم خارج کر کے پٹھوں کے سکڑنے کو متحرک کرتا ہے۔ SER ان خلیات میں بہت زیادہ وسیع ہوتا ہے جو لپڈ اور کاربوہائیڈریٹ میٹابولزم (دماغ اور پٹھے) یا سم ربائی (جگر) کا بہت کام کرتے ہیں۔
3 — رائبوسومز۔ تمام زندہ خلیات میں رائبوسومز ہوتے ہیں جو چھوٹی دانے دار ساخت ہیں جو تقریباً 60 فیصد رائبوسومل آر این اے (rRNA) اور 40 فیصد پروٹین پر مشتمل ہیں۔ رائبوسومز کسی ممبرین سے بندھے نہیں ہوتے اور دیگر آرگنیلز سے بہت چھوٹے ہوتے ہیں۔ یوکیریوٹک خلیات میں رائبوسومز بنیادی طور پر رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم سے جڑے ہوتے ہیں اور بعض آزادانہ بکھرے ہوتے ہیں۔ پروکیریوٹک خلیات میں تمام رائبوسومز سائٹوپلازم میں آزادانہ بکھرے ہوتے ہیں۔ رائبوسومز خلیے کے لیے پروٹین بنانے کی مشینری کا کام کرتے ہیں۔ یہ ان خلیات میں سب سے زیادہ ہوتے ہیں جو پروٹین کی ترکیب میں سرگرم ہوتے ہیں جیسے لبلبہ اور دماغ کے خلیات۔ ایک عام خلیے میں کئی ہزار رائبوسومز ہوتے ہیں لیکن بعض خلیوں کی اقسام میں چند ملین رائبوسومز ہو سکتے ہیں۔ یوکیریوٹ رائبوسومز نیوکلیولس میں بنتے اور جمع ہوتے ہیں۔ رائبوسومل پروٹینز نیوکلیولس میں داخل ہوتی ہیں اور rRNA زنجیروں سے مل کر دو رائبوسومل سب یونٹس (ایک چھوٹی اور ایک بڑی) بناتی ہیں۔ رائبوسوم سب یونٹس نیوکلیئر پورز سے نیوکلیس چھوڑتی ہیں۔ سائٹوپلازم میں دونوں سب یونٹس پروٹین کی ترکیب کے لیے مل جاتی ہیں۔ جب پروٹین کی ترکیب نہیں ہو رہی ہوتی تو دونوں سب یونٹس الگ ہو جاتی ہیں۔ رائبوسومز کی سب سے معروف خلوی جگہوں کے علاوہ وہ مائٹوکونڈریا اور پودوں کے کلوروپلاسٹ کے اندر بھی پائے جا سکتے ہیں۔ یہ رائبوسومز سائز اور بناوٹ میں سائٹوپلازم میں پائے جانے والے رائبوسومز سے نمایاں طور پر مختلف ہیں اور پروکیریوٹس میں موجود رائبوسومز سے زیادہ ملتے جلتے ہیں۔ پروٹین کی ترکیب میں rRNA کے علاوہ دو دیگر اقسام کے آر این اے مالیکیولز کی مدد درکار ہوتی ہے: میسنجر آر این اے (mRNA) ہدایات فراہم کرتا ہے جو اس نے ڈی این اے سے لی ہوتی ہیں، اور ٹرانسفر آر این اے (tRNA) امینو ایسڈز کو رائبوسوم تک لاتا ہے۔ ایک بار جب امینو ایسڈز کی زنجیر بن جاتی ہے تو رائبوسوم اسے چھوڑ دیتا ہے۔ آزاد رائبوسومز سے بننے والی پروٹینز خلیے کے اپنے اندرونی استعمال کے لیے ہوتی ہیں جبکہ RER سے جڑے رائبوسومز سے بننے والی پروٹینز خلیے سے باہر منتقل کی جاتی ہیں۔ رائبوسوم کے سب یونٹس کو ان کی سویڈبرگ (S) ویلیوز سے بیان کیا جاتا ہے جو سینٹری فیوج میں ان کی سیڈیمنٹیشن کی شرح پر مبنی ہیں۔ یوکیریوٹک خلیے میں مکمل رائبوسوم کی سویڈبرگ ویلیو 80S ہے — چھوٹی سب یونٹ کی ویلیو 40S ہے جبکہ بڑی سب یونٹ کی 60S ہے۔ دوسری طرف پروکیریوٹک خلیات میں 70S رائبوسومز ہوتے ہیں جن میں سے ہر ایک 30S اور 50S سب یونٹ پر مشتمل ہے۔ سویڈبرگ ویلیوز جمع نہیں ہوتیں — رائبوسوم کے دو سب یونٹس کی ویلیوز مکمل رائبوسوم کی سویڈبرگ ویلیو کے برابر نہیں ہوتیں، کیونکہ کسی مالیکیول کی سیڈیمنٹیشن کی شرح اس کے سائز اور شکل پر منحصر ہوتی ہے نہ کہ صرف اس کے مالیکیولر وزن پر۔
4 — مائٹوکونڈریا (واحد: مائٹوکونڈریون) چھڑی نما آرگنیلز ہیں جنہیں خلیے کے پاور جنریٹرز سمجھا جاتا ہے۔ ایک مائٹوکونڈریون دو ممبرینز سے گھرا ہوتا ہے۔ دو ممبرینز کے درمیان ایک تنگ انٹر ممبرین اسپیس ہوتی ہے۔ اندرونی ممبرین کے نیچے ایک بڑا اندرونی میٹرکس ہوتا ہے۔ بیرونی ممبرین ہموار ہے اور چھلنی کی طرح کام کرتی ہے جو بہت بڑے مالیکیولز کو چھانٹ دیتی ہے۔ اندرونی ممبرین بہت مڑی ہوئی ہے اور بہت سی تہیں بناتی ہے جنہیں کرسٹی کہتے ہیں جو سطح کا رقبہ بڑھاتی ہیں۔ کرسٹی کی اندرونی سطح پر میٹرکس میں نوب جیسی توسیع ہوتی ہے جنہیں F-1 پارٹیکلز کہتے ہیں — یہ پارٹیکلز دراصل ATP-سنتھیس نامی انزائمز ہیں۔ اندرونی مائٹوکونڈریل ممبرین میں دیگر کمپلیکس بھی پائے جاتے ہیں جو الیکٹران ٹرانسپورٹ چین میں الیکٹران کیریئرز کا کام کرتے ہیں۔ مائٹوکونڈریا زیادہ تر دیگر آرگنیلز سے مختلف ہیں: ایک مائٹوکونڈریون کا اپنا سرکلر ڈی این اے ہوتا ہے (پروکیریوٹس کے ڈی این اے جیسا)، ہر قسم کا آر این اے اور 70S رائبوسومز ہوتے ہیں، اور ایک مائٹوکونڈریون خلیے سے آزادانہ نقل بنا سکتا ہے۔ سائنسدان مائٹوکونڈریا کی ابتدا کے بارے میں قیاس کرتے ہیں: لاکھوں سال پہلے چھوٹے آزاد جاندار پروکیریوٹس کو بڑے پروکیریوٹس نے نگل لیا لیکن ہضم نہیں کیا۔ دونوں جانداروں نے وقت کے ساتھ ایک علامتی تعلق قائم کیا، بڑا جاندار چھوٹے کو کافی غذائی اجزا دیتا تھا اور چھوٹا جاندار بڑے کو ATP مالیکیولز دیتا تھا۔ مائٹوکونڈریا خلوی تنفس کے مقامات ہیں۔ وہ آکسیجن اور غذائی اجزا سے ایڈینوسین ٹرائی فاسفیٹ (ATP) بناتے ہیں۔ ATP خلیے کی کیمیائی توانائی کی "کرنسی" ہے جو خلیے کی میٹابولک سرگرمیوں کو طاقت دیتی ہے۔ میٹرکس میں موجود انزائمز خلوی تنفس کے بعض مراحل جیسے کریبس سائیکل کو تیز کرتے ہیں۔ الیکٹران ٹرانسپورٹ چین میں کام کرنے والی دیگر پروٹینز اندرونی ممبرین سے جڑی ہوتی ہیں۔ کسی خلیے میں مائٹوکونڈریا کی تعداد اس خلیے کی میٹابولک ضروریات پر منحصر ہوتی ہے اور ایک سے ہزاروں تک ہو سکتی ہے۔ مائٹوکونڈریا تقریباً تمام یوکیریوٹس میں پائے جاتے ہیں جن میں پودے، جانور، فنجائی اور پروٹسٹ شامل ہیں، اور یہ اتنے بڑے ہوتے ہیں کہ لائٹ خوردبین سے دیکھے جا سکتے ہیں۔
5 — کلوروپلاسٹ۔ پودوں کی سب سے اہم خصوصیات میں سے ایک ان کی فوٹوسنتھیسس کرنے کی صلاحیت ہے یعنی روشنی کی توانائی کو کیمیائی توانائی میں بدل کر اپنا کھانا خود بنانا۔ یہ عمل تقریباً تمام پودوں کی اقسام میں ہوتا ہے اور کلوروپلاسٹ نامی مخصوص آرگنیلز میں انجام پاتا ہے۔ پودوں کے تمام سبز حصوں بشمول تنوں اور کچے پھلوں میں کلوروپلاسٹ ہوتے ہیں، لیکن زیادہ تر پودوں میں فوٹوسنتھیسس کی زیادہ تر سرگرمی پتوں میں ہوتی ہے۔ اوسطاً پتے کی سطح پر کلوروپلاسٹ کی کثافت تقریباً ایک مربع ملی میٹر میں نصف ملین ہوتی ہے۔ کلوروپلاسٹ میں کلوروفل "a" اور کلوروفل "b" نامی رنگ ہوتے ہیں جو فوٹوسنتھیسس کے لیے درکار روشنی کی توانائی کو جذب کر سکتے ہیں۔ بیضوی شکل کا کلوروپلاسٹ دو ممبرینز سے گھرا ہوتا ہے اور دو ممبرینز کے درمیان کی جگہ انٹر ممبرین اسپیس کہلاتی ہے۔ اندرونی ممبرین کے اندر ایک نیم سیال اسٹروما ہوتا ہے۔ اس میں حل شدہ انزائمز ہوتے ہیں اور یہ کلوروپلاسٹ کے حجم کا بیشتر حصہ بناتا ہے۔ بیرونی ممبرین اندرونی تہہ سے بہت زیادہ نفوذ پذیر ہوتی ہے۔ اندرونی ممبرینز ایک دوسرے سے قریبی تعلق میں ہوتی ہیں اور اپنے کناروں پر مل جاتی ہیں۔ اس طرح دو ملحقہ ممبرینز ایک ڈسک نما کمپارٹمنٹ بناتی ہیں جسے تھائلاکائیڈ کہتے ہیں۔ بہت سے تھائلاکائیڈز مل کر ڈھیر بناتے ہیں جنہیں گرانا (واحد: گرانم) کہتے ہیں۔ لیمیلی وہ غیر سبز کمپارٹمنٹس ہیں جو دو گرانا کو جوڑتے ہیں۔ ہر گرانم میں چند سے کئی تھائلاکائیڈز ہو سکتے ہیں، اور ایک کلوروپلاسٹ میں سو یا زیادہ گرانا ہو سکتے ہیں۔ مائٹوکونڈریون کی طرح کلوروپلاسٹ زیادہ تر دیگر آرگنیلز سے مختلف ہے کیونکہ اس کا اپنا ڈی این اے ہوتا ہے اور یہ اس خلیے سے آزادانہ نقل بناتا ہے جس میں یہ پایا جاتا ہے۔ روشنی تھائلاکائیڈ ڈسکس میں موجود کلوروفل مالیکیولز سے جذب ہوتی ہے۔ جب یہ کلوروفل مالیکیولز روشنی جذب کرتے ہیں تو وہ الیکٹران خارج کرتے ہیں اور اس طرح ATPs بنتے ہیں۔ ان ATPs کو استعمال کر کے اسٹروما میں کم توانائی والا کاربن ڈائی آکسائیڈ گلوکوز جیسے اعلیٰ توانائی والے مرکب میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ پودوں اور بہت سے پروٹسٹ کے خلیات میں تین قسم کے پلاسٹڈز ہوتے ہیں یعنی کلوروپلاسٹ، کروموپلاسٹ اور لیوکوپلاسٹ۔ بے رنگ لیوکوپلاسٹ ذخیرہ کرنے میں شامل ہوتے ہیں، اور پیلے سے سرخ رنگ کے کروموپلاسٹ پودوں کے حصوں کو رنگ دیتے ہیں۔ مائٹوکونڈریا کلوروپلاسٹ سے ملتے جلتے ہیں: دونوں آرگنیلز خلیے کے لیے توانائی تبدیل کرتے ہیں۔ مائٹوکونڈریا ایروبک تنفس کرتے ہیں، آکسیجن کی مدد سے شکر، چربی اور دیگر کیمیائی ایندھن کو میٹابولائز کر کے ATP کی صورت میں کیمیائی توانائی بناتے ہیں۔ کلوروپلاسٹ فوٹوسنتھیسس کرتے ہیں، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور پانی استعمال کر کے سورج کی توانائی کو نامیاتی غذائی اجزا کی حیاتیاتی ترکیب میں تبدیل کرتے ہیں۔ مائٹوکونڈریا کی طرح کلوروپلاسٹ کا بھی اپنا ڈی این اے ہوتا ہے اور وہ خلیے سے آزادانہ بڑھ اور نقل بنا سکتے ہیں۔
6 — گولجی اپریٹس۔ گولجی اپریٹس پانچ سے آٹھ پیالہ نما، ممبرین سے ڈھکی تھیلیوں یعنی سسٹرنی پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک دوسرے کے اوپر ڈھیر ہوتی ہیں۔ یہ پودوں، جانوروں اور یک خلوی یوکیریوٹس کے خلیات میں پایا جاتا ہے۔ بعض یک خلوی فلیجیلیٹس میں گولجی اپریٹس 60 سسٹرنی پر مشتمل ہو سکتا ہے۔ اسی طرح کسی خلیے میں گولجی اپریٹس کی تعداد اس کے کام کے مطابق مختلف ہوتی ہے۔ جانوروں کے خلیات میں عام طور پر ان کے گولجی اپریٹس میں دس سے بیس گولجی اسٹیک ہوتے ہیں۔ یہ کمپلیکس عام طور پر نیوکلیس کے قریب ہوتا ہے۔ گولجی اپریٹس کیمیلو گولجی نے دریافت کیا: وہ ایک نئی رنگنے کی تکنیک (گولجی اسٹیننگ کے نام سے مشہور) استعمال کر کے اعصابی نظام کی تحقیق کر رہے تھے، انہوں نے خلیات کے اندر ایک ساخت دیکھی اور اسے ریٹیکولر اپریٹس کا نام دیا، اور 1898 میں اپنی دریافت کا عوامی اعلان کیا۔ اس ساخت کا نام ان کے نام پر گولجی اپریٹس رکھا گیا۔ بہت سے سائنسدانوں کو یقین نہیں تھا کہ گولجی نے جو دیکھا وہ ایک حقیقی آرگنیل ہے اور اس کے بجائے انہوں نے دلیل دی کہ ظاہری جسم رنگنے سے پیدا ہونے والی بصری بگاڑ ہے۔ بیسویں صدی میں الیکٹران خوردبین کی ایجاد نے آخر کار ثابت کیا کہ گولجی اپریٹس ایک خلوی آرگنیل ہے۔ ہر گولجی اسٹیک کے دو الگ چہرے ہوتے ہیں: 'سس' چہرہ اینڈوپلازمک ریٹیکولم کے قریب پایا جاتا ہے جبکہ 'ٹرانس' چہرہ پلازما ممبرین کے قریب ہوتا ہے۔ گولجی اپریٹس خلیے کی کیمیائی مصنوعات کے لیے تقسیم اور ترسیل کا شعبہ ہے۔ یہ اینڈوپلازمک ریٹیکولم میں بننے والی پروٹینز اور لپڈز کو تبدیل کرتا ہے اور انہیں خلیے سے باہر برآمد کرنے یا خلیے میں دیگر مقامات پر منتقل کرنے کے لیے تیار کرتا ہے۔ چھوٹی ویسیکلز جن میں پروٹینز، کاربوہائیڈریٹس، فاسفولپڈز اور دیگر مالیکیولز ہوتے ہیں ER سے الگ ہوتی ہیں۔ یہ ویسیکلز سائٹوپلازم میں حرکت کرتی ہیں یہاں تک کہ وہ گولجی اپریٹس کے 'سس' چہرے تک پہنچ جاتی ہیں۔ ویسیکلز گولجی اپریٹس سے مل جاتی ہیں اور اپنے مالیکیولز اس میں چھوڑ دیتی ہیں۔ یہاں مرکبات کی مزید پروسیسنگ ہوتی ہے۔ گولجی لومن میں موجود انزائمز انہیں گلائیکوپروٹینز اور گلائیکولپڈز میں تبدیل کر دیتے ہیں۔ مصنوعات گولجی اپریٹس کے 'ٹرانس' چہرے سے ایک ویسیکل میں باہر نکالی جاتی ہے اور خلیے کے اندر یا باہر اپنی آخری منزل کی طرف بھیجی جاتی ہے۔ برآمد شدہ مصنوعات کو سیکریشنز کہتے ہیں۔ دیگر مصنوعات اینڈوپلازمک ریٹیکولم میں واپس آ جاتی ہیں یا پختہ ہو کر لائسوسومز بن سکتی ہیں۔ اس کے علاوہ پودوں کے خلیات میں گولجی اپریٹس پیکٹن اور دیگر پولی سیکرائیڈز بناتا ہے جو پودوں کی ساخت اور میٹابولزم کے لیے خاص طور پر درکار ہوتے ہیں۔
7 — لائسوسومز۔ لائسوسومز ایک ممبرین سے گھرے کروی آرگنیلز ہیں۔ یہ خلیے کے ہاضمے کے کمپارٹمنٹس کا کام کرتے ہیں۔ لائسوسومز زیادہ تر یوکیریوٹک خلیات میں پائے جاتے ہیں۔ جانوروں میں یہ بیماری سے لڑنے والے خلیات جیسے سفید خون کے خلیات میں سب سے زیادہ ہوتے ہیں — کیونکہ سفید خون کے خلیات کو بیکٹیریا، وائرسز اور دیگر غیر ملکی مداخلت کرنے والوں جیسے مواد کو ہضم کرنا ہوتا ہے۔ لائسوسومز بیلجیئم کے سائنسدان کرسچن رینے ڈی ڈیو نے دریافت کیے جنہوں نے پیروکسیسومز بھی دریافت کیے۔ وہ جگر کے خلیات میں کاربوہائیڈریٹ میٹابولزم کی تحقیق کر رہے تھے اور انہوں نے دیکھا کہ جب خلیات سینٹری فیوج میں خراب ہوتے ہیں تو وہ ایسڈ فاسفیٹیز خارج کرتے ہیں۔ انہوں نے تجویز دی کہ یہ ہاضمے کا انزائم خلیے کے اندر کسی ممبرین سے بندھے آرگنیل میں بند ہے جسے انہوں نے لائسوسوم کا نام دیا۔ لائسوسومز ان خلوی مواد کو توڑنے میں بھی شامل ہیں جن کی عمر ختم ہو چکی ہے یا جو اب مفید نہیں ہیں — اس حوالے سے لائسوسومز آٹوفیجی انجام دیتے ہیں۔ وہ خلوی فضلہ مصنوعات، چربی، کاربوہائیڈریٹس، پروٹینز اور دیگر میکرو مالیکیولز کو سادہ مرکبات میں توڑ دیتے ہیں جو پھر نئے مواد بنانے کے لیے سائٹوپلازم میں واپس منتقل ہو جاتے ہیں۔ لائسوسومز میں تقریباً 40 مختلف ہائیڈرولائٹک انزائمز ہوتے ہیں جو سب اینڈوپلازمک ریٹیکولم میں بنتے ہیں اور گولجی اپریٹس میں تبدیل ہوتے ہیں۔ لائسوسومز کو ڈھانپنے والی ممبرین خلیے کے باقی حصے کو لائسوسومز میں موجود سخت ہاضمے کے انزائمز سے بچاتی ہے جو ورنہ خاصا نقصان پہنچاتے۔ خلیہ لائسوسومز کے انزائمز سے محفوظ ہے: ان انزائمز کو تیزابی ماحول (تقریباً pH 4.8) کی ضرورت ہوتی ہے۔ لائسوسومل میٹرکس تیزابی ہے لیکن سائٹوسول ایک غیر جانبدار ماحول ہے، اس لیے اگر کوئی لائسوسوم پھٹ بھی جائے تو اس کے ہاضمے کے انزائمز غیر فعال ہو جاتے ہیں اور خلیہ محفوظ رہتا ہے۔ لائسوسومل اسٹوریج بیماریوں میں مریض میں لائسوسومز کے ہائیڈرولائٹک انزائمز میں سے ایک کی کمی ہوتی ہے۔ غیر معمولی لائسوسوم ناقابل ہضم مادوں سے بھر جاتا ہے جو خلوی کاموں میں مداخلت کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر پومپے کی بیماری میں لائسوسوم میں گلائکوجن کو ہضم کرنے والے انزائم کی کمی ہوتی ہے، اس لیے جگر کے خلیات میں گلائکوجن کی نقصان دہ مقدار جمع ہو جاتی ہے۔ ٹے سیکس کی بیماری میں لپڈ کو ہضم کرنے والا ایک ضروری انزائم غائب ہوتا ہے؛ دماغ کے اعصابی خلیات میں ان لپڈز کے جمع ہونے سے اعصابی نظام کو نقصان پہنچتا ہے، ذہنی پسماندگی ہوتی ہے اور بچپن میں ہی موت ہو جاتی ہے۔ لائسوسومز پورے خلیے کے خاتمے میں بھی کام کرتے ہیں: منتخب خلیے کی موت ایک طریقہ کار ہے جو کثیر خلوی جاندار اپنی نشوونما میں استعمال کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر جب ٹیڈپول مینڈک بنتا ہے تو دم کے خلیات لائسوسومز کے انزائمز سے تباہ ہو جاتے ہیں۔ آپ کے دماغ میں بہت سے خلیات نشوونما کے دوران مر جاتے ہیں — یہ ہدایت شدہ خودکشی ان خلیات کے اندر لائسوسومز کے پھٹنے سے انجام پاتی ہے جو ختم کیے جا رہے ہیں۔
8 — پیروکسیسومز۔ پیروکسیسومز تمام یوکیریوٹک خلیات میں ایک ممبرین سے بندھے آرگنیلز ہیں۔ یہ کرسچن ڈی ڈیو نے دریافت کیے جنہوں نے لائسوسومز بھی دریافت کیے۔ پیروکسیسومز میں مختلف انزائمز ہوتے ہیں۔ ان میں سے بہت سے انزائمز آکسیڈیٹیو ہیں — وہ آکسیڈیشن کرتے ہیں یعنی الیکٹران اور ہائیڈروجن کو ہٹاتے ہیں۔ یہ انزائمز بنیادی طور پر خلیے کو زہریلے مادوں سے پاک کرنے کا کام کرتے ہیں۔ بعض پیروکسیسومز جیسے جگر کے خلیات میں موجود، الکحل اور دیگر نقصان دہ مرکبات کی آکسیڈیشن کر کے انہیں بے ضرر بناتے ہیں۔ بعض پیروکسیسومز میں کیٹیلیس انزائمز ہوتے ہیں جو ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ (خلوی میٹابولزم کا ایک عام ضمنی پیداوار) کو پانی اور آکسیجن میں توڑ دیتے ہیں: 2H2O2 → 2H2O + O2۔ پیروکسیسومز میں خرابی کئی میٹابولک بیماریوں کا سبب بنتی ہے۔ ان میں سب سے سنگین زیلویگر سنڈروم ہے جس میں خلیات میں پیروکسیسومز کی عدم موجودگی یا کمی ہوتی ہے۔ یہ ایک پیدائشی بیماری ہے (پیدائش سے موجود) اور اس کا کوئی علاج یا مؤثر علاج نہیں ہے اور عام طور پر زندگی کے پہلے سال میں ہی موت ہو جاتی ہے۔
9 — گلائ آکسیسومز۔ گلائ آکسیسومز پیروکسیسومز سے ملتے جلتے ہیں لیکن صرف پودوں کے خلیات میں پائے جاتے ہیں۔ ان آرگنیلز میں انزائمز ہوتے ہیں جو لپڈز کو کاربوہائیڈریٹس میں تبدیل کرتے ہیں۔ یہ لپڈ سے بھرپور بیجوں (جیسے ارنڈی کے بیج اور سویابین) کے خلیات میں سب سے زیادہ ہوتے ہیں۔ انکرن کے دوران یہ آرگنیلز ذخیرہ شدہ لپڈز کو کاربوہائیڈریٹس میں تبدیل کرتے ہیں جو بیج کے انکرن کے لیے توانائی فراہم کرتے ہیں۔
10 — ویکیولز۔ یہ ممبرین سے بندھے تھیلے ہیں۔ ویکیولز کئی طریقوں سے کام کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر پختہ پودوں کے خلیات میں ایک بڑا ویکیول ساختی سہارا فراہم کرتا ہے اور ذخیرہ، فضلہ نکالنے، تحفظ اور نشوونما کے کام بھی کرتا ہے۔ تاہم جانوروں کے خلیات میں ویکیولز بہت چھوٹے ہوتے ہیں اور زیادہ تر مواد کو عارضی طور پر ذخیرہ کرنے یا مادوں کو منتقل کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ ویکیولز سیال سے بھرے ایک ممبرین سے بندھے آرگنیلز ہیں۔ خلیات کے سائٹوپلازم میں بہت سے چھوٹے ویکیولز ہوتے ہیں۔ تاہم جب پودے کا خلیہ پختہ ہوتا ہے تو اس کے چھوٹے ویکیولز مل کر ایک بڑا ویکیول بناتے ہیں۔ بہت سے پودوں کے خلیات میں ایک بڑا واحد مرکزی ویکیول ہوتا ہے۔ یہ بڑا ویکیول آہستہ آہستہ چھوٹے ویکیولز کے ملنے سے بنتا ہے۔ یہ خلیے کی زیادہ تر جگہ (80 فیصد یا زیادہ) لے لیتا ہے۔ پودوں کے خلیات میں ویکیول ایک ممبرین سے گھرا ہوتا ہے جسے ٹونوپلاسٹ کہتے ہیں۔ ویکیول کے اندر کا مواد سیل سیپ کہلاتا ہے جو ارد گرد کے سائٹوپلازم سے نمایاں طور پر مختلف ہوتا ہے۔ پودوں کے خلیات میں مرکزی ویکیول پودے کے لیے ایک اہم ساختی کردار ادا کرتا ہے۔ ویکیول کا یہ کردار ٹرگر پریشر کو کنٹرول کرنے کی صلاحیت سے متعلق ہے۔ ٹرگر پریشر خلیے کی سختی بناتا ہے۔ بہترین حالات میں پودے کو مناسب مقدار میں پانی ملتا ہے اور اس کے خلیات کے مرکزی ویکیولز پھول جاتے ہیں جب ان میں مائع جمع ہوتا ہے۔ یہ ایک اعلیٰ ٹرگر پریشر بناتا ہے جو سیل وال کے سہارے کے ساتھ پودے کی ساختی سالمیت کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے۔ ویکیولز اکثر وہ رنگ بھی ذخیرہ کرتے ہیں جو بعض پھولوں کو ان کے رنگ دیتے ہیں جو شہد کی مکھیوں اور دیگر پولینیٹرز کو اپنی طرف متوجہ کرنے میں مدد کرتے ہیں۔ ویکیولز وہ مالیکیولز بھی خارج کرتے ہیں جو مختلف حشرات اور جانوروں کے لیے زہریلے ہوتے ہیں، اس طرح انہیں پودے کو کھانے سے روکتے ہیں۔ پودوں کے ویکیولز میں عام طور پر ذخیرہ شدہ کئی مواد انسانوں کے لیے مفید پائے گئے ہیں جیسے افیون، ربڑ اور لہسن کا ذائقہ۔
11 — سینٹریولز۔ جانوروں اور زیادہ تر پروٹسٹ کے خلیات میں سینٹریولز وہ آرگنیلز ہیں جو سائٹوسکیلیٹن کے ریشوں یعنی مائیکروٹیوبلز (بشمول اسپنڈل ریشوں) کی اسمبلی اور تنظیم سے وابستہ ہیں۔ سینٹریولز کھوکھلے اور سلنڈر نما آرگنیلز ہیں۔ ایک سینٹریول مائیکروٹیوبلز کے نو ٹرپلٹس سے بنا ہوتا ہے۔ یوکیریوٹک خلیات میں سینٹریولز جوڑوں میں ہوتے ہیں۔ دو سینٹریولز نیوکلیئر انویلپ کے قریب ایک دوسرے سے عمودی زاویے پر ہوتے ہیں۔ سیلیٹڈ یا فلیجیلیٹڈ خلیات میں سینٹریولز سیلیا اور فلیجیلم بنانے میں شامل ہوتے ہیں۔ ہر سیلیم اور فلیجیلم ایک سینٹریول سے لنگر انداز ہوتا ہے جسے بیسل باڈی کہتے ہیں۔ پودوں اور فنجائی کے خلیات میں سینٹریولز اور بیسل باڈیز نہیں ہوتیں، اور ان کے مائیکروٹیوبلز اور اسپنڈل ریشے سائٹوپلازم کی ساختوں سے منظم ہوتے ہیں۔
12 — سائٹوسکیلیٹن۔ یہ سائٹوپلازم میں موجود پروٹین ریشوں کا ایک جال ہے۔ اس میں درج ذیل قسم کے ریشے شامل ہیں: (1) مائیکروفلامنٹس: یہ تمام یوکیریوٹک خلیات میں موجود ہوتے ہیں۔ مائیکروفلامنٹس ایکٹن نامی گلوبیولر پروٹین سے بنے ٹھوس چھڑیاں ہیں۔ مائیکروفلامنٹس ٹوٹتے اور دوبارہ جڑتے ہیں اور خلیات کو شکل بدلنے اور حرکت کرنے میں مدد کرتے ہیں۔ مائیکروفلامنٹس تقسیم ہونے والے خلیے کو دو خلیات میں چٹکی بھر کر الگ ہونے میں بھی مدد دیتے ہیں۔ مایوسن کے ساتھ مل کر مائیکروفلامنٹس خلوی سکڑنے میں مدد کرتے ہیں۔ (2) مائیکروٹیوبلز: یہ سیدھے کھوکھلے سلنڈر ہیں جو سب یونٹس سے بنے ہیں۔ ہر سب یونٹ دو مختلف ٹیوبیولن پروٹینز یعنی الفا ٹیوبیولن اور بیٹا ٹیوبیولن سے بنا ہے۔ مائیکروٹیوبلز خلیے کو ساخت اور شکل دیتے ہیں۔ وہ آرگنیلز کی نقل و حمل کے لیے شاہراہوں کا کام بھی کرتے ہیں۔ مزید برآں مائیکروٹیوبلز سیلیا اور فلیجیلم کے بڑے اجزا ہیں اور خلیے کی تقسیم کے دوران اسپنڈل ریشے بنانے میں حصہ لیتے ہیں۔ (3) انٹرمیڈیٹ فلامنٹس: یہ صرف بعض اعلیٰ جانوروں کے گروپوں میں پائے جاتے ہیں۔ یہ مختلف پروٹینز سے بنے ہیں لیکن سب سے عام قسم کی پروٹین سب یونٹ ویمنٹن ہے۔ بعض خلیات میں دیگر پروٹینز کے انٹرمیڈیٹ فلامنٹس ہو سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر جلد کے خلیات میں کیراٹن نامی پروٹین ہوتی ہے۔ انٹرمیڈیٹ فلامنٹس خلیے کی شکل اور سختی کو برقرار رکھتے ہیں اور کئی آرگنیلز بشمول نیوکلیس کو لنگر انداز کرنے کا کام کرتے ہیں۔
13 — سیلیا اور فلیجیلم۔ ایک سیلیم (جمع: سیلیا) اور ایک فلیجیلم (جمع: فلیجیلم) حرکت کے لیے معاون اعضا ہیں جو بعض خلیات سے باہر نکلتے ہیں۔ یہ خلیے کے جسم سے نکلنے والی پتلی دم جیسی توسیع ہیں۔ سیلیا لمبائی میں چھوٹے اور عام طور پر تعداد میں زیادہ ہوتے ہیں جبکہ فلیجیلم لمبے لیکن تعداد میں کم ہوتے ہیں۔ سیلیا پودوں میں نایاب ہیں۔ بہت سے پروٹوزوا (سیلیٹس) میں سیلیا ہوتے ہیں۔ بڑے یوکیریوٹس جیسے ممالیہ میں بعض خلیات کی سطحوں پر سیلیا ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر انسانوں میں سیلیا سانس کی نالی کی اندرونی تہہ میں پائے جاتے ہیں جہاں وہ بلغم اور گندگی کو سانس کی نالیوں سے باہر نکالتے ہیں۔ یوکیریوٹک سیلیا اور فلیجیلم کا مرکز ایکسونیم کہلاتا ہے۔ اس میں دو مرکزی مائیکروٹیوبلز ہوتے ہیں جن کے گرد نو ڈبلٹ مائیکروٹیوبلز کی بیرونی حلقہ ہوتی ہے۔ ڈائنین مالیکیولز ایکسونیم کے دائرے کے گرد ہوتے ہیں۔ یہ ڈائنین مالیکیولز ملحقہ مائیکروٹیوبل ڈبلٹس کے درمیان خلا کو پل کرتے ہیں۔ ماہرین حیاتیات اس تنظیم کو "9 + 2" ساخت کہتے ہیں۔ ایک پلازما ممبرین پورے ایکسونیم کو گھیرے رکھتی ہے۔ سیلیم کی بنیاد پر اس کا تنظیمی مرکز یعنی بیسل باڈی موجود ہوتا ہے۔ بیسل باڈی کی بنیادی ساخت ایکسونیم کی بیرونی حلقہ جیسی ہی ہوتی ہے، لیکن بیرونی فلامنٹس کے نو سیٹوں میں سے ہر ایک تین مائیکروٹیوبلز پر مشتمل ہوتا ہے نہ کہ مائیکروٹیوبلز کے ڈبلٹ پر۔ بیسل باڈی دراصل سینٹریول ہے۔ پروکیریوٹک فلیجیلم کی ساخت مکمل طور پر مختلف ہوتی ہے جو فلیجیلن پروٹین سے بنی ہوتی ہے۔
Bacteria and archaea are made of prokaryotic cells whereas all other forms are composed of eukaryotic cells. Both prokaryotic and eukaryotic cells have DNA as their genetic material; both have plasma membranes as their coverings; and both have ribosomes for protein synthesis.
Prokaryotic cells are much simpler than eukaryotic ones. Most prokaryotic cells range from 2 to 8 µm in length i.e., about one-tenth of the size of a typical eukaryotic cell. A prokaryotic cell lacks a nucleus. The much less extensive DNA of a prokaryotic cell is present in the more-or-less central region known as the nucleoid (nucleus-like). A prokaryotic cell also lacks other membrane-bounded organelles like endoplasmic reticulum, mitochondria, chloroplasts, Golgi apparatus, lysosomes, peroxisomes etc. The entire cytoplasm of a prokaryotic cell is one unit with no internal support structures. Ribosomes are present in a prokaryotic cell but these are smaller in size than those of eukaryotic cells. The Svedberg values (sedimentation rates) of the smaller and larger subunits of ribosomes of prokaryotic cells are 30S and 50S respectively. The sedimentation rate of a complete ribosome is 70S. Surrounding the plasma membrane of most prokaryotic cells is a cell wall but it does not contain cellulose. It is composed of peptidoglycan, a single large polymer of amino acids and sugar. In bacteria the cell wall may also be surrounded by a capsule and may also have extensions for attachment known as pili (singular: pilus). Prokaryotic flagella are made of repeating units of the protein flagellin and they do not contain microtubule triplets. Mitosis and meiosis are missing in a prokaryotic cell and it divides by direct division (binary fission).
| Characteristics | Eukaryotic Cell | Prokaryotic Cell |
|---|---|---|
| Distinct Nucleus | Present | Absent |
| Number of chromosomes | More than one | One — but not a true chromosome: Plasmids |
| Cell Type | Usually multicellular | Usually unicellular (some cyanobacteria may be multicellular) |
| Example | Protozoans, Algae, Fungi, Animals, Plants | Bacteria and Archaea |
| Lysosomes and peroxisomes | Present | Absent |
| Microtubules | Present | Absent or rare |
| Endoplasmic reticulum | Present | Absent |
| Mitochondria | Present | Absent |
| Cytoskeleton | Present | May be absent |
| Vacuoles | Present | Present |
| Ribosomes | Larger | Smaller |
| Golgi apparatus | Present | Absent |
| Chloroplasts | Present (in plants) | Absent; chlorophyll scattered in the cytoplasm |
| Cell Division | Mitosis or meiosis | Mitosis and meiosis are missing; cell divides by direct division (binary fission) |
| Flagella | Membrane bounded; contains two central microtubules surrounded by an outer ring of nine doublet microtubules | Not membrane bounded; made of repeating units of flagellin; do not contain microtubule triplets |
| Cell wall | Only in plant cells and fungi (chemically simpler) | Composed of peptidoglycan (a single large polymer of amino acids and sugar) |
| Cell size | 10–100 µm | 1–10 µm |
بیکٹیریا اور آرکیا پروکیریوٹک خلیات سے بنے ہوتے ہیں جبکہ دیگر تمام اقسام یوکیریوٹک خلیات سے بنی ہوتی ہیں۔ پروکیریوٹک اور یوکیریوٹک دونوں خلیات میں ڈی این اے ان کا جینیاتی مادہ ہوتا ہے؛ دونوں میں پلازما ممبرینز ان کی پوشش ہوتی ہیں؛ اور دونوں میں پروٹین کی ترکیب کے لیے رائبوسومز ہوتے ہیں۔
پروکیریوٹک خلیات یوکیریوٹک خلیات سے بہت سادہ ہوتے ہیں۔ زیادہ تر پروکیریوٹک خلیات کی لمبائی 2 سے 8 µm ہوتی ہے یعنی ایک عام یوکیریوٹک خلیے کے سائز کا تقریباً دسواں حصہ۔ پروکیریوٹک خلیے میں نیوکلیس نہیں ہوتا۔ پروکیریوٹک خلیے کا بہت کم وسیع ڈی این اے کم و بیش مرکزی علاقے میں ہوتا ہے جسے نیوکلیئڈ (نیوکلیس جیسا) کہتے ہیں۔ پروکیریوٹک خلیے میں دیگر ممبرین سے بندھے آرگنیلز جیسے اینڈوپلازمک ریٹیکولم، مائٹوکونڈریا، کلوروپلاسٹ، گولجی اپریٹس، لائسوسومز، پیروکسیسومز وغیرہ بھی نہیں ہوتے۔ پروکیریوٹک خلیے کا پورا سائٹوپلازم ایک اکائی ہوتا ہے جس میں کوئی اندرونی سہارا دینے والی ساخت نہیں ہوتی۔ پروکیریوٹک خلیے میں رائبوسومز ہوتے ہیں لیکن یہ یوکیریوٹک خلیات کے رائبوسومز سے سائز میں چھوٹے ہوتے ہیں۔ پروکیریوٹک خلیات کے رائبوسومز کے چھوٹے اور بڑے سب یونٹس کی سویڈبرگ ویلیوز (سیڈیمنٹیشن کی شرح) بالترتیب 30S اور 50S ہیں۔ مکمل رائبوسوم کی سیڈیمنٹیشن کی شرح 70S ہے۔ زیادہ تر پروکیریوٹک خلیات کی پلازما ممبرین کے گرد ایک سیل وال ہوتی ہے لیکن اس میں سیلولوز نہیں ہوتا۔ یہ پیپٹیڈوگلائکن سے بنی ہوتی ہے جو امینو ایسڈز اور شکر کا ایک بڑا پولیمر ہے۔ بیکٹیریا میں سیل وال کے گرد ایک کیپسول بھی ہو سکتا ہے اور جڑنے کے لیے توسیع بھی ہو سکتی ہے جنہیں پائلی (واحد: پائلس) کہتے ہیں۔ پروکیریوٹک فلیجیلم فلیجیلن پروٹین کی بار بار آنے والی اکائیوں سے بنے ہوتے ہیں اور ان میں مائیکروٹیوبل ٹرپلٹس نہیں ہوتے۔ پروکیریوٹک خلیے میں مائٹوسس اور مییوسس نہیں ہوتے اور یہ براہ راست تقسیم (بائنری فشن) سے تقسیم ہوتا ہے۔
| خصوصیات | یوکیریوٹک خلیہ | پروکیریوٹک خلیہ |
|---|---|---|
| واضح نیوکلیس | موجود | غیر موجود |
| کروموسومز کی تعداد | ایک سے زیادہ | ایک — لیکن حقیقی کروموسوم نہیں: پلازمڈز |
| خلیے کی قسم | عام طور پر کثیر خلوی | عام طور پر یک خلوی (بعض سائینوبیکٹیریا کثیر خلوی ہو سکتے ہیں) |
| مثال | پروٹوزوا، الجی، فنجائی، جانور، پودے | بیکٹیریا اور آرکیا |
| لائسوسومز اور پیروکسیسومز | موجود | غیر موجود |
| مائیکروٹیوبلز | موجود | غیر موجود یا نایاب |
| اینڈوپلازمک ریٹیکولم | موجود | غیر موجود |
| مائٹوکونڈریا | موجود | غیر موجود |
| سائٹوسکیلیٹن | موجود | غیر موجود ہو سکتا ہے |
| ویکیولز | موجود | موجود |
| رائبوسومز | بڑے | چھوٹے |
| گولجی اپریٹس | موجود | غیر موجود |
| کلوروپلاسٹ | موجود (پودوں میں) | غیر موجود؛ کلوروفل سائٹوپلازم میں بکھرا ہوا |
| خلیے کی تقسیم | مائٹوسس یا مییوسس | مائٹوسس اور مییوسس غائب؛ خلیہ براہ راست تقسیم (بائنری فشن) سے تقسیم ہوتا ہے |
| فلیجیلم | ممبرین سے بندھا؛ دو مرکزی مائیکروٹیوبلز جن کے گرد نو ڈبلٹ مائیکروٹیوبلز کی بیرونی حلقہ ہوتی ہے | ممبرین سے بندھا نہیں؛ فلیجیلن کی بار بار آنے والی اکائیوں سے بنا؛ مائیکروٹیوبل ٹرپلٹس نہیں ہوتے |
| سیل وال | صرف پودوں کے خلیات اور فنجائی میں (کیمیائی طور پر سادہ) | پیپٹیڈوگلائکن سے بنی (امینو ایسڈز اور شکر کا ایک بڑا پولیمر) |
| خلیے کا سائز | 10–100 µm | 1–10 µm |
Cell signalling is the ability of cells to respond to stimuli from their environment producing cellular responses. It involves the transmission of signals between cells through a series of molecular events, often leading to a cellular response.
Steps of Cell Signalling. 1 — Signal Reception: Cell signalling begins when a signal molecule (ligand) binds to a receptor on the membrane of a target cell. These receptors are typically proteins embedded in the cell membrane but can also be located inside the cell. Each receptor is specific to a particular ligand. 2 — Signal Transduction: Once the receptor binds to the ligand, it undergoes a conformational change that activates an intracellular signalling pathway. This often involves a series of interactions and modifications, creating a signalling cascade that amplifies the signal. Small molecules like cAMP (cyclic AMP), calcium ions, and inositol triphosphate (IP3) can act as second messengers, transmitting the signal from the receptor to target molecules inside the cell. 3 — Cellular Response: The signal transduction pathway often leads to changes in gene expression, turning specific genes on or off. This can result in various cellular responses, such as cell growth, division, differentiation, or apoptosis (programmed cell death). Signalling can also lead to changes in cellular metabolism, enzyme activity, or the opening and closing of ion channels.
Pathways of Cell Signals from Outside to Inside. Cell signalling pathways involve the transmission of signals from the cell's exterior to its interior, resulting in a specific cellular response. There are two main types of signalling pathways.
Protein/Peptide Signalling. Protein or peptide signalling molecules are water-soluble. So, they cannot pass through the plasma membrane. When such a ligand approaches the cell surface, it binds to its specific receptor on the plasma membrane. This binding causes a conformational change in the receptor protein and activates it. The activated receptor triggers a series of reactions within the cell. These reactions generate a second messenger like cyclic AMP (cAMP) which starts changes e.g., changes in gene expression. The pathway can lead to changes in metabolism, cell growth, division, or apoptosis.
Steroid Signalling. Steroid hormones, being lipophilic, can diffuse through the plasma membrane of the target cell. Once inside, they bind to specific intracellular receptors located in the cytoplasm or nucleus. This binding results in the formation of an active receptor-hormone complex which moves into the nucleus if it was not already there. Inside the nucleus, the receptor-hormone complex binds to specific DNA sequences in target genes. This binding regulates the transcription of these genes, leading to increased or decreased production of specific proteins.
سیل سگنلنگ خلیات کی اپنے ماحول سے محرکات کا جواب دینے کی صلاحیت ہے جس سے خلوی ردعمل پیدا ہوتے ہیں۔ اس میں مالیکیولر واقعات کی ایک سیریز کے ذریعے خلیات کے درمیان سگنلز کی ترسیل شامل ہوتی ہے جو اکثر خلوی ردعمل کا باعث بنتی ہے۔
سیل سگنلنگ کے مراحل۔ 1 — سگنل کی وصولی: سیل سگنلنگ اس وقت شروع ہوتی ہے جب ایک سگنل مالیکیول (لیگنڈ) ہدف خلیے کی ممبرین پر ایک ریسیپٹر سے جڑتا ہے۔ یہ ریسیپٹرز عام طور پر سیل ممبرین میں موجود پروٹینز ہوتے ہیں لیکن خلیے کے اندر بھی ہو سکتے ہیں۔ ہر ریسیپٹر ایک مخصوص لیگنڈ کے لیے مخصوص ہوتا ہے۔ 2 — سگنل کی ترسیل: ایک بار جب ریسیپٹر لیگنڈ سے جڑ جاتا ہے تو اس میں ساخت کی تبدیلی آتی ہے جو خلیے کے اندر سگنلنگ کا راستہ فعال کرتی ہے۔ اس میں اکثر تعاملات اور ترمیم کی ایک سیریز شامل ہوتی ہے جو سگنل کو بڑھانے والا ایک سگنلنگ سلسلہ بناتی ہے۔ چھوٹے مالیکیولز جیسے cAMP (سائکلک AMP)، کیلشیم آئنز اور انوسیٹول ٹرائی فاسفیٹ (IP3) دوسرے پیغام رساں کے طور پر کام کر سکتے ہیں جو سگنل کو ریسیپٹر سے خلیے کے اندر ہدف مالیکیولز تک پہنچاتے ہیں۔ 3 — خلوی ردعمل: سگنل کی ترسیل کا راستہ اکثر جین کے اظہار میں تبدیلی کا باعث بنتا ہے، مخصوص جینز کو آن یا آف کرتا ہے۔ اس سے مختلف خلوی ردعمل پیدا ہو سکتے ہیں جیسے خلیے کی نشوونما، تقسیم، تفریق یا اپوپٹوسس (پروگرام شدہ خلیے کی موت)۔ سگنلنگ خلوی میٹابولزم، انزائم کی سرگرمی یا آئن چینلز کے کھلنے اور بند ہونے میں تبدیلی کا باعث بھی بن سکتی ہے۔
باہر سے اندر تک سیل سگنلز کے راستے۔ سیل سگنلنگ کے راستوں میں خلیے کے باہر سے اس کے اندر تک سگنلز کی ترسیل شامل ہوتی ہے جس سے ایک مخصوص خلوی ردعمل پیدا ہوتا ہے۔ سگنلنگ کے راستوں کی دو اہم اقسام ہیں۔
پروٹین/پیپٹائیڈ سگنلنگ۔ پروٹین یا پیپٹائیڈ سگنلنگ مالیکیولز پانی میں حل پذیر ہوتے ہیں۔ اس لیے وہ پلازما ممبرین سے نہیں گزر سکتے۔ جب ایسا لیگنڈ خلیے کی سطح کے قریب آتا ہے تو وہ پلازما ممبرین پر اپنے مخصوص ریسیپٹر سے جڑ جاتا ہے۔ یہ جڑنا ریسیپٹر پروٹین میں ساخت کی تبدیلی کا باعث بنتا ہے اور اسے فعال کرتا ہے۔ فعال شدہ ریسیپٹر خلیے کے اندر تعاملات کی ایک سیریز کو متحرک کرتا ہے۔ یہ تعاملات سائکلک AMP (cAMP) جیسا دوسرا پیغام رساں بناتے ہیں جو تبدیلیاں شروع کرتا ہے جیسے جین کے اظہار میں تبدیلی۔ یہ راستہ میٹابولزم، خلیے کی نشوونما، تقسیم یا اپوپٹوسس میں تبدیلی کا باعث بن سکتا ہے۔
اسٹیرائیڈ سگنلنگ۔ اسٹیرائیڈ ہارمونز چربی پسند ہونے کی وجہ سے ہدف خلیے کی پلازما ممبرین سے پھیل سکتے ہیں۔ اندر جانے کے بعد وہ سائٹوپلازم یا نیوکلیس میں موجود مخصوص اندرونی ریسیپٹرز سے جڑ جاتے ہیں۔ یہ جڑنا ایک فعال ریسیپٹر ہارمون کمپلیکس بناتا ہے جو نیوکلیس میں چلا جاتا ہے اگر وہ پہلے سے وہاں نہ ہو۔ نیوکلیس کے اندر ریسیپٹر ہارمون کمپلیکس ہدف جینز میں مخصوص ڈی این اے ترتیبوں سے جڑ جاتا ہے۔ یہ جڑنا ان جینز کی نقل کو کنٹرول کرتا ہے جس سے مخصوص پروٹینز کی پیداوار بڑھ یا کم ہو جاتی ہے۔
You know that the movement of substances in and out of cells is crucial for cellular functions. These movements are done for nutrient uptake, waste elimination, gas exchange, and signal transduction. Cells rely on the plasma membrane for regulating the movement of substances in and out of the cell. Membrane transport mechanisms are essential processes that enable the cell to maintain homeostasis, acquire nutrients, remove waste products, and communicate with its environment. While exchanging matter with the cells' environment, plasma membranes maintain equilibrium inside the cell as well as outside. These mechanisms include two mechanisms i.e., passive transport (which requires no energy input) and active transport (which utilizes energy).
Passive Transport. The movement of molecules across the plasma membrane without any expenditure of energy is called passive transport. The following are the types of passive transport.
Diffusion. Diffusion is the net movement of a substance (liquid or gas) from an area of higher concentration to one of lower concentration i.e., along the concentration gradient. Because a cell does not expend energy when molecules diffuse across its membrane, the diffusion of molecules is a type of passive transport.
Facilitated Diffusion. Some molecules are taken into or out of the cells with the help of transport-proteins present in the plasma membranes. When a transport protein helps a substance to move down its concentration gradient (from higher to lower concentration), the process is called facilitated diffusion. It is also a type of passive transport because no energy is used in facilitated diffusion. The rate of facilitated diffusion depends on how many transport-protein molecules are available in the membrane. The main types of transport proteins involved in facilitated diffusion are: 1. Channel Proteins: These proteins form hydrophilic channels across the membrane that allow specific molecules or ions to pass through. They can be gated or non-gated. Gated channels open or close in response to specific stimuli (such as voltage changes, ligand binding, or mechanical stress). Examples include ion channels (allow the passage of specific ions e.g., Na+, K+, Ca2+, Cl−) and aquaporins (facilitate the rapid transport of water molecules). 2. Carrier Proteins (Transporters): These proteins bind to the specific molecule they transport, undergo a conformational change, and move the molecule across the membrane. They are highly specific for the molecule they transport. They can become saturated, meaning there is a maximum rate of transport when all carrier proteins are occupied. Examples include glucose transporters (facilitate the transport of glucose) and amino acid transporters (transport specific amino acids into or out of the cell).
| Simple Diffusion | Facilitated Diffusion | |
|---|---|---|
| Mechanism | Substances move from higher concentration to lower concentration directly through the lipid bilayer of the plasma membrane. | Substances move from higher concentration to lower concentration through specific transport proteins embedded in the plasma membrane. |
| Energy Requirement | It is a passive transport mechanism, requiring no energy input from the cell. | It is also a passive transport mechanism and does not require energy. |
| Types of Molecules | Typically involves small, nonpolar molecules such as oxygen, carbon dioxide, and lipid-soluble substances. | Primarily involves polar or charged molecules, such as glucose, amino acids, and ions, which cannot easily pass through the hydrophobic core of the lipid bilayer. |
| Rate of Movement | The rate depends on the concentration gradient, temperature, and the permeability of the membrane. | The rate can be affected by the number and availability of transport proteins and can reach a maximum rate when all transport proteins are saturated. |
Osmosis. The process by which water molecules diffuse across a cell membrane from an area of higher concentration to an area of lower concentration is called osmosis. Because water is moving from a higher to lower concentration, osmosis does not require cells to expend energy. Therefore, osmosis is the passive transport of water. The direction of osmosis depends on the concentration of solutes on the two sides of the membrane. Water always moves from a hypotonic solution (with lower solute concentration) to a hypertonic solution (with higher solute concentration). The term tonicity refers to the relative concentration of solutes in the solutions. Hypertonic solutions are those in which more solute is present. Hypotonic solutions are those with less solute. Isotonic solutions have equal concentrations of solutes. Osmosis occurs through a selectively permeable membrane, which allows water to pass while restricting many solutes. Osmosis is crucial for maintaining cell turgor, which is vital for plant cells, and for balancing the internal water content in cells. The direction and rate of osmosis are influenced by the osmotic gradient and the permeability of the membrane to water. Specialized proteins called aquaporins facilitate the rapid transport of water molecules across the cell membrane, ensuring efficient regulation of cellular hydration and volume.
Reverse osmosis is a widely used technology for purifying water by removing contaminants and impurities. Unlike natural osmosis, which moves water from a lower to a higher solute concentration, reverse osmosis applies external pressure to push water through a semi-permeable membrane from a higher to a lower solute concentration. This process effectively filters out dissolved salts and other impurities, providing clean and safe drinking water. Reverse osmosis is commonly used in water treatment plants, desalination facilities, and even in household water purification systems.
Active Transport. The movement of substances across the plasma membrane from lower concentration to higher concentration with the expenditure of energy is known as active transport. The following types of active transport occur through the plasma membrane.
Active transport through carrier proteins. In this process, carrier (transport) proteins in the plasma membrane use energy to move the molecules against the concentration gradient. For example, the membranes of nerve cells have carrier proteins in the form of the "sodium-potassium pump". In a resting (not conducting nerve impulse) nerve cell, this pump spends energy (ATP) to maintain higher concentrations of K+ and lower concentrations of Na+ inside the cell. For this purpose, the pump actively moves Na+ to the outside of the cell and K+ to the inside of the cell.
Endocytosis. In endocytosis, bulky materials are moved into the cell across the plasma membrane. During endocytosis a portion of the plasma membrane invaginates (depressed inward). The material from outside is taken inside the invagination, and its ends seal. Thus, a small vesicle is formed. It detaches from the plasma membrane and moves into the cytoplasm. The two common forms of endocytosis are phagocytosis and pinocytosis. In phagocytosis the cell takes in solid material while in pinocytosis the cell takes in liquids in the form of droplets. Receptor-mediated endocytosis: Specific receptor proteins of the plasma membrane pick up material from outside and pinch inside to form a vesicle. For example, the cells of the liver have receptor proteins for cholesterol. Cholesterol circulates in our blood in the form of low-density-lipoproteins (LDLs). The receptor proteins of the plasma membrane of liver cells recognize and take up LDLs from the blood by receptor-mediated endocytosis.
Exocytosis. It is the process through which bulky material is exported out of the cell. In exocytosis, the bulky material is packed inside a membrane and a vesicle is formed. The vesicle moves to the plasma membrane and fuses with it to release its contents into the extracellular environment.
آپ جانتے ہیں کہ خلیات میں مادوں کی آمد و رفت خلوی کاموں کے لیے بہت اہم ہے۔ یہ حرکتیں غذائی اجزا لینے، فضلہ نکالنے، گیسوں کے تبادلے اور سگنل کی ترسیل کے لیے ہوتی ہیں۔ خلیات پلازما ممبرین پر انحصار کرتے ہیں جو خلیے کے اندر اور باہر مادوں کی حرکت کو کنٹرول کرتی ہے۔ ممبرین ٹرانسپورٹ کے طریقے ضروری عمل ہیں جو خلیے کو ہومیوسٹیسس برقرار رکھنے، غذائی اجزا حاصل کرنے، فضلہ مصنوعات نکالنے اور اپنے ماحول سے رابطہ کرنے میں مدد دیتے ہیں۔ خلیات کے ماحول سے مادوں کا تبادلہ کرتے ہوئے پلازما ممبرینز خلیے کے اندر اور باہر توازن برقرار رکھتی ہیں۔ ان طریقوں میں دو طریقے شامل ہیں یعنی پیسو ٹرانسپورٹ (جس میں توانائی کی ضرورت نہیں ہوتی) اور ایکٹو ٹرانسپورٹ (جس میں توانائی استعمال ہوتی ہے)۔
پیسو ٹرانسپورٹ۔ پلازما ممبرین کے پار مالیکیولز کی بغیر کسی توانائی کے خرچ کے حرکت کو پیسو ٹرانسپورٹ کہتے ہیں۔ پیسو ٹرانسپورٹ کی اقسام درج ذیل ہیں۔
ڈیفیوژن۔ ڈیفیوژن کسی مادے (مائع یا گیس) کی زیادہ ارتکاز والے علاقے سے کم ارتکاز والے علاقے کی طرف خالص حرکت ہے یعنی ارتکاز کے میلان کے ساتھ۔ چونکہ خلیہ مالیکیولز کے اپنی ممبرین سے پھیلنے پر توانائی خرچ نہیں کرتا، اس لیے مالیکیولز کی ڈیفیوژن پیسو ٹرانسپورٹ کی ایک قسم ہے۔
فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن۔ بعض مالیکیولز پلازما ممبرینز میں موجود ٹرانسپورٹ پروٹینز کی مدد سے خلیات میں لیے یا ان سے نکالے جاتے ہیں۔ جب کوئی ٹرانسپورٹ پروٹین کسی مادے کو اس کے ارتکاز کے میلان کے نیچے (زیادہ سے کم ارتکاز کی طرف) حرکت کرنے میں مدد دیتی ہے تو اس عمل کو فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن کہتے ہیں۔ یہ بھی پیسو ٹرانسپورٹ کی ایک قسم ہے کیونکہ فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن میں توانائی استعمال نہیں ہوتی۔ فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن کی شرح اس بات پر منحصر ہوتی ہے کہ ممبرین میں کتنے ٹرانسپورٹ پروٹین مالیکیولز دستیاب ہیں۔ فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن میں شامل ٹرانسپورٹ پروٹینز کی اہم اقسام یہ ہیں: 1۔ چینل پروٹینز: یہ پروٹینز ممبرین کے پار ہائیڈروفیلک چینلز بناتی ہیں جو مخصوص مالیکیولز یا آئنز کو گزرنے دیتی ہیں۔ یہ گیٹڈ یا نان گیٹڈ ہو سکتی ہیں۔ گیٹڈ چینلز مخصوص محرکات (جیسے وولٹیج کی تبدیلی، لیگنڈ کا جڑنا یا میکانیکی دباؤ) کے جواب میں کھلتے یا بند ہوتے ہیں۔ مثالوں میں آئن چینلز (مخصوص آئنز جیسے Na+، K+، Ca2+، Cl− کو گزرنے دیتے ہیں) اور ایکواپورنز (پانی کے مالیکیولز کی تیز نقل و حمل میں مدد دیتے ہیں) شامل ہیں۔ 2۔ کیریئر پروٹینز (ٹرانسپورٹرز): یہ پروٹینز اس مخصوص مالیکیول سے جڑتی ہیں جسے وہ منتقل کرتی ہیں، ساخت کی تبدیلی سے گزرتی ہیں اور مالیکیول کو ممبرین کے پار منتقل کرتی ہیں۔ یہ اس مالیکیول کے لیے بہت مخصوص ہوتی ہیں جسے وہ منتقل کرتی ہیں۔ یہ سیچوریٹ ہو سکتی ہیں یعنی جب تمام کیریئر پروٹینز مصروف ہوں تو نقل و حمل کی زیادہ سے زیادہ شرح ہوتی ہے۔ مثالوں میں گلوکوز ٹرانسپورٹرز (گلوکوز کی نقل و حمل میں مدد دیتے ہیں) اور امینو ایسڈ ٹرانسپورٹرز (مخصوص امینو ایسڈز کو خلیے میں یا اس سے باہر منتقل کرتے ہیں) شامل ہیں۔
| سادہ ڈیفیوژن | فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن | |
|---|---|---|
| طریقہ کار | مادے زیادہ ارتکاز سے کم ارتکاز کی طرف براہ راست پلازما ممبرین کی لپڈ بائی لیئر سے گزر کر حرکت کرتے ہیں۔ | مادے زیادہ ارتکاز سے کم ارتکاز کی طرف پلازما ممبرین میں موجود مخصوص ٹرانسپورٹ پروٹینز سے گزر کر حرکت کرتے ہیں۔ |
| توانائی کی ضرورت | یہ ایک پیسو ٹرانسپورٹ طریقہ ہے جس میں خلیے سے توانائی کی ضرورت نہیں ہوتی۔ | یہ بھی ایک پیسو ٹرانسپورٹ طریقہ ہے اور اس میں توانائی کی ضرورت نہیں ہوتی۔ |
| مالیکیولز کی اقسام | عام طور پر چھوٹے غیر پولر مالیکیولز جیسے آکسیجن، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور لپڈ میں حل پذیر مادے شامل ہوتے ہیں۔ | بنیادی طور پر پولر یا چارج والے مالیکیولز جیسے گلوکوز، امینو ایسڈز اور آئنز شامل ہوتے ہیں جو لپڈ بائی لیئر کے ہائیڈروفوبک مرکز سے آسانی سے نہیں گزر سکتے۔ |
| حرکت کی شرح | شرح ارتکاز کے میلان، درجہ حرارت اور ممبرین کی نفوذ پذیری پر منحصر ہوتی ہے۔ | شرح ٹرانسپورٹ پروٹینز کی تعداد اور دستیابی سے متاثر ہو سکتی ہے اور جب تمام ٹرانسپورٹ پروٹینز سیچوریٹ ہو جائیں تو زیادہ سے زیادہ شرح تک پہنچ سکتی ہے۔ |
اسموسس۔ وہ عمل جس سے پانی کے مالیکیولز سیل ممبرین کے پار زیادہ ارتکاز والے علاقے سے کم ارتکاز والے علاقے کی طرف پھیلتے ہیں اسموسس کہلاتا ہے۔ چونکہ پانی زیادہ سے کم ارتکاز کی طرف حرکت کر رہا ہے، اس لیے اسموسس میں خلیات کو توانائی خرچ کرنے کی ضرورت نہیں ہوتی۔ اس لیے اسموسس پانی کی پیسو ٹرانسپورٹ ہے۔ اسموسس کی سمت ممبرین کے دونوں طرف محلول کی ارتکاز پر منحصر ہوتی ہے۔ پانی ہمیشہ ہائپوٹونک محلول (کم محلول ارتکاز والا) سے ہائپرٹونک محلول (زیادہ محلول ارتکاز والا) کی طرف حرکت کرتا ہے۔ ٹونیسٹی کی اصطلاح محلولوں میں محلول کی نسبتہ ارتکاز کو کہتے ہیں۔ ہائپرٹونک محلول وہ ہیں جن میں زیادہ محلول ہوتا ہے۔ ہائپوٹونک محلول وہ ہیں جن میں کم محلول ہوتا ہے۔ آئسوٹونک محلولوں میں محلول کی برابر ارتکاز ہوتی ہے۔ اسموسس ایک منتخب نفوذ پذیر ممبرین سے ہوتا ہے جو پانی کو گزرنے دیتی ہے جبکہ بہت سے محلول کو روکتی ہے۔ اسموسس سیل ٹرگر کو برقرار رکھنے کے لیے بہت اہم ہے جو پودوں کے خلیات کے لیے حیاتی ہے، اور خلیات میں اندرونی پانی کی مقدار کو متوازن رکھنے کے لیے بھی۔ اسموسس کی سمت اور شرح اسموسٹک میلان اور ممبرین کی پانی کے لیے نفوذ پذیری سے متاثر ہوتی ہے۔ ایکواپورنز نامی مخصوص پروٹینز سیل ممبرین کے پار پانی کے مالیکیولز کی تیز نقل و حمل میں مدد دیتی ہیں جس سے خلوی ہائیڈریشن اور حجم کا مؤثر کنٹرول یقینی بنتا ہے۔
ریورس اسموسس پانی کو صاف کرنے کی ایک وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والی ٹیکنالوجی ہے جو آلودگی اور نجاست کو دور کرتی ہے۔ قدرتی اسموسس کے برعکس جو پانی کو کم سے زیادہ محلول ارتکاز کی طرف لے جاتا ہے، ریورس اسموسس بیرونی دباؤ لگا کر پانی کو نیم نفوذ پذیر ممبرین سے زیادہ سے کم محلول ارتکاز کی طرف دھکیلتا ہے۔ یہ عمل حل شدہ نمکیات اور دیگر نجاست کو مؤثر طریقے سے چھانٹ دیتا ہے جس سے صاف اور محفوظ پینے کا پانی ملتا ہے۔ ریورس اسموسس عام طور پر واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹس، ڈی سیلینیشن کی سہولیات اور یہاں تک کہ گھریلو پانی صاف کرنے کے نظاموں میں استعمال ہوتا ہے۔
ایکٹو ٹرانسپورٹ۔ پلازما ممبرین کے پار مادوں کی کم ارتکاز سے زیادہ ارتکاز کی طرف توانائی کے خرچ سے حرکت کو ایکٹو ٹرانسپورٹ کہتے ہیں۔ پلازما ممبرین سے درج ذیل قسم کی ایکٹو ٹرانسپورٹ ہوتی ہے۔
کیریئر پروٹینز کے ذریعے ایکٹو ٹرانسپورٹ۔ اس عمل میں پلازما ممبرین میں موجود کیریئر (ٹرانسپورٹ) پروٹینز توانائی استعمال کر کے مالیکیولز کو ارتکاز کے میلان کے خلاف حرکت دیتی ہیں۔ مثال کے طور پر اعصابی خلیات کی ممبرینز میں سوڈیم پوٹاشیم پمپ کی صورت میں کیریئر پروٹینز ہوتی ہیں۔ آرام دہ (اعصابی تحریک نہ پہنچانے والے) اعصابی خلیے میں یہ پمپ توانائی (ATP) خرچ کر کے خلیے کے اندر K+ کی زیادہ اور Na+ کی کم ارتکاز برقرار رکھتا ہے۔ اس مقصد کے لیے پمپ Na+ کو خلیے سے باہر اور K+ کو خلیے کے اندر فعال طور پر منتقل کرتا ہے۔
اینڈوسائٹوسس۔ اینڈوسائٹوسس میں بڑے مواد کو پلازما ممبرین کے پار خلیے میں لے جایا جاتا ہے۔ اینڈوسائٹوسس کے دوران پلازما ممبرین کا ایک حصہ اندر کی طرف دھنستا ہے (انویجینیٹ ہوتا ہے)۔ باہر سے مواد انویجینیشن کے اندر لے جایا جاتا ہے اور اس کے سرے بند ہو جاتے ہیں۔ اس طرح ایک چھوٹی ویسیکل بنتی ہے۔ یہ پلازما ممبرین سے الگ ہو کر سائٹوپلازم میں چلی جاتی ہے۔ اینڈوسائٹوسس کی دو عام اقسام فیگوسائٹوسس اور پائنوسائٹوسس ہیں۔ فیگوسائٹوسس میں خلیہ ٹھوس مواد لیتا ہے جبکہ پائنوسائٹوسس میں خلیہ مائع قطرے کی صورت میں لیتا ہے۔ ریسیپٹر میڈیٹڈ اینڈوسائٹوسس: پلازما ممبرین کی مخصوص ریسیپٹر پروٹینز باہر سے مواد اٹھاتی ہیں اور اندر کی طرف سکڑ کر ویسیکل بناتی ہیں۔ مثال کے طور پر جگر کے خلیات میں کولیسٹرول کے لیے ریسیپٹر پروٹینز ہوتی ہیں۔ کولیسٹرول ہمارے خون میں لو ڈینسٹی لیپوپروٹینز (LDLs) کی صورت میں گردش کرتا ہے۔ جگر کے خلیات کی پلازما ممبرین کی ریسیپٹر پروٹینز ریسیپٹر میڈیٹڈ اینڈوسائٹوسس سے خون سے LDLs کو پہچان کر اٹھاتی ہیں۔
ایگزوسائٹوسس۔ یہ وہ عمل ہے جس سے بڑا مواد خلیے سے باہر برآمد کیا جاتا ہے۔ ایگزوسائٹوسس میں بڑا مواد ایک ممبرین کے اندر پیک کیا جاتا ہے اور ایک ویسیکل بنتی ہے۔ ویسیکل پلازما ممبرین کی طرف حرکت کرتی ہے اور اس سے مل کر اپنے مواد کو بیرونی ماحول میں چھوڑ دیتی ہے۔
Stem cells are unique cells with the remarkable ability to develop into many different cell types in the body. When a stem cell divides, each new cell has the potential either to remain a stem cell or to become a specialized cell, such as a muscle cell, a red blood cell, or a brain cell.
Major categories of stem cells on the basis of the number of types of cells which they can make: 1. Totipotent: These stem cells can differentiate into all possible cell types. For example, the zygote and the cells produced by the first few divisions in the zygote. 2. Pluripotent: These cells can turn into almost any cell. For example, cells from the early embryo. 3. Multipotent: These cells can differentiate into a closely related family of cells. For example, the hematopoietic stem cells can become red and white blood cells or platelets. 4. Oligopotent: These can differentiate into a few different cell types. For example, adult lymphoid or myeloid stem cells. 5. Unipotent: These only produce cells of one kind, which is their own type. However, they are still stem cells because they can renew themselves. For example, adult muscle stem cells.
Use of Stem Cells. 1. Regenerative Medicine: Stem cells have the potential to repair or replace damaged tissues and organs. Therefore, they are used for treating conditions such as spinal cord injuries, type 1 diabetes, Parkinson's disease, and heart disease. 2. Drug Testing and Development: By differentiating stem cells into specific cell types, researchers can create models of human diseases, allowing for more accurate testing of drug effects and reducing the reliance on animal models. 3. Personalized Medicine: Stem cells can be derived from a patient's own cells, reducing the risk of immune rejection when used in treatments. This personalized approach can lead to more effective and safer therapies.
Categories of Stem Cells on the basis of their origin: 1 — Embryonic Stem Cells (ESCs): ESCs are derived from the inner cell mass of blastocysts (early-stage embryos). These stem cells are pluripotent, meaning they can differentiate into nearly all cell types in the body. They have high differentiation potential, making them extremely versatile for research and therapy. Ethical concerns of using ESCs include the use of human embryos, risk of teratoma formation, and potential immune rejection. 2 — Adult Stem Cells (ASCs): These stem cells are found in various tissues throughout the body, such as bone marrow, fat, and blood. They are multipotent, meaning they can differentiate into a limited range of cell types related to their tissue of origin. Using them involves less ethical controversy, lower risk of immune rejection when derived from the patient's own tissues. However, they have limited differentiation potential and are harder to isolate and culture. 3 — Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs): They are generated in the lab by reprogramming adult somatic cells to a pluripotent state using specific transcription factors. They are pluripotent, similar to embryonic stem cells.
Advantages of using iPSCs: They do not have the ethical controversies linked to embryonic stem cells, as they do not require the destruction of embryos. They can be generated from a patient's own cells, minimizing the risk of immune rejection. They offer potential for regenerating damaged tissues and organs (e.g., new heart cells for patients with heart disease or new neurons for patients with neurodegenerative conditions).
Disadvantages of using iPSCs: The reprogramming process can introduce genetic changes that may affect iPSCs. They could form tumours (teratomas) when transplanted into patients. Directing iPSCs to differentiate into specific, fully functional cell types remains a complex task. It is still difficult to ensure that these cells function properly.
اسٹیم سیلز منفرد خلیات ہیں جن میں جسم میں کئی مختلف قسم کے خلیات بننے کی حیران کن صلاحیت ہوتی ہے۔ جب کوئی اسٹیم سیل تقسیم ہوتا ہے تو ہر نئے خلیے میں یہ صلاحیت ہوتی ہے کہ وہ یا تو اسٹیم سیل رہے یا مخصوص خلیہ بن جائے جیسے پٹھوں کا خلیہ، سرخ خون کا خلیہ یا دماغ کا خلیہ۔
اسٹیم سیلز کی بڑی اقسام ان خلیات کی تعداد کی بنیاد پر جو وہ بنا سکتے ہیں: 1۔ ٹوٹی پوٹنٹ: یہ اسٹیم سیلز تمام ممکنہ خلیات کی اقسام میں تبدیل ہو سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر زائیگوٹ اور زائیگوٹ میں پہلی چند تقسیموں سے بننے والے خلیات۔ 2۔ پلوری پوٹنٹ: یہ خلیات تقریباً کسی بھی خلیے میں تبدیل ہو سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر ابتدائی جنین کے خلیات۔ 3۔ ملٹی پوٹنٹ: یہ خلیات قریبی متعلقہ خلیات کے خاندان میں تبدیل ہو سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر ہیماٹوپوئیٹک اسٹیم سیلز سرخ اور سفید خون کے خلیات یا پلیٹلیٹس بن سکتے ہیں۔ 4۔ اولیگو پوٹنٹ: یہ چند مختلف قسم کے خلیات میں تبدیل ہو سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر بالغ لمفائیڈ یا مائیلائیڈ اسٹیم سیلز۔ 5۔ یونی پوٹنٹ: یہ صرف ایک قسم کے خلیات بناتے ہیں جو ان کی اپنی قسم ہے۔ تاہم وہ پھر بھی اسٹیم سیلز ہیں کیونکہ وہ خود کو تجدید کر سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر بالغ پٹھوں کے اسٹیم سیلز۔
اسٹیم سیلز کا استعمال۔ 1۔ ری جنریٹیو میڈیسن: اسٹیم سیلز میں خراب ٹشوز اور اعضا کی مرمت یا تبدیلی کی صلاحیت ہوتی ہے۔ اس لیے وہ ریڑھ کی ہڈی کی چوٹوں، ٹائپ 1 ذیابیطس، پارکنسن کی بیماری اور دل کی بیماری جیسی حالتوں کے علاج کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ 2۔ ادویات کی جانچ اور تیاری: اسٹیم سیلز کو مخصوص خلیات کی اقسام میں تبدیل کر کے محققین انسانی بیماریوں کے ماڈل بنا سکتے ہیں جس سے ادویات کے اثرات کی زیادہ درست جانچ ممکن ہوتی ہے اور جانوروں کے ماڈلز پر انحصار کم ہوتا ہے۔ 3۔ ذاتی نوعیت کی طب: اسٹیم سیلز مریض کے اپنے خلیات سے حاصل کیے جا سکتے ہیں جس سے علاج میں مدافعتی مسترد ہونے کا خطرہ کم ہوتا ہے۔ یہ ذاتی نوعیت کا طریقہ زیادہ مؤثر اور محفوظ علاج کا باعث بن سکتا ہے۔
اسٹیم سیلز کی اقسام ان کی ابتدا کی بنیاد پر: 1 — ایمبریونک اسٹیم سیلز (ESCs): ESCs بلاسٹوسسٹ (ابتدائی مرحلے کے جنین) کے اندرونی خلیاتی ماس سے حاصل کیے جاتے ہیں۔ یہ اسٹیم سیلز پلوری پوٹنٹ ہوتے ہیں یعنی وہ جسم میں تقریباً تمام خلیات کی اقسام میں تبدیل ہو سکتے ہیں۔ ان میں تفریق کی اعلیٰ صلاحیت ہوتی ہے جس سے وہ تحقیق اور علاج کے لیے انتہائی ورسٹائل ہوتے ہیں۔ ESCs کے استعمال سے متعلق اخلاقی خدشات میں انسانی جنین کا استعمال، ٹیراٹوما بننے کا خطرہ اور مدافعتی مسترد ہونے کا امکان شامل ہیں۔ 2 — بالغ اسٹیم سیلز (ASCs): یہ اسٹیم سیلز جسم میں مختلف ٹشوز جیسے بون میرو، چربی اور خون میں پائے جاتے ہیں۔ یہ ملٹی پوٹنٹ ہوتے ہیں یعنی وہ اپنی ابتدا کے ٹشو سے متعلق محدود اقسام کے خلیات میں تبدیل ہو سکتے ہیں۔ ان کا استعمال کم اخلاقی تنازعہ رکھتا ہے، مریض کے اپنے ٹشوز سے حاصل کرنے پر مدافعتی مسترد ہونے کا خطرہ کم ہوتا ہے۔ تاہم ان میں تفریق کی صلاحیت محدود ہوتی ہے اور انہیں الگ کرنا اور کلچر کرنا مشکل ہوتا ہے۔ 3 — انڈیوسڈ پلوری پوٹنٹ اسٹیم سیلز (iPSCs): یہ لیب میں بالغ سوماٹک خلیات کو مخصوص ٹرانسکرپشن فیکٹرز استعمال کر کے پلوری پوٹنٹ حالت میں دوبارہ پروگرام کر کے بنائے جاتے ہیں۔ یہ پلوری پوٹنٹ ہوتے ہیں جو ایمبریونک اسٹیم سیلز سے ملتے جلتے ہیں۔
iPSCs کے استعمال کے فوائد: ان سے ایمبریونک اسٹیم سیلز سے منسلک اخلاقی تنازعات نہیں ہوتے کیونکہ انہیں جنین کی تباہی کی ضرورت نہیں ہوتی۔ انہیں مریض کے اپنے خلیات سے بنایا جا سکتا ہے جس سے مدافعتی مسترد ہونے کا خطرہ کم ہوتا ہے۔ وہ خراب ٹشوز اور اعضا کی تجدید کی صلاحیت رکھتے ہیں (جیسے دل کی بیماری والے مریضوں کے لیے نئے دل کے خلیات یا نیوروڈیجنریٹیو حالتوں والے مریضوں کے لیے نئے نیورونز)۔
iPSCs کے استعمال کے نقصانات: دوبارہ پروگرامنگ کا عمل جینیاتی تبدیلیاں لا سکتا ہے جو iPSCs کو متاثر کر سکتی ہیں۔ مریضوں میں ٹرانسپلانٹ کرنے پر وہ ٹیومر (ٹیراٹوما) بنا سکتے ہیں۔ iPSCs کو مخصوص مکمل فعال خلیات کی اقسام میں تبدیل کرنے کی ہدایت دینا ایک پیچیدہ کام رہتا ہے۔ یہ یقینی بنانا ابھی بھی مشکل ہے کہ یہ خلیات درست طریقے سے کام کریں۔
یہ سوال FSc Part 1 Biology کی نئی کتاب, Chapter 3 (Cells and Subcellular Organelles) کی official exercise سے لیے گئے ہیں — جواب کے ساتھ, تاکہ student آرام سے answer لے سکے.
یہ سوالات ایف ایس سی پارٹ 1 بیالوجی کی نئی کتاب، باب 3 کی سرکاری ایکسرسائز سے لیے گئے ہیں — جوابات کے ساتھ۔
1. Which of the following organelles has no DNA?
Answer: (c) Endoplasmic reticulum — mitochondria, chloroplasts and the nucleus all contain DNA; the endoplasmic reticulum has none. جواب: اینڈوپلازمک ریٹیکولم — مائٹوکونڈریا، کلوروپلاسٹ اور نیوکلیس سب میں ڈی این اے ہوتا ہے؛ اینڈوپلازمک ریٹیکولم میں نہیں ہوتا۔
2. Which of the following is NOT true about chromosomes?
Answer: (d) Many DNA molecules attached end to end — each chromosome is one single, long DNA molecule wrapped around histone proteins, not many DNA molecules joined end to end. جواب: بہت سے ڈی این اے مالیکیولز سرے سے سرے جڑے ہونا — ہر کروموسوم ایک ہی لمبا ڈی این اے مالیکیول ہے جو ہسٹون پروٹینز کے گرد لپٹا ہوتا ہے، بہت سے ڈی این اے مالیکیولز کا جوڑ نہیں۔
3. The centriole is made of microtubules and is mainly involved in the organization of:
Answer: (b) Spindle fibres — centrioles (two, at right angles, each of nine microtubule triplets) organize the spindle fibres during cell division. جواب: اسپنڈل فائبرز — سینٹریولز (دو، عمودی زاویے پر، ہر ایک نو مائیکروٹیوبل ٹرپلٹس کا) خلیے کی تقسیم کے دوران اسپنڈل فائبرز کو منظم کرتے ہیں۔
4. The rough endoplasmic reticulum is best described as:
Answer: (a) An intracellular double-membrane system with ribosomes attached to its surface — the ribosomes on its cytoplasmic surface make it "rough"; it is the site of protein synthesis and processing. جواب: ایک اندرونی ڈبل ممبرین سسٹم جس کی سطح سے رائبوسومز جڑے ہوتے ہیں — سطح پر رائبوسومز اسے "کھردرا" بناتے ہیں؛ یہ پروٹین کی ترکیب اور پروسیسنگ کی جگہ ہے۔
5. Which structure carries the genetic information of the cell?
Answer: (c) Chromosomes — chromosomes are DNA wrapped around histone proteins in the nucleus; they carry the cell's genetic information. جواب: کروموسومز — کروموسومز نیوکلیس میں ہسٹون پروٹینز کے گرد لپٹا ڈی این اے ہیں؛ وہ خلیے کی جینیاتی معلومات رکھتے ہیں۔
6. Which of the following is NOT a feature of the nuclear envelope?
Answer: (d) It forms cristae — cristae are folds of the inner mitochondrial membrane, not of the nuclear envelope; the envelope is a double membrane with pores. جواب: کرسٹی بنانا — کرسٹی مائٹوکونڈریا کی اندرونی ممبرین کی تہیں ہیں، نیوکلیئر انویلپ کی نہیں؛ انویلپ سوراخوں والی ڈبل ممبرین ہے۔
7. Lysosomes are formed (bud off) from the:
Answer: (b) Golgi apparatus — lysosomal enzymes are made in the ER, modified and packaged in the Golgi apparatus, and bud off from its trans face as lysosomes. جواب: گولجی اپریٹس — لائسوسومل انزائمز ER میں بنتے ہیں، گولجی اپریٹس میں ترمیم و پیکنگ ہوتی ہے، اور اس کے ٹرانس فیس سے لائسوسومز کے طور پر الگ ہوتے ہیں۔
8. Peroxisomes are best known for:
Answer: (a) Breaking down fats and amino acids into smaller molecules usable by mitochondria — peroxisomes carry oxidative enzymes; catalase inside them converts harmful hydrogen peroxide into water and oxygen. جواب: چکنائی اور امینو ایسڈز کو چھوٹے مالیکیولز میں توڑنا جو مائٹوکونڈریا استعمال کر سکیں — پیروکسیسومز میں آکسیڈیٹیو انزائمز ہوتے ہیں؛ ان میں کیٹالیز نقصان دہ ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ کو پانی اور آکسیجن میں بدلتا ہے۔
9. If hydrogen peroxide (H2O2) accumulates inside a cell, the most likely result is:
Answer: (b) Oxidative stress and cellular damage — H2O2 is a toxic by-product of oxidative reactions; peroxisomes normally remove it with catalase before it can damage the cell. جواب: آکسیڈیٹیو تناؤ اور خلوی نقصان — H2O2 آکسیڈیٹیو تعاملات کا زہریلا ضمنی پیداوار ہے؛ پیروکسیسومز عام طور پر کیٹالیز سے اسے نقصان پہنچانے سے پہلے ختم کر دیتے ہیں۔
10. Which of the following is NOT true about chloroplasts?
Answer: (d) Their inner membrane is folded into cristae — cristae belong to mitochondria; chloroplasts instead have thylakoids stacked into grana inside the stroma. جواب: ان کی اندرونی ممبرین کرسٹی میں مڑی ہوتی ہے — کرسٹی مائٹوکونڈریا کی ہوتی ہیں؛ کلوروپلاسٹ میں اس کے بجائے اسٹروما میں گرینا میں تھائیلیکائیڈز ہوتے ہیں۔
11. Which is the correct sequence of structures through which a secretory protein passes?
Answer: (d) RER → SER → Golgi apparatus → Cell membrane — the protein is made on the RER, passes through the endomembrane system to the Golgi apparatus for modification and packaging, and is then carried in a vesicle to the cell membrane for secretion. جواب: RER → SER → گولجی اپریٹس → سیل ممبرین — پروٹین RER پر بنتا ہے، اینڈوممبرین سسٹم سے گولجی اپریٹس میں ترمیم و پیکنگ کے لیے جاتا ہے، پھر ویسیکل میں سیل ممبرین تک پہنچ کر خارج ہوتا ہے۔
12. Which statement about transport across the plasma membrane is correct?
Answer: (b) Facilitated diffusion requires no energy, active transport does — facilitated diffusion moves substances down their concentration gradient through transport proteins (passive); active transport moves them against the gradient using ATP. جواب: فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن میں توانائی نہیں لگتی، ایکٹو ٹرانسپورٹ میں لگتی ہے — فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن مادوں کو ارتکاز کے میلان کے ساتھ ٹرانسپورٹ پروٹینز سے گزارتی ہے (پیسو)؛ ایکٹو ٹرانسپورٹ انہیں ATP سے میلان کے خلاف لے جاتی ہے۔
Answer: Resolution — light microscope about 250 nm (0.2 µm); electron microscope about 0.2 nm, i.e. roughly 1,000 times better. Magnification — light microscope up to about 1,500X; transmission electron microscope up to about 250,000X (and photographic magnification up to 1,000,000X), scanning electron microscope up to about 100,000X. The light microscope uses visible light and can show living cells (though staining kills them); the electron microscope uses a beam of electrons, needs dead, dried (and for SEM, metal-coated) specimens, and reveals internal ultrastructure (TEM) or surface detail (SEM).
Answer: Cell theory (Schleiden 1838, Schwann 1839, Virchow 1885): (1) All living organisms are composed of one or more cells. (2) The cell is the basic unit of life. (3) All cells arise from pre-existing cells ("Omnis cellula e cellula"). Validations: Hooke (1665) saw "cellulae" in cork; Leeuwenhoek (1673) saw "animalcules"; Brown (1831) discovered the nucleus; Lamarck (1809) proposed all organisms are made of cells; Pasteur (1862) proved cells arise only from pre-existing cells. Exceptions: (1) Viruses, prions and viroids are acellular — they are not made of cells. (2) Mitochondria and chloroplasts have their own DNA and divide independently. (3) Multinucleate cells (syncytia) and muscle cells (myocytes) contain many nuclei in one cell.
Answer:
| Simple diffusion | Facilitated diffusion | Active transport | |
|---|---|---|---|
| Is ATP required? | NO | NO | YES |
| Are carrier proteins involved? | NO | YES | YES |
| Direction always higher → lower? | YES | YES | NO — it moves substances from lower to higher concentration, against the gradient |
Answer: Single membrane — lysosome, peroxisome, glyoxysome, vacuole, Golgi apparatus, endoplasmic reticulum. Double membrane — nucleus, mitochondrion, chloroplast. No membrane — ribosome, centriole, cytoskeleton.
Answer: (1) Transport — channel proteins and carrier proteins move substances across the membrane (e.g. glucose transporters, ion channels, aquaporins for water). (2) Recognition and signalling — glycoproteins and glycolipids act as cell-surface markers for cell recognition, and receptor proteins receive chemical signals (ligands) and trigger responses inside the cell. (Other valid functions: enzymes that speed up reactions at the membrane, and structural proteins that link the membrane to the cytoskeleton or to other cells.)
Answer: (1) Mitochondria have their own circular DNA, like the bacterial chromosome. (2) They have 70S ribosomes (30S + 50S), the same size as prokaryotic ribosomes, unlike the 80S ribosomes of the eukaryotic cytoplasm. (A third shared feature: they divide independently by a process similar to binary fission — evidence for the endosymbiotic origin of mitochondria.)
Answer: (1) Prokaryotic cells have no distinct nucleus — their DNA lies in a nucleoid region; eukaryotic cells have a membrane-bounded nucleus. (2) Prokaryotic cells lack membrane-bounded organelles (no ER, Golgi, mitochondria or chloroplasts); eukaryotic cells have them. (3) Prokaryotic cells are much smaller (1–10 µm) and divide by binary fission, while eukaryotic cells are larger (10–100 µm) and divide by mitosis or meiosis. (Other valid differences: 70S vs 80S ribosomes; peptidoglycan wall vs cellulose/chitin wall; flagella of flagellin vs 9+2 microtubule flagella.)
Answer: Small molecules and ions pass freely through the nuclear pore complexes in both directions. Larger traffic is selective: histone proteins and other nuclear proteins, DNA and RNA building blocks, and ATP enter the nucleus from the cytoplasm; ribosomal subunits (assembled in the nucleolus) and messenger RNA leave the nucleus for the cytoplasm. The nuclear pore complex (annular, column and ring subunits plus the basket) controls this traffic.
Answer: (a) Exocytosis exports bulky material: a vesicle fuses with the plasma membrane and releases its contents outside. Endocytosis imports bulky material: the membrane invaginates, encloses the material in a vesicle that pinches off into the cytoplasm. (b) Phagocytosis is endocytosis of solid material (e.g. a white blood cell engulfing a bacterium); pinocytosis is endocytosis of liquids in the form of droplets. (c) Peroxisomes occur in animal and plant cells and break down fats and amino acids, removing toxic hydrogen peroxide with catalase; glyoxysomes occur only in plant cells (e.g. germinating castor and soyabean seeds) and convert stored lipids into carbohydrates for the growing seedling.
Answer: Lysosomes are the cell's digestive system: their ~40 hydrolytic enzymes digest food particles taken in by endocytosis, break down worn-out organelles and macromolecules (autophagy), and destroy invading bacteria. Their acidic interior (pH about 4.8) keeps the enzymes safely inactive if they leak into the cytoplasm. They also carry out programmed destruction of unwanted cells, e.g. the disappearance of the tadpole's tail during metamorphosis.
Answer: Lysosomal hydrolytic enzymes are synthesized on the rough endoplasmic reticulum and sent to the Golgi apparatus, where they are modified, sorted and packaged. Vesicles bud off from the trans face of the Golgi apparatus carrying these enzymes, and these vesicles become lysosomes (primary lysosomes).
Answer: Histones are small, basic proteins found in the nucleus, in the chromatin. DNA wraps around histone proteins to form bead-like nucleosomes, which coil and fold to pack the very long DNA molecule into chromosomes. This packaging also helps regulate which genes are accessible for transcription: loosely packed euchromatin is active, tightly packed heterochromatin is inactive.
Answer: A stem cell is an unspecialized cell that can divide and either remain a stem cell (self-renewal) or differentiate into specialized cell types (muscle, blood, nerve, etc.). Main usages: (1) Regenerative medicine — repairing or replacing damaged tissues and organs (spinal cord injuries, type 1 diabetes, Parkinson's disease, heart disease). (2) Drug testing and development — creating human disease models for accurate testing with less reliance on animal models. (3) Personalized medicine — therapies from the patient's own cells, reducing immune rejection.
Answer: A — Outer membrane; B — Cristae (folds of the inner membrane); C — Matrix; D — Inner membrane; E — Inter-membrane space (the space between the outer and inner membranes); F — F-1 particle (ATP synthase, the stalked particle on the inner membrane where ATP is made); G — Mitochondrial DNA (the small circular DNA in the matrix).
Answer: (a) Nucleus (with nucleolus), rough endoplasmic reticulum, smooth endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, mitochondria, ribosomes, secretory vesicles, plasma membrane. (b) The abundant rough endoplasmic reticulum shows heavy protein synthesis; the many Golgi stacks show modification and packaging of those proteins; and the numerous secretory vesicles show that the finished products (enzymes) are being exported from the cell — together with many mitochondria supplying the ATP, this is the picture of a metabolically active secretory cell.
Answer: Eukaryotic cell wall — found in plant cells, fungi and some protists (absent in animal cells). Plant cell wall: primary wall (thin, flexible, of cellulose microfibrils in a matrix of hemicellulose and pectin, laid down while the cell grows) and secondary wall (thicker, rigid, added inside the primary wall after growth stops, with more cellulose and lignin in woody plants); the middle lamella (pectin-rich) cements neighbouring cells together; plasmodesmata are cytoplasmic channels through the wall connecting adjacent cells. Fungal walls are chemically simpler (mainly chitin). Functions: protection, shape, mechanical support, preventing bursting when water enters, and regulating passage of substances. Prokaryotic cell wall — surrounds the plasma membrane, rigid, made of peptidoglycan (murein): long glycan (polysaccharide) chains cross-linked by short peptide fragments. Gram-positive: thick peptidoglycan, less lipid. Gram-negative: thin peptidoglycan plus an outer membrane of lipopolysaccharides and lipoproteins with porin proteins. Some bacteria also have a capsule outside the wall, and pili for attachment.
Answer: Composition (fluid mosaic model, Singer and Nicolson 1972): a phospholipid bilayer — each phospholipid has a hydrophilic (water-loving) head facing outward and hydrophobic (water-fearing) fatty-acid tails facing inward; cholesterol molecules sit among the phospholipids and control fluidity; proteins are embedded in or attached to the bilayer (intrinsic/integral and extrinsic/peripheral); carbohydrate chains attached to proteins (glycoproteins) and lipids (glycolipids) form the glycocalyx on the outer surface. Approximate composition: human red blood cell membrane 49% protein, 43% lipid, 8% carbohydrate; mitochondrial outer membrane 52% protein, 48% lipid; mitochondrial inner membrane 76% protein, 24% lipid; bacterial membrane 75% protein, 25% lipid. Functions: (1) Selective barrier — controls what enters and leaves the cell. (2) Transport — channel and carrier proteins move substances by diffusion, facilitated diffusion and active transport. (3) Cell recognition — glycoproteins and glycolipids act as surface markers. (4) Signal reception — receptor proteins bind ligands and start cell signalling. (5) Cell adhesion and communication — joins cells and passes signals. (6) Enzymatic activity — membrane proteins catalyse reactions. (7) Maintains cell shape and protects the cytoplasm.
Answer: Glycolipids are lipid molecules with short carbohydrate chains attached; glycoproteins are protein molecules with carbohydrate chains attached. Both sit in the plasma membrane with their carbohydrate chains exposed on the outer surface, forming the glycocalyx (cell coat). As cell-surface markers they act like identity tags: they let cells recognize each other and distinguish "self" from "foreign" — important in tissue formation, immune responses (e.g. blood-group antigens are glycolipids/glycoproteins on red blood cells), cell adhesion, and protection of the cell surface. Viruses and bacteria also exploit these markers to recognize and attach to their host cells.
Answer: Structure: ribosomes are small, dense, granular particles with no surrounding membrane, made of two subunits — a large and a small subunit — that join only during protein synthesis. Composition: about 60% ribosomal RNA (rRNA) and 40% protein. Types: eukaryotic cytoplasmic ribosomes are 80S (large subunit 60S + small subunit 40S); prokaryotic ribosomes and those of mitochondria and chloroplasts are 70S (large 50S + small 30S). "S" is the Svedberg unit of sedimentation rate; the values are not additive because sedimentation depends on shape as well as mass. Function: protein synthesis — the small subunit binds messenger RNA (mRNA) and the large subunit joins amino acids (brought by transfer RNA, tRNA) into a polypeptide chain. Free ribosomes in the cytoplasm make proteins for use inside the cell; ribosomes attached to the rough endoplasmic reticulum make proteins for export, for membranes, or for lysosomes. Ribosomal subunits are assembled in the nucleolus.
Answer: Structure (discovered by Camillo Golgi, 1898): a stack of 5–8 flattened, membrane-bounded sacs called cisternae (in animal cells usually 10–20 stacks; up to 60 in some flagellates), with small vesicles around them. Each stack has a cis (forming) face that receives vesicles from the endoplasmic reticulum and a trans (maturing) face from which vesicles leave. Functions: (1) Modification — proteins and lipids arriving from the ER are further processed (e.g. addition of carbohydrate chains to make glycoproteins and glycolipids). (2) Sorting and packaging — products are sorted and packed into secretory vesicles for their destinations. (3) Secretion — the Golgi packages cell secretions (enzymes, hormones, mucus) for export by exocytosis. (4) Formation of lysosomes — vesicles budding from the trans face become lysosomes. (5) In plant cells, it synthesizes pectin and other cell-wall materials.
Answer: Structure: a chromosome is a thread-like structure visible in the nucleus during cell division, formed when chromatin condenses. Each chromosome consists of a single, very long DNA molecule wrapped around histone proteins. The DNA–histone complex forms bead-like nucleosomes; the "beads on a string" fibre coils and folds into the compact chromosome. A chromosome has two sister chromatids joined at the centromere during division. Composition: DNA + histone proteins (plus some non-histone proteins and a small amount of RNA). Human cells have 46 chromosomes; the total DNA in one human cell is about 6 feet long. The number of chromosomes does not indicate complexity (a fern has 1,260). Function: chromosomes carry the genetic information — genes — from parents to offspring; they organize and protect DNA, ensure its accurate distribution to daughter cells during division, and regulate gene expression through packing (loosely packed euchromatin is transcriptionally active; tightly packed heterochromatin is inactive).
Answer: Nuclear envelope: a double membrane surrounding the nucleus, separating the nucleoplasm from the cytoplasm. The outer membrane is continuous with the rough endoplasmic reticulum and may carry ribosomes; the inner membrane is lined by the nuclear lamina, a protein mesh that supports the envelope and organizes chromatin. Between the two membranes is the perinuclear space. The envelope is perforated by nuclear pores. Nuclear pore complex: a large, elaborate protein structure filling each pore, built of annular (ring), column and ring subunits plus a basket-like structure on the nuclear side. It controls selective traffic: small molecules and ions pass freely, while larger molecules pass selectively — histones, DNA/RNA building blocks and ATP enter the nucleus; ribosomal subunits and mRNA leave it. Thus the envelope protects the genetic material while the pore complex keeps the nucleus in controlled communication with the cytoplasm.
Answer: Proteins destined for secretion are synthesized on the rough endoplasmic reticulum and transported in vesicles to the cis face of the Golgi apparatus. As they pass through the cisternae from cis to trans, they are modified — for example, carbohydrate chains are added to form glycoproteins, and the molecules are folded and sorted. At the trans face they are packaged into secretory vesicles, which move to the plasma membrane, fuse with it, and release their contents outside the cell by exocytosis. In this way the Golgi apparatus is the cell's post office for secretions such as digestive enzymes, hormones and mucus; in plant cells it similarly packages pectin and cell-wall materials.
Answer: Structure: the endoplasmic reticulum is a network of interconnected flattened sacs (cisternae) and tubules, continuous with the nuclear envelope; the space inside is the cisternal space (more than 10% of the cell volume in some cells). Rough endoplasmic reticulum (RER): its cytoplasmic surface is studded with ribosomes, giving a rough appearance; it is usually arranged as flattened sacs near the nucleus. Smooth endoplasmic reticulum (SER): lacks ribosomes, so it looks smooth; it is more tubular. Functions of RER: synthesis of proteins (for export, membranes and lysosomes), folding and initial modification of those proteins, and transport of them in vesicles to the Golgi apparatus. Functions of SER: synthesis of lipids (phospholipids, steroids), detoxification of drugs and poisons (especially in liver cells), storage and release of calcium ions (important in muscle contraction), and metabolism of carbohydrates.
Answer: Lysosomes regulate contents by digestion: their ~40 hydrolytic enzymes break down food particles, worn-out organelles, excess macromolecules and invading microbes (autophagy), recycling the building blocks for reuse and preventing accumulation of useless or damaged material. Their acidic interior (pH about 4.8) keeps the enzymes contained and safe. Peroxisomes regulate contents by oxidative breakdown: their enzymes break down fatty acids and amino acids into smaller molecules that mitochondria can use for energy, and catalase removes the toxic hydrogen peroxide produced in these reactions (2H2O2 → 2H2O + O2). Together they keep the cell's inventory balanced — lysosomes clear solids and structures, peroxisomes clear lipids and toxic by-products — and their failure causes storage diseases (e.g. Pompe's disease, Tay-Sachs disease for lysosomes; Zellweger syndrome for peroxisomes).
Answer: (1) Microfilaments: the thinnest fibres, made of the protein actin (with myosin in muscle). They form a network under the plasma membrane, give the cell shape and mechanical support, drive cell movement (e.g. amoeboid movement, cytoplasmic streaming), cell division (contractile ring) and muscle contraction. (2) Microtubules: hollow tubes made of α- and β-tubulin protein subunits. They are the thickest fibres; they maintain cell shape, form the spindle fibres during division, build cilia and flagella (9+2 arrangement) and centrioles (9 triplets), and act as tracks for the transport of vesicles and organelles inside the cell. (3) Intermediate filaments: rope-like fibres of medium thickness, made of various proteins such as vimentin and keratin. They provide mechanical strength, anchor the nucleus and other organelles in place, and hold cells together in tissues (e.g. keratin in skin cells resists stretching and damage).
Answer: Formation: lysosomal enzymes (acid hydrolases) are synthesized on the rough endoplasmic reticulum, then transported to the Golgi apparatus where they are modified, tagged and sorted. Vesicles bud off from the trans face of the Golgi apparatus carrying these enzymes — these are primary lysosomes. When a primary lysosome fuses with a vesicle containing material to be digested (a food vacuole or an old organelle), it becomes a secondary lysosome (digestive vacuole) in which digestion occurs. Functions: intracellular digestion of food particles taken in by endocytosis; autophagy — digesting worn-out organelles and macromolecules and recycling their parts; defence — destroying bacteria engulfed by white blood cells; removal of unwanted cells and structures during development (e.g. the tadpole's tail); and, if the cell is badly damaged, release of enzymes that digest the cell itself (autolysis). The acidic pH (about 4.8) inside keeps the enzymes active only within the lysosome, protecting the rest of the cell.
Answer: Both are double-membrane organelles with their own circular DNA and 70S ribosomes, and both are believed to have originated as endosymbiotic prokaryotes. Mitochondria are the powerhouse of the cell: they release energy from food — the Krebs cycle runs in the matrix and the electron transport chain on the inner membrane (cristae), producing ATP by oxidative phosphorylation; F-1 particles (ATP synthase) on the inner membrane make the ATP. They occur in almost all eukaryotic cells. Chloroplasts are the energy-capturing organelles of plant (and algal) cells: they trap light energy with chlorophyll a and b in the thylakoid membranes (stacked into grana) and use it to make ATP and NADPH (light reactions), then use them to fix carbon dioxide into sugars in the stroma (dark reactions). In short: chloroplasts convert light energy into chemical energy stored in food; mitochondria convert the chemical energy of food into ATP the cell can use.
Answer: From outside inward: (1) Outer membrane — a smooth, selectively permeable membrane enclosing the organelle; it contains porin proteins. (2) Inter-membrane space — the narrow space between the outer and inner membranes, where protons accumulate during respiration. (3) Inner membrane — folded into finger-like cristae that greatly increase its surface area; it carries the electron transport chain and the stalked F-1 particles (ATP synthase) that make ATP. (4) Matrix — the innermost compartment, a gel-like fluid containing enzymes of the Krebs cycle, the mitochondrion's own small circular DNA, 70S ribosomes, and granules. The double membrane, own DNA and own ribosomes show the mitochondrion's prokaryotic ancestry; its size (0.5–1.0 µm wide, up to 10 µm long) and number (from one to thousands per cell) vary with the cell's energy needs.
Answer: Both pathways carry a signal from outside the cell to a response inside, but they differ because of the signal's solubility. Protein/peptide pathway: the signal molecule is water-soluble, so it cannot cross the plasma membrane. It binds to a specific receptor protein on the cell surface; the receptor changes shape and activates an intracellular pathway — a signalling cascade that amplifies the signal, often producing second messengers such as cAMP, Ca2+ ions or IP3. The cascade changes enzyme activity, opens or closes ion channels, or switches genes on or off, producing the response (growth, division, differentiation, metabolism change or apoptosis). Steroid pathway: the steroid hormone is lipophilic, so it diffuses directly through the plasma membrane and binds to an intracellular receptor in the cytoplasm or nucleus. The receptor–hormone complex moves into the nucleus (if not already there) and binds to specific DNA sequences in target genes, regulating their transcription and so increasing or decreasing the production of specific proteins.
Answer: By potency (number of cell types they can make): (1) Totipotent — can form all cell types including extra-embryonic tissues; e.g. the zygote and the cells of the first few divisions. (2) Pluripotent — can form almost any cell type of the body; e.g. cells of the early embryo and induced pluripotent stem cells. (3) Multipotent — can form a closely related family of cells; e.g. hematopoietic stem cells forming red blood cells, white blood cells and platelets. (4) Oligopotent — can form a few cell types; e.g. adult lymphoid or myeloid stem cells. (5) Unipotent — can form only one cell type, their own, but still self-renew; e.g. adult muscle stem cells. By origin: (1) Embryonic stem cells (ESCs) — from the inner cell mass of the blastocyst; pluripotent and very versatile, but their use raises ethical concerns and risks of teratoma formation and immune rejection. (2) Adult stem cells (ASCs) — from bone marrow, fat, blood and other tissues; multipotent, less ethically controversial and less likely to be rejected when taken from the patient, but limited in potential and harder to isolate and culture. (3) Induced pluripotent stem cells (iPSCs) — adult somatic cells reprogrammed in the lab with specific transcription factors to a pluripotent state, combining ESC-like potential with patient-specific origin.
Answer: Advantages: (1) No ethical controversy linked to embryonic stem cells, because no embryos are destroyed. (2) They can be generated from the patient's own cells, minimizing the risk of immune rejection. (3) They offer regenerative potential — new heart cells for heart disease, new neurons for neurodegenerative conditions, and patient-specific disease models for drug testing. Disadvantages: (1) The reprogramming process can introduce genetic changes that may affect the cells. (2) They can form tumours (teratomas) when transplanted into patients. (3) Directing iPSCs to differentiate into specific, fully functional cell types remains complex. (4) It is still difficult to ensure that the differentiated cells function properly and safely in the patient.
یوکیریوٹک سیل وال — پودوں کے خلیات، فنجائی اور بعض پروٹسٹس میں ہوتی ہے (جانوروں کے خلیات میں نہیں)۔ پودوں کی سیل وال: پرائمری وال (پتلی، لچکدار، سیلولوز مائیکروفائبرلز کا ہیمی سیلولوز اور پیکٹن کے میٹرکس میں، خلیے کی نشوونما کے دوران بنتی ہے) اور سیکنڈری وال (موٹی، سخت، نشوونما رکنے کے بعد پرائمری وال کے اندر بنتی ہے، لکڑی والے پودوں میں زیادہ سیلولوز اور لگنن)؛ مڈل لیمیلا (پیکٹن سے بھرپور) پڑوسی خلیات کو آپس میں جوڑتی ہے؛ پلازموڈیسماٹا وال سے گزرنے والے سائٹوپلازمک چینلز ہیں جو ملحقہ خلیات کو جوڑتے ہیں۔ فنجائی کی دیواریں کیمیائی طور پر سادہ ہوتی ہیں (بنیادی طور پر کائٹن)۔ کام: تحفظ، شکل، میکانیکی سہارا، پانی داخل ہونے پر پھٹنے سے بچاؤ، اور مادوں کے گزرنے کا کنٹرول۔ پروکیریوٹک سیل وال — پلازما ممبرین کے گرد، سخت، پیپٹیڈوگلائکن (میورین) سے بنی: لمبی گلائکن (پولی سیکرائڈ) زنجیریں جو چھوٹے پیپٹائیڈ ٹکڑوں سے جڑی ہوتی ہیں۔ گرام پوزیٹو: موٹی پیپٹیڈوگلائکن، کم لپڈ۔ گرام نیگیٹو: پتلی پیپٹیڈوگلائکن کے ساتھ لائپوپولی سیکرائڈز اور لائپوپروٹینز کی بیرونی ممبرین جس میں پورن پروٹینز ہوتے ہیں۔ بعض بیکٹیریا کی وال کے باہر کیپسول بھی ہوتا ہے اور جڑنے کے لیے پائلی ہوتی ہیں۔
ترکیب (فلوئڈ موزیک ماڈل، سنگر اور نکلسن 1972): ایک فاسفولیپڈ بائی لیئر — ہر فاسفولیپڈ کا ہائیڈروفیلک (پانی پسند) سر باہر کی طرف اور ہائیڈروفوبک (پانی سے بھاگنے والی) فیٹی ایسڈ دم اندر کی طرف ہوتی ہے؛ کولیسٹرول مالیکیولز فاسفولیپڈز کے درمیان بیٹھ کر روانی کو کنٹرول کرتے ہیں؛ پروٹینز بائی لیئر میں یا اس سے جڑی ہوتی ہیں (اندرونی اور بیرونی)؛ پروٹینز (گلائکوپروٹینز) اور لپڈز (گلائکولپڈز) سے جڑی کاربوہائیڈریٹ زنجیریں بیرونی سطح پر گلائکوکیلکس بناتی ہیں۔ تقریبی ترکیب: انسانی سرخ خون کے خلیے کی ممبرین 49٪ پروٹین، 43٪ لپڈ، 8٪ کاربوہائیڈریٹ؛ مائٹوکونڈریا کی بیرونی ممبرین 52٪ پروٹین، 48٪ لپڈ؛ اندرونی ممبرین 76٪ پروٹین، 24٪ لپڈ؛ بیکٹیریا کی ممبرین 75٪ پروٹین، 25٪ لپڈ۔ کام: (1) منتخب رکاوٹ — خلیے میں کیا داخل ہو اور کیا نکلے اس کا کنٹرول۔ (2) نقل و حمل — چینل اور کیریئر پروٹینز ڈیفیوژن، فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن اور ایکٹو ٹرانسپورٹ سے مادوں کو لے جاتے ہیں۔ (3) خلیے کی پہچان — گلائکوپروٹینز اور گلائکولپڈز سطحی نشانات کا کام کرتے ہیں۔ (4) سگنل کی وصولی — ریسیپٹر پروٹینز لیگنڈز سے جڑ کر خلیے کے اندر سگنلنگ شروع کرتے ہیں۔ (5) خلیوں کا جڑنا اور رابطہ۔ (6) انزائم کی سرگرمی — ممبرین پروٹینز تعاملات کو تیز کرتے ہیں۔ (7) خلیے کی شکل برقرار رکھنا اور سائٹوپلازم کی حفاظت۔
گلائکولپڈز وہ لپڈ مالیکیولز ہیں جن سے چھوٹی کاربوہائیڈریٹ زنجیریں جڑی ہوتی ہیں؛ گلائکوپروٹینز وہ پروٹین مالیکیولز ہیں جن سے کاربوہائیڈریٹ زنجیریں جڑی ہوتی ہیں۔ دونوں پلازما ممبرین میں بیٹھتی ہیں اور ان کی کاربوہائیڈریٹ زنجیریں بیرونی سطح پر نکل کر گلائکوکیلکس (سیل کوٹ) بناتی ہیں۔ سیل سرفیس مارکرز کے طور پر یہ شناختی ٹیگ کا کام کرتی ہیں: یہ خلیات کو ایک دوسرے کو پہچاننے اور "اپنا" اور "غیر" میں فرق کرنے دیتی ہیں — ٹشو بننے، مدافعتی ردعمل (جیسے سرخ خون کے خلیات پر بلڈ گروپ اینٹی جنز گلائکولپڈز/گلائکوپروٹینز ہیں)، خلیوں کے جڑنے اور سیل سطح کی حفاظت میں اہم ہیں۔ وائرس اور بیکٹیریا بھی ان نشانات کو اپنے میزبان خلیات کو پہچاننے اور ان سے جڑنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔
ساخت: رائبوسومز چھوٹے، گھنے، دانے دار ذرات ہیں جن کے گرد کوئی ممبرین نہیں ہوتی، دو سب یونٹس سے بنے — ایک بڑا اور ایک چھوٹا سب یونٹ — جو صرف پروٹین کی ترکیب کے دوران جڑتے ہیں۔ ترکیب: تقریباً 60٪ رائبوسومل آر این اے (rRNA) اور 40٪ پروٹین۔ اقسام: یوکیریوٹک سائٹوپلازمک رائبوسومز 80S (بڑا سب یونٹ 60S + چھوٹا 40S)؛ پروکیریوٹک رائبوسومز اور مائٹوکونڈریا و کلوروپلاسٹ کے رائبوسومز 70S (بڑا 50S + چھوٹا 30S)۔ "S" سیڈیمنٹیشن کی شرح کی سویڈبرگ اکائی ہے؛ قدریں جمع نہیں ہوتیں کیونکہ سیڈیمنٹیشن شکل پر بھی منحصر ہوتی ہے۔ کام: پروٹین کی ترکیب — چھوٹا سب یونٹ میسنجر آر این اے (mRNA) سے جڑتا ہے اور بڑا سب یونٹ امینو ایسڈز (ٹرانسفر آر این اے، tRNA سے لائے گئے) کو پولی پیپٹائیڈ زنجیر میں جوڑتا ہے۔ سائٹوپلازم میں آزاد رائبوسومز خلیے کے اندر استعمال ہونے والے پروٹین بناتے ہیں؛ رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم سے جڑے رائبوسومز برآمد، ممبرینز یا لائسوسومز کے لیے پروٹین بناتے ہیں۔ رائبوسومل سب یونٹس نیوکلیولس میں بنتے ہیں۔
ساخت (کیمیلو گولجی نے 1898 میں دریافت کیا): 5 سے 8 چپٹی، ممبرین سے بندھی تھیلیوں کا ڈھیر جنہیں سسٹرنی کہتے ہیں (جانوروں کے خلیات میں عام طور پر 10 سے 20 ڈھیر؛ بعض فلیجیلیٹس میں 60 تک)، جن کے گرد چھوٹی ویسیکلز ہوتی ہیں۔ ہر ڈھیر کا ایک سس (بنانے والا) چہرہ ہوتا ہے جو اینڈوپلازمک ریٹیکولم سے ویسیکلز وصول کرتا ہے اور ایک ٹرانس (پختہ کرنے والا) چہرہ جس سے ویسیکلز نکلتی ہیں۔ کام: (1) ترمیم — ER سے آنے والے پروٹینز اور لپڈز کی مزید پروسیسنگ (جیسے کاربوہائیڈریٹ زنجیریں جوڑ کر گلائکوپروٹینز اور گلائکولپڈز بنانا)۔ (2) چھانٹی اور پیکنگ — مصنوعات کو چھانٹ کر سیکریٹری ویسیکلز میں پیک کرنا۔ (3) اخراج — گولجی سیل کے اخراج (انزائمز، ہارمونز، بلغم) کو ایگزوسائٹوسس سے باہر بھیجنے کے لیے پیک کرتا ہے۔ (4) لائسوسومز بننا — ٹرانس چہرے سے نکلنے والی ویسیکلز لائسوسومز بنتی ہیں۔ (5) پودوں کے خلیات میں یہ پیکٹن اور سیل وال کے دیگر مواد بناتا ہے۔
ساخت: کروموسوم خلیے کی تقسیم کے دوران نیوکلیس میں نظر آنے والی دھاگے جیسی ساخت ہے جو کرومیٹن کے سکڑنے سے بنتی ہے۔ ہر کروموسوم ایک ہی بہت لمبے ڈی این اے مالیکیول سے بنا ہوتا ہے جو ہسٹون پروٹینز کے گرد لپٹا ہوتا ہے۔ ڈی این اے-ہسٹون کمپلیکس مالا جیسے نیوکلیوسومز بناتا ہے؛ "دھاگے پر مالا" والا ریشہ مڑ کر کمپیکٹ کروموسوم بناتا ہے۔ تقسیم کے دوران کروموسوم کی دو سسٹر کرومیٹڈز سینٹرومیئر پر جڑی ہوتی ہیں۔ ترکیب: ڈی این اے + ہسٹون پروٹینز (اور کچھ نان ہسٹون پروٹینز اور تھوڑا آر این اے)۔ انسانی خلیات میں 46 کروموسومز ہوتے ہیں؛ ایک انسانی خلیے کا کل ڈی این اے تقریباً 6 فٹ لمبا ہوتا ہے۔ کروموسومز کی تعداد پیچیدگی نہیں بتاتی (ایک فرن میں 1,260 ہوتے ہیں)۔ کام: کروموسومز جینیاتی معلومات — جینز — والدین سے اولاد تک لے جاتے ہیں؛ وہ ڈی این اے کو منظم اور محفوظ کرتے ہیں، تقسیم کے دوران بیٹی خلیات میں اس کی درست تقسیم یقینی بناتے ہیں، اور پیکنگ سے جین کے اظہار کو کنٹرول کرتے ہیں (ڈھیلی پیکنگ والا یوکرومیٹن فعال ہوتا ہے؛ سخت پیکنگ والا ہیٹروکرومیٹن غیر فعال ہوتا ہے)۔
نیوکلیئر انویلپ: نیوکلیس کے گرد ڈبل ممبرین جو نیوکلیوپلازم کو سائٹوپلازم سے الگ کرتی ہے۔ بیرونی ممبرین رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم سے مسلسل ہوتی ہے اور اس پر رائبوسومز ہو سکتے ہیں؛ اندرونی ممبرین نیوکلیئر لیمینا سے لگی ہوتی ہے جو انویلپ کو سہارا دیتی ہے اور کرومیٹن کو منظم کرتی ہے۔ دونوں ممبرینز کے درمیان پیری نیوکلیئر جگہ ہوتی ہے۔ انویلپ میں نیوکلیئر پورز ہوتے ہیں۔ نیوکلیئر پور کمپلیکس: ہر پور کو بھرنے والی بڑی، پیچیدہ پروٹین ساخت جو اینولر (حلقی)، کالم اور رنگ سب یونٹس کے ساتھ نیوکلیئر طرف ٹوکری جیسی ساخت سے بنی ہوتی ہے۔ یہ منتخب آمد و رفت کنٹرول کرتا ہے: چھوٹے مالیکیولز اور آئنز آزادانہ گزرتے ہیں جبکہ بڑے مالیکیولز منتخب طور پر گزرتے ہیں — ہسٹونز، ڈی این اے/آر این اے کے تعمیری بلاکس اور ATP نیوکلیس میں داخل ہوتے ہیں؛ رائبوسومل سب یونٹس اور mRNA نیوکلیس سے باہر جاتے ہیں۔ اس طرح انویلپ جینیاتی مواد کی حفاظت کرتی ہے جبکہ پور کمپلیکس نیوکلیس کو سائٹوپلازم سے کنٹرول شدہ رابطے میں رکھتا ہے۔
اخراج کے لیے بننے والے پروٹینز رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم پر بنتے ہیں اور ویسیکلز میں گولجی اپریٹس کے سس چہرے تک پہنچتے ہیں۔ سسٹرنی سے سس سے ٹرانس تک گزرتے ہوئے ان میں ترمیم ہوتی ہے — مثال کے طور پر کاربوہائیڈریٹ زنجیریں جوڑ کر گلائکوپروٹینز بنتے ہیں، اور مالیکیولز مڑ کر چھانٹے جاتے ہیں۔ ٹرانس چہرے پر انہیں سیکریٹری ویسیکلز میں پیک کیا جاتا ہے جو پلازما ممبرین تک جا کر اس سے ملتی ہیں اور اپنے مواد کو ایگزوسائٹوسس سے خلیے سے باہر چھوڑ دیتی ہیں۔ اس طرح گولجی اپریٹس ہاضم انزائمز، ہارمونز اور بلغم جیسے اخراج کا پوسٹ آفس ہے؛ پودوں کے خلیات میں یہ اسی طرح پیکٹن اور سیل وال کے مواد پیک کرتا ہے۔
ساخت: اینڈوپلازمک ریٹیکولم باہم جڑی چپٹی تھیلیوں (سسٹرنی) اور نالیوں کا جال ہے جو نیوکلیئر انویلپ سے مسلسل ہوتا ہے؛ اندر کی جگہ سسٹرنل جگہ کہلاتی ہے (بعض خلیات میں خلیے کے حجم کا 10٪ سے زیادہ)۔ رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم (RER): اس کی سائٹوپلازمک سطح پر رائبوسومز جڑے ہوتے ہیں جس سے کھردری شکل بنتی ہے؛ یہ عام طور پر نیوکلیس کے قریب چپٹی تھیلیوں کی صورت میں ہوتا ہے۔ سموتھ اینڈوپلازمک ریٹیکولم (SER): اس پر رائبوسومز نہیں ہوتے اس لیے ہموار نظر آتا ہے؛ یہ زیادہ نالی دار ہوتا ہے۔ RER کے کام: پروٹینز کی ترکیب (برآمد، ممبرینز اور لائسوسومز کے لیے)، ان پروٹینز کی تہہ بندی اور ابتدائی ترمیم، اور انہیں ویسیکلز میں گولجی اپریٹس تک پہنچانا۔ SER کے کام: لپڈز کی ترکیب (فاسفولیپڈز، اسٹیرائیڈز)، ادویات اور زہروں کی سم ربائی (خاص طور پر جگر کے خلیات میں)، کیلشیم آئنز کا ذخیرہ اور اخراج (پٹھوں کے سکڑنے میں اہم)، اور کاربوہائیڈریٹس کا میٹابولزم۔
لائسوسومز مواد کو ہضم کر کے کنٹرول کرتے ہیں: ان کے تقریباً 40 ہائیڈرولائٹک انزائمز کھانے کے ذرات، پرانے آرگنیلز، اضافی بڑے مالیکیولز اور حملہ آور جراثیم (آٹوفیجی) کو توڑ کر ان کے تعمیری بلاکس دوبارہ استعمال کے لیے واپس کرتے ہیں اور بیکار یا خراب مواد کے جمع ہونے سے روکتے ہیں۔ ان کا تیزابی اندرونی ماحول (pH تقریباً 4.8) انزائمز کو محفوظ رکھتا ہے۔ پیروکسیسومز مواد کو آکسیڈیٹیو توڑ سے کنٹرول کرتے ہیں: ان کے انزائمز فیٹی ایسڈز اور امینو ایسڈز کو چھوٹے مالیکیولز میں توڑتے ہیں جنہیں مائٹوکونڈریا توانائی کے لیے استعمال کر سکتے ہیں، اور کیٹالیز ان تعاملات میں بننے والا زہریلا ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ ختم کرتی ہے (2H2O2 → 2H2O + O2)۔ دونوں مل کر خلیے کا توازن رکھتے ہیں — لائسوسومز ٹھوس مواد اور ساختوں کو صاف کرتے ہیں، پیروکسیسومز لپڈز اور زہریلے ضمنی پیداوار کو — اور ان کی خرابی سے ذخیرہ کی بیماریاں ہوتی ہیں (جیسے لائسوسومز کے لیے پومپے اور ٹے سیکس بیماریاں؛ پیروکسیسومز کے لیے زیلویگر سنڈروم)۔
(1) مائیکروفلامنٹس: سب سے پتلے ریشے جو ایکٹن پروٹین (پٹھوں میں مائیوسن کے ساتھ) سے بنے ہوتے ہیں۔ یہ پلازما ممبرین کے نیچے جال بناتے ہیں، خلیے کو شکل اور میکانیکی سہارا دیتے ہیں، خلیے کی حرکت (جیسے امیبوئڈ حرکت، سائٹوپلازمک اسٹریمنگ)، خلیے کی تقسیم (سکڑنے والی حلقہ) اور پٹھوں کے سکڑنے کو چلاتے ہیں۔ (2) مائیکروٹیوبلز: α- اور β-ٹیوبلین پروٹین سب یونٹس سے بنی کھوکھلی نالیاں۔ یہ سب سے موٹے ریشے ہیں؛ یہ خلیے کی شکل برقرار رکھتے ہیں، تقسیم کے دوران اسپنڈل فائبرز بناتے ہیں، سیلیا اور فلیجیلم (9+2 ترتیب) اور سینٹریولز (9 ٹرپلٹس) بناتے ہیں، اور خلیے کے اندر ویسیکلز اور آرگنیلز کی نقل و حمل کے راستے کا کام کرتے ہیں۔ (3) انٹرمیڈیٹ فلامنٹس: درمیانی موٹائی کے رسی جیسے ریشے جو مختلف پروٹینز جیسے ویمنٹن اور کیراٹن سے بنے ہوتے ہیں۔ یہ میکانیکی طاقت دیتے ہیں، نیوکلیس اور دیگر آرگنیلز کو جگہ پر رکھتے ہیں، اور ٹشوز میں خلیات کو جوڑتے ہیں (جیسے جلد کے خلیات میں کیراٹن کھنچاؤ اور نقصان سے مزاحمت کرتا ہے)۔
بننا: لائسوسومل انزائمز (ایسڈ ہائیڈرولیزز) رف اینڈوپلازمک ریٹیکولم پر بنتے ہیں، پھر گولجی اپریٹس میں پہنچتے ہیں جہاں ان میں ترمیم، ٹیگنگ اور چھانٹی ہوتی ہے۔ گولجی اپریٹس کے ٹرانس چہرے سے نکلنے والی ویسیکلز ان انزائمز کو لے جاتی ہیں — یہ پرائمری لائسوسومز ہیں۔ جب کوئی پرائمری لائسوسوم ہضم ہونے والے مواد والی ویسیکل (کھانے کی ویکیول یا پرانا آرگنیل) سے ملتا ہے تو وہ سیکنڈری لائسوسوم (ہاضم ویکیول) بن جاتا ہے جس میں ہضم ہوتا ہے۔ کام: اینڈوسائٹوسس سے لیے گئے کھانے کے ذرات کا اندرونی ہضم؛ آٹوفیجی — پرانے آرگنیلز اور بڑے مالیکیولز کو ہضم کر کے ان کے حصے دوبارہ استعمال کرنا؛ دفاع — سفید خون کے خلیات سے نگلے گئے بیکٹیریا کو تباہ کرنا؛ نشوونما کے دوران ناپسندیدہ خلیات اور ساختوں کا خاتمہ (جیسے ٹیڈپول کی دم)؛ اور خلیہ بری طرح خراب ہو تو انزائمز کا اخراج جو خلیے کو ہی ہضم کر دیتا ہے (آٹولائسس)۔ اندرونی تیزابی pH (تقریباً 4.8) انزائمز کو صرف لائسوسوم کے اندر فعال رکھتی ہے جس سے باقی خلیہ محفوظ رہتا ہے۔
دونوں ڈبل ممبرین والے آرگنیلز ہیں جن کا اپنا گول ڈی این اے اور 70S رائبوسومز ہوتے ہیں، اور دونوں کے بارے میں مانا جاتا ہے کہ وہ اینڈوسمبائیوٹک پروکیریوٹس سے پیدا ہوئے۔ مائٹوکونڈریا خلیے کا پاور ہاؤس ہیں: وہ کھانے سے توانائی خارج کرتے ہیں — کربس سائیکل میٹرکس میں چلتا ہے اور الیکٹرون ٹرانسپورٹ چین اندرونی ممبرین (کرسٹی) پر، جس سے آکسیڈیٹیو فاسفورائلیشن سے ATP بنتا ہے؛ اندرونی ممبرین پر F-1 ذرات (ATP سنتھیز) ATP بناتے ہیں۔ یہ تقریباً تمام یوکیریوٹک خلیات میں ہوتے ہیں۔ کلوروپلاسٹ پودوں (اور الجی) کے خلیات کے توانائی پکڑنے والے آرگنیلز ہیں: وہ تھائیلیکائیڈ ممبرینز (گرینا میں ڈھیر) میں کلوروفل a اور b سے روشنی کی توانائی پکڑ کر ATP اور NADPH بناتے ہیں (روشنی والے تعاملات)، پھر ان سے اسٹروما میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کو شکر میں بدلتے ہیں (تاریک تعاملات)۔ خلاصہ: کلوروپلاسٹ روشنی کی توانائی کو کھانے میں ذخیرہ شدہ کیمیائی توانائی میں بدلتے ہیں؛ مائٹوکونڈریا کھانے کی کیمیائی توانائی کو ATP میں بدلتے ہیں جسے خلیہ استعمال کر سکتا ہے۔
باہر سے اندر تک: (1) بیرونی ممبرین — ہموار، منتخب نفوذ پذیر ممبرین جو آرگنیل کو گھیرتی ہے؛ اس میں پورن پروٹینز ہوتے ہیں۔ (2) انٹر ممبرین جگہ — بیرونی اور اندرونی ممبرینز کے درمیان تنگ جگہ جہاں تنفس کے دوران پروٹون جمع ہوتے ہیں۔ (3) اندرونی ممبرین — انگلی جیسی کرسٹی میں مڑی ہوئی جو اس کی سطح کو بہت بڑھاتی ہے؛ اس پر الیکٹرون ٹرانسپورٹ چین اور ڈنڈی والے F-1 ذرات (ATP سنتھیز) ہوتے ہیں جو ATP بناتے ہیں۔ (4) میٹرکس — سب سے اندرونی حصہ، جیل جیسا مائع جس میں کربس سائیکل کے انزائمز، مائٹوکونڈریا کا اپنا چھوٹا گول ڈی این اے، 70S رائبوسومز اور دانے ہوتے ہیں۔ ڈبل ممبرین، اپنا ڈی این اے اور اپنے رائبوسومز مائٹوکونڈریا کے پروکیریوٹک آباؤ اجداد کو ظاہر کرتے ہیں؛ اس کا سائز (0.5 تا 1.0 µm چوڑا، 10 µm تک لمبا) اور تعداد (ایک سے ہزاروں فی خلیہ) خلیے کی توانائی کی ضرورت کے مطابق بدلتی ہے۔
دونوں راستے خلیے کے باہر سے اندر تک سگنل لے جاتے ہیں لیکن سگنل کی حل پذیری کی وجہ سے مختلف ہیں۔ پروٹین/پیپٹائیڈ راستہ: سگنل مالیکیول پانی میں حل پذیر ہوتا ہے اس لیے پلازما ممبرین سے نہیں گزر سکتا۔ یہ سیل سطح پر مخصوص ریسیپٹر پروٹین سے جڑتا ہے؛ ریسیپٹر شکل بدل کر خلیے کے اندر راستہ فعال کرتا ہے — ایک سگنلنگ سلسلہ جو سگنل کو بڑھاتا ہے، اکثر دوسرے پیغام رساں جیسے cAMP، Ca2+ آئنز یا IP3 بناتا ہے۔ یہ سلسلہ انزائم کی سرگرمی بدلتا ہے، آئن چینلز کھولتا یا بند کرتا ہے، یا جینز کو آن یا آف کرتا ہے جس سے ردعمل پیدا ہوتا ہے (نشوونما، تقسیم، تفریق، میٹابولزم کی تبدیلی یا اپوپٹوسس)۔ اسٹیرائیڈ راستہ: اسٹیرائیڈ ہارمون چربی پسند ہوتا ہے اس لیے براہ راست پلازما ممبرین سے پھیل کر سائٹوپلازم یا نیوکلیس میں اندرونی ریسیپٹر سے جڑ جاتا ہے۔ ریسیپٹر ہارمون کمپلیکس نیوکلیس میں جاتا ہے (اگر پہلے سے وہاں نہ ہو) اور ہدف جینز میں مخصوص ڈی این اے ترتیبوں سے جڑ کر ان کی نقل کو کنٹرول کرتا ہے جس سے مخصوص پروٹینز کی پیداوار بڑھ یا کم ہوتی ہے۔
صلاحیت کے لحاظ سے (کتنی قسم کے خلیات بنا سکتے ہیں): (1) ٹوٹی پوٹنٹ — تمام قسم کے خلیات بشمول جنین سے باہر کے ٹشوز بنا سکتے ہیں؛ جیسے زائیگوٹ اور پہلی چند تقسیموں کے خلیات۔ (2) پلوری پوٹنٹ — جسم کے تقریباً کسی بھی خلیے میں تبدیل ہو سکتے ہیں؛ جیسے ابتدائی جنین کے خلیات اور انڈیوسڈ پلوری پوٹنٹ اسٹیم سیلز۔ (3) ملٹی پوٹنٹ — قریبی متعلقہ خلیات کا خاندان بنا سکتے ہیں؛ جیسے ہیماٹوپوئیٹک اسٹیم سیلز جو سرخ خون کے خلیات، سفید خون کے خلیات اور پلیٹلیٹس بناتے ہیں۔ (4) اولیگو پوٹنٹ — چند قسم کے خلیات بنا سکتے ہیں؛ جیسے بالغ لمفائیڈ یا مائیلائیڈ اسٹیم سیلز۔ (5) یونی پوٹنٹ — صرف ایک قسم کے خلیات بنا سکتے ہیں جو ان کی اپنی قسم ہے، لیکن پھر بھی خود کو تجدید کرتے ہیں؛ جیسے بالغ پٹھوں کے اسٹیم سیلز۔ ابتدا کے لحاظ سے: (1) ایمبریونک اسٹیم سیلز (ESCs) — بلاسٹوسسٹ کے اندرونی خلیاتی ماس سے؛ پلوری پوٹنٹ اور بہت ورسٹائل، لیکن ان کے استعمال سے اخلاقی خدشات اور ٹیراٹوما بننے اور مدافعتی مسترد ہونے کے خطرات ہیں۔ (2) بالغ اسٹیم سیلز (ASCs) — بون میرو، چربی، خون اور دیگر ٹشوز سے؛ ملٹی پوٹنٹ، کم اخلاقی تنازعہ اور مریض سے لینے پر مسترد ہونے کا امکان کم، لیکن صلاحیت محدود اور الگ کرنا و کلچر کرنا مشکل۔ (3) انڈیوسڈ پلوری پوٹنٹ اسٹیم سیلز (iPSCs) — لیب میں بالغ سوماٹک خلیات کو مخصوص ٹرانسکرپشن فیکٹرز سے پلوری پوٹنٹ حالت میں دوبارہ پروگرام کر کے بنائے جاتے ہیں، جو ESC جیسی صلاحیت کو مریض مخصوص ابتدا سے جوڑتے ہیں۔
فوائد: (1) ایمبریونک اسٹیم سیلز سے منسلک اخلاقی تنازعہ نہیں کیونکہ کوئی جنین تباہ نہیں ہوتا۔ (2) مریض کے اپنے خلیات سے بنائے جا سکتے ہیں جس سے مدافعتی مسترد ہونے کا خطرہ کم ہوتا ہے۔ (3) تجدید کی صلاحیت — دل کی بیماری کے لیے نئے دل کے خلیات، نیوروڈیجنریٹیو حالتوں کے لیے نئے نیورونز، اور ادویات کی جانچ کے لیے مریض مخصوص بیماری کے ماڈل۔ نقصانات: (1) دوبارہ پروگرامنگ کا عمل جینیاتی تبدیلیاں لا سکتا ہے جو خلیات کو متاثر کر سکتی ہیں۔ (2) مریضوں میں ٹرانسپلانٹ کرنے پر وہ ٹیومر (ٹیراٹوما) بنا سکتے ہیں۔ (3) iPSCs کو مخصوص مکمل فعال خلیات کی اقسام میں تبدیل کرنے کی ہدایت دینا پیچیدہ کام رہتا ہے۔ (4) یہ یقینی بنانا ابھی بھی مشکل ہے کہ تبدیل شدہ خلیات مریض میں درست اور محفوظ طریقے سے کام کریں۔
Answer: An exceptionally large Golgi apparatus suggests the cell is highly secretory — it makes and exports large amounts of protein or lipid products. The Golgi apparatus modifies, sorts and packages products from the ER into secretory vesicles, so a big Golgi means a heavy flow of secretions, e.g. a gland cell producing enzymes, hormones or mucus.
Answer: Being lipid-soluble (like a steroid hormone), it will diffuse directly through the plasma membrane instead of binding a surface receptor. Inside, it binds to an intracellular receptor in the cytoplasm or nucleus; the receptor–hormone complex moves into the nucleus and binds to specific DNA sequences in target genes, regulating their transcription — increasing or decreasing the production of specific proteins.
Answer: Because they require energy (ATP). Forming a vesicle, invaginating or fusing the membrane, moving the vesicle through the cytoplasm on cytoskeleton tracks, and moving bulky material in bulk all cost energy — and the material is moved as a bulk package rather than down its concentration gradient. Any transport that spends cellular energy to move material is active transport, whether a carrier protein or a vesicle does the moving.
Answer: The fluid mosaic model says phospholipids and proteins move laterally within the bilayer rather than sitting fixed. Evidence: in the FRAP (fluorescence recovery after photobleaching) experiment, fluorescently labelled membrane proteins that are bleached in one spot are gradually replaced by unbleached proteins drifting in from neighbouring areas — proving lateral mobility. The membrane's fluidity also changes with temperature and cholesterol content, and membrane proteins can redistribute (e.g. during cell signalling or cell division), which is only possible if the membrane is fluid.
In this chapter you learned cells and their subcellular organelles in full detail — what makes a cell the basic unit of life, the history and exceptions of cell theory, how microscopes magnify and resolve (light vs electron), the complete structure of the cell (cell wall, fluid mosaic plasma membrane, cytoplasm and all 13 organelles from nucleus to cilia and flagella), how prokaryotic and eukaryotic cells differ, how cells send and receive signals (reception, transduction, response — protein and steroid pathways), how substances cross the membrane (diffusion, facilitated diffusion, osmosis, active transport, endocytosis and exocytosis), and stem cells — their types by potency and origin, their uses in medicine, and the advantages and disadvantages of iPSCs. Every topic below is explained in English and Urdu with diagrams and pictures, and the chapter ends with the official exercise with answers.
For revision: first read the English box of each topic, then understand it from the Urdu box, then solve the exercise questions yourself and match them with the answers.
اس باب میں آپ نے خلیات اور ان کے ذیلی خلوی آرگنیلز مکمل تفصیل سے سیکھے — خلیہ زندگی کی بنیادی اکائی کیوں ہے، سیل تھیوری کی تاریخ اور استثنات، مائیکروسکوپز کیسے بڑا کرتے اور واضح کرتے ہیں (لائٹ بمقابلہ الیکٹرون)، خلیے کی مکمل ساخت (سیل وال، فلوئڈ موزیک پلازما ممبرین، سائٹوپلازم اور نیوکلیس سے سیلیا و فلیجیلم تک تمام 13 آرگنیلز)، پروکیریوٹک اور یوکیریوٹک خلیات میں فرق، خلیات سگنلز کیسے بھیجتے اور وصول کرتے ہیں (وصولی، ترسیل، ردعمل — پروٹین اور اسٹیرائیڈ راستے)، مادے ممبرین سے کیسے گزرتے ہیں (ڈیفیوژن، فیسلیٹیٹڈ ڈیفیوژن، اسموسس، ایکٹو ٹرانسپورٹ، اینڈوسائٹوسس اور ایگزوسائٹوسس)، اور اسٹیم سیلز — صلاحیت اور ابتدا کے لحاظ سے ان کی اقسام، طب میں ان کے استعمال، اور iPSCs کے فوائد و نقصانات۔ نیچے ہر ٹاپک انگریزی اور اردو میں ڈایا گرامز اور تصاویر کے ساتھ سمجھایا گیا ہے، اور باب کے آخر میں جوابات کے ساتھ سرکاری ایکسرسائز ہے۔
دہرائی کے لیے: پہلے ہر ٹاپک کا انگریزی باکس پڑھیں، پھر اردو باکس سے سمجھیں، پھر ایکسرسائز کے سوالات خود حل کر کے جوابات سے ملائیں۔
Chapter-wise tests, fresh random papers اور instant score کے لیے PunjabTest.com کا میں test section دیکھو:
PunjabTest.com — Complete Guide Book • FSc Part 1 Biology, Chapter 3 (New Book, Session 2026–27) • English + Urdu