جب آپ اردگرد دیکھتے ہیں تو آپ زندہ اور غیر زندہ چیزیں دیکھتے ہیں۔ آپ نے ضرور حیران ہو کر خود سے پوچھا ہوگا کہ ‘ایسا کیا ہے جو کسی جاندار کو زندہ بناتا ہے، یا ایسی کیا چیز غیر جاندار میں نہیں ہوتی جو جاندار میں ہوتی ہے؟’ اس کا جواب حیات کی بنیادی اکائی - سیل کی موجودگی ہے جو تمام جانداروں میں پائی جاتی ہے۔

تمام جاندار سیلوں پر مشتمل ہوتے ہیں۔ کچھ صرف ایک سیل پر مشتمل ہوتے ہیں اور انہیں یک خلوی جاندار کہا جاتا ہے جبکہ دوسرے، جیسے ہم، بہت سے سیلوں پر مشتمل ہوتے ہیں جنہیں کثیر خلوی جاندار کہا جاتا ہے۔

8.1 سیل کیا ہے؟

یک خلوی جاندار (i) خودمختار وجود اور (ii) حیات کی ضروری افعال انجام دینے کے قابل ہوتے ہیں۔ سیل کی مکمل ساخت سے کم کوئی بھی چیز خودمختار زندگی کو یقینی نہیں بناتی۔ اس لیے، سیل تمام جانداروں کی بنیادی ساختی اور فعال اکائی ہے۔

اینٹون وان لیوونہوک نے پہلی بار زندہ سیل کو دیکھا اور بیان کیا۔ رابرٹ براؤن نے بعد میں nucleus دریافت کیا۔ مائیکروسکوپ کی ایجاد اور اس میں بہتری، جو الیکٹران مائیکروسکوپ تک پہنچی، نے سیل کی تمام ساختی تفصیلات کو ظاہر کیا۔

8.2 سیل تھیوری

1838 میں میتھیس شلیڈن، ایک جرمن ماہر نباتات، نے بڑی تعداد میں پودوں کا معائنہ کیا اور مشاہدہ کیا کہ تمام پودے مختلف قسم کے سیلوں پر مشتمل ہوتے ہیں جو پودے کے بافتوں کی تشکیل کرتے ہیں۔ اسی وقت کے قریب، تھیوڈور شوان (1839)، ایک برطانوی ماہر حیوانات، نے مختلف قسم کے جانوروں کے سیلوں کا مطالعہ کیا اور رپورٹ کیا کہ سیلوں میں ایک پتلی بیرونی تہہ ہوتی ہے جو آج کے دور میں ‘پلازما جھلی’ کہلاتی ہے۔ اس نے پودوں کے بافتوں پر اپنے مطالعے کی بنیاد پر یہ نتیجہ بھی اخذ کیا کہ سیل وال کی موجودگی پودوں کے سیلوں کی منفرد خصوصیت ہے۔ اس بنیاد پر، شوان نے یہ فرضیہ پیش کیا کہ جانوروں اور پودوں کے جسم سیلوں اور سیلوں کی پیداوار پر مشتمل ہوتے ہیں۔

شلیڈن اور شوان نے مل کر سیل تھیوری مرتب کی۔ تاہم، یہ تھیوری یہ وضاحت نہیں کرتی تھی کہ نئے سیل کیسے بنتے ہیں۔ رڈولف ورچو (1855) نے پہلی بار وضاحت کی کہ سیل تقسیم ہوتے ہیں اور نئے سیل پہلے سے موجود سیلوں سے بنتے ہیں (Omnis cellula-e cellula)۔ اس نے شلیڈن اور شوان کے فرضیے میں ترمیم کر کے سیل تھیوری کو حتمی شکل دی۔ آج کے دور میں سمجھی جانے والی سیل تھیوری یہ ہے:

(i) تمام جاندار سیلوں اور سیلوں کی پیداوار پر مشتمل ہوتے ہیں۔

(ii) تمام سیل پہلے سے موجود سیلوں سے پیدا ہوتے ہیں۔

8.3 سیل کا جائزہ

آپ نے پہلے پیاز کے چھلکے اور/یا انسانی گال کے سیلوں کو مائیکروسکوپ کے نیچے دیکھا ہوگا۔ آئیے ان کی ساخت کو یاد کریں۔ پیاز کا سیل جو ایک عام پودے کا سیل ہے، اس کی بیرونی حد ایک واضح سیل وال کے طور پر ہوتی ہے اور اس کے اندر فوراً ہی سیل جھلی ہوتی ہے۔ انسانی گال کے سیلوں میں بیرونی جھلی سیل کی محدود کرنے والی ساخت کے طور پر ہوتی ہے۔ ہر سیل کے اندر ایک گھنا، جھلی سے بند شدہ ساخت ہوتی ہے جسے nucleus کہا جاتا ہے۔ اس nucleus میں chromosomes ہوتے ہیں جو بدلے میں جینیاتی مادہ، DNA رکھتے ہیں۔ سیل جن میں جھلی سے بند nucleus ہوتا ہے انہیں یوکریوٹک کہا جاتا ہے جبکہ سیل جن میں جھلی سے بند nucleus نہ ہو انہیں پروکریوٹک کہا جاتا ہے۔ پروکریوٹک اور یوکریوٹک دونوں سیلوں میں، ایک نیم سیال مادہ جسے cytoplasm کہا جاتا ہے، سیل کے حجم پر قابض ہوتا ہے۔ Cytoplasm پودوں اور جانوروں دونوں کے سیلوں میں خلیاتی سرگرمیوں کا اصل میدان ہے۔ اس میں مختلف کیمیائی رد عمل ہوتے ہیں جو سیل کو ‘زندہ حالت’ میں رکھتے ہیں۔

Nucleus کے علاوہ، یوکریوٹک سیلوں میں دیگر جھلی سے بند مخصوص ساختیں ہوتی ہیں جنہیں organelles کہا جاتا ہے جیسے endoplasmic reticulum (ER)، golgi complex، lysosomes، mitochondria، microbodies اور vacuoles۔ پروکریوٹک سیلوں میں ایسی جھلی سے بند organelles نہیں ہوتیں۔

Ribosomes غیر جھلی سے بند organelles ہوتے ہیں جو تمام سیلوں میں پائے جاتے ہیں - یوکریوٹک کے ساتھ ساتھ پروکریوٹک میں بھی۔ سیل کے اندر، ribosomes نہ صرف cytoplasm میں پائے جاتے ہیں بلکہ دو organelles - chloroplasts (پودوں میں) اور mitochondria اور rough ER کے اندر بھی۔

جانوروں کے سیلوں میں ایک اور غیر جھلی سے بند organelle ہوتا ہے جسے centrosome کہا جاتا ہے جو سیل تقسیم میں مدد دیتا ہے۔

شکل 8.1 سیلوں کی مختلف شکلوں کو ظاہر کرنے والا خاکہ

سیل سائز، شکل اور سرگرمیوں میں بہت زیادہ مختلف ہوتے ہیں (شکل 8.1)۔ مثال کے طور پر، Mycoplasmas، سب سے چھوٹے سیل، صرف 0.3 µm لمبائی کے ہوتے ہیں جبکہ بیکٹیریا 3 سے 5 µم ہو سکتے ہیں۔ سب سے بڑا علیحدہ واحد سیل شترمرغ کا انڈا ہے۔ کثیر خلوی جانداروں میں، انسانی سرخ خون کے سیل تقریباً 7.0 µm قطر کے ہوتے ہیں۔ اعصابی سیل کچھ لمبے ترین سیلوں میں سے ہیں۔ سیل اپنی شکل میں بھی بہت مختلف ہوتے ہیں۔ وہ چپٹی، کثیرالاضلاع، ستونی، مکعب، دھاگے نما، یا یہاں تک کہ بے قاعدہ ہو سکتے ہیں۔ سیل کی شکل اس کے انجام دہندہ کام کے ساتھ مختلف ہو سکتی ہے۔

8.4 پروکریوٹک سیل

پروکریوٹک سیلوں کی نمائندگی بیکٹیریا، نیلے سبز شریشمے، mycoplasma اور PPLO (Pleuro Pneumonia Like Organisms) کرتے ہیں۔ یہ عام طور پر یوکریوٹک سیلوں سے چھوٹے ہوتے ہیں اور زیادہ تیزی سے بڑھتے ہیں (شکل 8.2)۔ یہ شکل اور سائز میں بہت مختلف ہو سکتے ہیں۔ بیکٹیریا کی چار بنیادی شکلیں ہیں: bacillus (چھڑی نما)، coccus (کروی)، vibrio (کما نما) اور spirillum (لہریا)۔

شکل 8.2 یوکریوٹک سیل کی دیگر جانداروں سے موازنہ ظاہر کرنے والا خاکہ

اگرچہ پروکریوٹس شکل اور افعال کی وسیع تنوع ظاہر کرتے ہیں، پروکریوٹک سیل کی تنظیم بنیادی طور پر یکساں ہے۔ تمام پروکریوٹس میں mycoplasma کے علاوہ سیل جھلی کے گرد سیل وال ہوتی ہے۔ سیل کو بھرنے والا سیال مادہ cytoplasm ہے۔ اس میں کوئی واضح nucleus نہیں ہوتا۔ جینیاتی مادہ عام طور پر ننگا ہوتا ہے، nucleus جھلی سے احاطہ شدہ نہیں ہوتا۔ جینیاتی DNA (واحد chromosome/گول DNA) کے علاوہ، بہت سے بیکٹیریا کے پاس جینیاتی DNA کے باہر چھوٹی گول DNA ہوتی ہے۔ ان چھوٹی DNA کو plasmids کہا جاتا ہے۔ Plasmid DNA ایسے بیکٹیریا کو کچھ منفرد ظاہری خصوصیات عطا کرتی ہے۔ ان میں سے ایک خصوصیت اینٹی بائیوٹکس کے خلاف مزاحمت ہے۔ اعلیٰ جماعتوں میں آپ سیکھیں گے کہ اس plasmid DNA کو غیر ملکی DNA کے ساتھ بیکٹیریا کی تبدیلی کی نگرانی کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ یوکریوٹس میں nuclear membrane پائی جاتی ہے۔ Ribosomes کے لیے organelles نہیں ہوتیں۔ پروکریوٹس میں inclusions کی شکل میں کچھ منفرد چیزیں ہوتی ہیں۔ سیل جھلی کی ایک مخصوص تبدیل شدہ شکل جسے mesosome کہا جاتا ہے، پروکریوٹس کی خصوصیت ہے۔ یہ بنیادی طور پر سیل جھلی کے اندر کی طرف جھکاؤ ہوتے ہیں۔

8.4.1 سیل انولپ اور اس کی تبدیلیاں

زیادہ تر پروکریوٹک سیل، خاص طور پر بیکٹیریا کے سیل، میں ایک کیمیائی طور پر پیچیدہ سیل انولپ ہوتی ہے۔ سیل انولپ ایک سخت بند تین پرتوں کی ساخت پر مشتمل ہوتی ہے یعنی سب سے باہر glycocalyx، اس کے بعد سیل وال اور پھر پلازما جھلی۔ اگرچہ انولپ کی ہر پرت ایک مخصوص کام انجام دیتی ہے، وہ ایک متحدہ حفاظتی اکائی کے طور پر کام کرتی ہیں۔ بیکٹیریا کو دو گروپوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے انولپ میں فرق اور Gram کی تیار کردہ staining طریقہ کار کے جواب کے طریقے کی بنیاد پر، یعنی وہ جو gram stain کو اخذ کرتے ہیں Gram positive کہلاتے ہیں اور جو نہیں کرتے وہ Gram negative کہلاتے ہیں۔

Glycocalyx مختلف بیکٹیریا میں ترکیب اور موٹائی میں مختلف ہوتی ہے۔ یہ کچھ میں ایک ڈھیلا غلاف ہو سکتی ہے جسے slime layer کہا جاتا ہے، جبکہ دوسروں میں یہ موٹی اور سخت ہو سکتی ہے، جسے capsule کہا جاتا ہے۔ سیل وال سیل کی شکل کا تعین کرتی ہے اور سیل کو پھٹنے یا گرنے سے روکنے کے لیے مضبوط ساختی مدد فراہم کرتی ہے۔

پلازما جھلی انتخابی طور پر قابل نفوذ ہے اور باہر کی دنیا کے ساتھ تعامل کرتی ہے۔ یہ جھلی ساخت کے لحاظ سے یوکریوٹس کی جھلی جیسی ہوتی ہے۔

ایک خاص جھلی ساخت mesosome ہے جو پلازما جھلی کے سیل کے اندر تک پھیلاؤ سے بنتی ہے۔ یہ پھیلاؤ vesicles، tubules اور lamellae کی شکل میں ہوتے ہیں۔ یہ سیل وال کی تشکیل، DNA replication اور بیٹی سیلوں میں تقسیم میں مدد دیتے ہیں۔ یہ سانس لینے، اخراج کے عمل، پلازما جھلی کے رقبے میں اضافے اور enzymatic مواد میں بھی مدد دیتے ہیں۔ کچھ پروکریوٹس جیسے cyanobacteria میں، cytoplasm میں دیگر جھلی پھیلاؤ ہوتے ہیں جنہیں chromatophores کہا جاتا ہے جو pigments رکھتے ہیں۔

بیکٹیریا کے سیل متحرک یا غیر متحرک ہو سکتے ہیں۔ اگر متحرک ہوں تو ان کی سیل وال سے پتلی دھاگے نما پھیلاؤ ہوتے ہیں جنہیں flagella کہا جاتا ہے۔ بیکٹیریا flagella کی تعداد اور ترتیب میں مختلف ہوتے ہیں۔ بیکٹیریا کا flagellum تین حصوں پر مشتمل ہوتا ہے - filament، hook اور basal body۔ Filament سب سے لمبا حصہ ہوتا ہے اور سیل کی سطح سے باہر تک پھیلا ہوتا ہے۔

Flagella کے علاوہ، Pili اور Fimbriae بھی بیکٹیریا کی سطحی ساختیں ہیں لیکن وہ حرکت میں کردار نہیں ادا کرتے۔ Pili ایک خاص پروٹین سے بنی ہوئی لمبی نلی نما ساختیں ہوتی ہیں۔ Fimbriae سیل سے نکلنے والے چھوٹے کانٹے نما ریشے ہوتے ہیں۔ کچھ بیکٹیریا میں، یہ سیلوں کو ندیوں میں پتھروں سے اور میزبان کے بافتوں سے جوڑنے میں مدد دیتے ہیں۔

8.4.2 Ribosomes اور Inclusion Bodies

پروکریوٹس میں، ribosomes سیل کی پلازما جھلی سے جڑے ہوتے ہیں۔ یہ تقریباً 15 nm بھر 20 nm سائز کے ہوتے ہیں اور دو subunits پر مشتمل ہوتے ہیں - 50S اور 30S units جو ایک ساتھ مل کر 70S prokaryotic ribosomes کی تشکیل کرتے ہیں۔ Ribosomes پروٹین synthesis کی جگہ ہوتے ہیں۔ کئی ribosomes ایک single mRNA سے جڑ کر ایک chain بناتے ہیں جسے polyribosomes یا polysome کہا جاتا ہے۔ Polysome کے ribosomes mRNA کو proteins میں translate کرتے ہیں۔

Inclusion bodies: پروکریوٹک سیلوں میں محفوظ مواد cytoplasm میں inclusion bodies کی شکل میں محفوظ کیا جاتا ہے۔ یہ کسی جھلی کے نظام سے بند نہیں ہوتے اور cytoplasm میں آزاد ہوتے ہیں، مثلاً phosphate granules، cyanophycean granules اور glycogen granules۔ Gas vacuoles نیلے سبز اور جامنی اور سبز فوٹو سنتھیٹک بیکٹیریا میں پائے جاتے ہیں۔

8.5 یوکریوٹک سیل

یوکریوٹس میں تمام protists، پودے، جانور اور fungi شامل ہیں۔ یوکریوٹک سیلوں میں جھلی سے بند organelles کی موجودگی کے ذریعے cytoplasm کی وسیع تقسیم ہوتی ہے۔ یوکریوٹک سیلوں میں ایک منظم nucleus ہوتا ہے جو nuclear envelope سے احاطہ شدہ ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، یوکریوٹک سیلوں میں پیچیدہ locomotory اور cytoskeletal ساختیں ہوتی ہیں۔ ان کا جینیاتی مادہ chromosomes میں منظم ہوتا ہے۔

تمام یوکریوٹک سیل یکساں نہیں ہوتے۔ پودوں اور جانوروں کے سیل مختلف ہوتے ہیں کیونکہ سابقہ میں سیل وال، plastids اور ایک بڑا مرکزی vacuole ہوتا ہے جو جانوروں کے سیلوں میں غائب ہوتا ہے۔ دوسری طرف، جانوروں کے سیلوں میں centrioles ہوتے ہیں جو تقریباً تمام پودوں کے سیلوں میں غائب ہوتے ہیں (شکل 8.3)۔ آئیے اب انفرادی سیل organelles کو دیکھیں تاکہ ان کی ساخت اور افعال کو سمجھ سکیں۔

شکل 8.3 خاکہ ظاہر کرتا ہے: (a) پودے کا سیل (b) جانور کا سیل

8.5.1 سیل جھلی

جھلی کی تفصیلی ساخت صرف 1950 کی دہائی میں الیکٹران مائیکروسکوپ کے آغاز کے بعد ہی مطالعہ کی گئی۔ اس دوران، سیل جھلی پر کیمیائی مطالعے، خاص طور پر انسانی سرخ خون کے سیلوں (RBCs) پر، نے سائنسدانوں کو پلازما جھلی کی ممکنہ ساخت کا اندازہ لگانے میں مدد دی۔

ان مطالعات نے ظاہر کیا کہ سیل جھلی بنیادی طور پر lipids اور proteins پر مشتمل ہوتی ہے۔ اہم lipids phospholipids ہوتے ہیں جو ایک bilayer میں ترتیب دیے جاتے ہیں۔ اس کے علاوہ، lipids جھلی کے اندر polar head باہر کی طرف اور hydrophobic tails اندر کی طرف ترتیب دیے جاتے ہیں۔ اس سے یہ یقینی بنتا ہے کہ saturated hydrocarbons کا غیر polar tail آبی ماحول سے محفوظ رہے (شکل 8.4)۔ Phospholipids کے علاوہ جھلی میں cholesterol بھی ہوتا ہے۔

بعد میں، biochemical تحقیق نے واضح طور پر ظاہر کیا کہ سیل جھلی میں protein اور carbohydrate بھی ہوتے ہیں۔ Protein اور lipid کا تناسب مختلف سیل اقسام میں کافی حد تک مختلف ہوتا ہے۔ انسانوں میں، erythrocyte کی جھلی میں تقریباً 52 فیصد protein اور 40 فیصد lipids ہوتے ہیں۔

استخراج کی سہولت کے لحاظ سے، جھلی proteins کو integral اور peripheral میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ Peripheral proteins جھلی کی سطح پر ہوتے ہیں جبکہ integral proteins جزوی یا مکمل طور پر جھلی میں دبے ہوتے ہیں۔

شکل 8.4 پلازما جھلی کا سیال mozaic ماڈل

سیل جھلی کی ساخت کا ایک بہتر ماڈل Singer اور Nicolson (1972) نے پیش کیا جو سیال mozaic ماڈل (شکل 8.4) کے طور پر وسیع طور پر قبول کیا گیا۔ اس کے مطابق، lipid کی شبه سیال نوعیت proteins کو مجموعی bilayer کے اندر lateral movement کی اجازت دیتی ہے۔ جھلی کے اندر حرکت کرنے کی اس صلاحیت کو اس کی سیالیت کے طور پر ماپا جاتا ہے۔

جھلی کی سیال نوعیت افعال کے نقطہ نظر سے بھی اہم ہے جیسے سیل کی نمو، intercellular junctions کی تشکیل، اخراج، endocytosis، سیل تقسیم وغیرہ۔

پلازما جھلی کا سب سے اہم کام اس کے عبور سے مالیکیولز کا نقل و حمل ہے۔ جھلی کچھ مالیکیولز کے لیے انتخابی طور پر قابل نفوذ ہے جو اس کے دونوں اطراف پر موجود ہیں۔ بہت سے مالیکیولز بغیر کسی توانائی کی ضرورت کے جھلی کے عبور سے حرکت کر سکتے ہیں اور اسے passive transport کہا جاتا ہے۔ Neutral solutes simple diffusion کے عمل سے concentration gradient کے ساتھ جھلی کے عبور سے حرکت کر سکتے ہیں، یعنی زیادہ concentration سے کم concentration کی طرف۔ پانی بھی اس جھلی کے عبور سے زیادہ سے کم concentration کی طرف حرکت کر سکتا ہے۔ پانی کی diffusion کے ذریعے حرکت کو osmosis کہا جاتا ہے۔ جیسا کہ polar molecules غیر polar lipid bilayer سے عبور نہیں کر سکتے، انہیں جھلی کے عبور میں مدد کے لیے carrier protein کی ضرورت ہوتی ہے۔ چند ions یا molecules کو ان کے concentration gradient کے خلاف جھلی کے عبور سے پہنچایا جاتا ہے، یعنی کم سے زیادہ concentration کی طرف۔ ایسا نقل و حمل توانائی پر مبنی عمل ہے، جس میں ATP استعمال ہوتا ہے اور اسے active transport کہا جاتا ہے، مثال کے طور پر Na+/K+ Pump۔

8.5.2 سیل وال

جیسا کہ آپ کو یاد ہوگا، ایک غیر زندہ سخت ساخت جسے سیل وال کہا جاتا ہے، fungi اور پودوں کی پلازما جھلی کے لیے بیرونی covering بناتی ہے۔ سیل وال نہ صرف سیل کو شکل دیتی ہے اور سیل کو میکانیکی نقصان اور انفیکشن سے بچاتی ہے، بلکہ یہ سیل سے سیل کے تعامل میں بھی مدد دیتی ہے اور غیر مطلوب macromolecules کے لیے رکاوٹ فراہم کرتی ہے۔ شریشموں میں سیل وال cellulose، galactans، mannans اور calcium carbonate جیسے minerals سے بنی ہوتی ہے، جبکہ دیگر پودوں میں یہ cellulose، hemicellulose، pectins اور proteins پر مشتمل ہوتی ہے۔ ایک جوان پودے کے سیل کی سیل وال، primary wall نمو کے قابل ہوتی ہے، جو سیل کے بالغ ہونے کے ساتھ gradual طور پر کم ہو جاتی ہے اور secondary wall سیل کی اندرونی طرف (جھلی کی طرف) بن جاتی ہے۔

Middle lamella ایک پرت ہے جو بنیادی طور پر calcium pectate پر مشتمل ہوتی ہے جو مختلف neighbouring سیلوں کو جوڑتی ہے۔ سیل وال اور middle lamellae کو plasmodesmata عبور کر سکتے ہیں جو neighbouring سیلوں کے cytoplasm کو جوڑتے ہیں۔

8.5.3 Endomembrane نظام

جبکہ membranous organelles میں سے ہر ایک اپنی ساخت اور فعل کے لحاظ سے مخصوص ہے، ان میں سے بہت سے کو ایک ساتھ endomembrane نظام کے طور پر سمجھا جاتا ہے کیونکہ ان کے افعال coordinated ہوتے ہیں۔ Endomembrane نظام میں endoplasmic reticulum (ER)، golgi complex، lysosomes اور vacuoles شامل ہیں۔ چونکہ mitochondria، chloroplast اور peroxisomes کے افعال اوپر کے components کے ساتھ coordinated نہیں ہوتے، انہیں endomembrane نظام کا حصہ نہیں سمجھا جاتا۔

8.5.3.1 Endoplasmic Reticulum (ER)

یوکریوٹک سیلوں کے الیکٹران مائیکروسکوپک مطالعے سے cytoplasm میں بکھری ہوئی ننھی tubular ساختوں کے ایک نیٹ ورک یا reticulum کی موجودگی ظاہر ہوتی ہے جسے endoplasmic reticulum (ER) کہا جاتا ہے (شکل 8.5)۔ اس لیے، ER intracellular space کو دو مخصوص compartments میں تقسیم کرتا ہے، یعنی luminal (ER کے اندر) اور extra luminal (cytoplasm) compartments۔

ER اکثر اپنی بیرونی سطح پر ribosomes دکھاتا ہے۔ سطح پر ribosomes رکھنے والا endoplasmic reticulum rough endoplasmic reticulum (RER) کہلاتا ہے۔ Ribosomes کی غیر موجودگی میں یہ smooth نظر آتا ہے اور smooth endoplasmic reticulum (SER) کہلاتا ہے۔

RER اکثر ان سیلوں میں مشاہدہ کیا جاتا ہے جو protein synthesis اور secretion میں فعال طور پر ملوث ہوتے ہیں۔ یہ وسیع اور nucleus کی بیرونی جھلی کے ساتھ مسلسل ہوتے ہیں۔

Smooth endoplasmic reticulum lipid synthesis کا بڑا مرکز ہے۔ جانوروں کے سیلوں میں lipid جیسے steroidal hormones SER میں synthesise کیے جاتے ہیں۔

شکل 8.5 Endoplasmic reticulum

8.5.3.2 Golgi apparatus

Camillo Golgi (1898) نے پہلی بار nucleus کے قریب densely stained reticular ساختوں کو دیکھا۔ بعد میں ان کا نام Golgi bodies رکھا گیا۔ یہ بہت سے چپٹے، disc-shaped sacs یا cisternae پر مشتمل ہوتے ہیں جن کا قطر 0.5µm سے 1.0µm ہوتا ہے (شکل 8.6)۔ یہ ایک دوسرے کے parallel stacked ہوتے ہیں۔ Golgi complex میں مختلف تعداد کی cisternae ہوتی ہیں۔ Golgi cisternae nucleus کے قریب concentrically ترتیب دیے جاتے ہیں جن میں distinct convex cis یا forming face اور concave trans یا maturing face ہوتی ہے۔ Organelle کے cis اور trans faces بالکل مختلف ہوتے ہیں، لیکن interconnected ہوتے ہیں۔

Golgi apparatus بنیادی طور پر مواد کو package کرنے کا کام انجام دیتا ہے، جو یا تو intra-cellular targets کو deliver کیے جائیں یا سیل کے باہر secret کیے جائیں۔ ER سے vesicles کی شکل میں package کیے جانے والے مواد golgi apparatus کے cis face سے fuse ہوتے ہیں اور maturing face کی طرف بڑھتے ہیں۔ یہ وضاحت کرتا ہے کہ golgi apparatus endoplasmic reticulum کے ساتھ close association میں کیوں رہتا ہے۔ ER پر ribosomes کے ذریعے synthesise کیے گئے بہت سے proteins کو golgi apparatus کی cisternae میں modify کیا جاتا ہے قبل ازیں کہ وہ اس کے trans face سے release کیے جائیں۔ Golgi apparatus glycoproteins اور glycolipids کی تشکیل کا اہم مقام ہے۔

شکل 8.6 Golgi apparatus

8.5.3.3 Lysosomes

یہ golgi apparatus میں packaging کے عمل سے بننے والی جھلی سے بند vesicular ساختیں ہوتی ہیں۔ Isolated lysosomal vesicles میں تقریباً تمام قسم کے hydrolytic enzymes (hydrolases - lipases، proteases، carbohydrases) پائے جاتے ہیں جو acidic pH پر optimally active ہوتے ہیں۔ یہ enzymes carbohydrates، proteins، lipids اور nucleic acids کو ہضم کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔

8.5.3.4 Vacuoles

Vacuole cytoplasm میں پایا جانے والا جھلی سے بند space ہے۔ اس میں پانی، رس، excretory product اور دیگر ایسے مواد ہوتے ہیں جو سیل کے لیے مفید نہیں ہوتے۔ Vacuole کو ایک single جھلی سے بند کیا جاتا ہے جسے tonoplast کہا جاتا ہے۔ پودوں کے سیلوں میں vacuoles سیل کے حجم کا 90 فیصد تک occupy کر سکتے ہیں۔

پودوں میں، tonoplast بہت سے ions اور دیگر مواد کو concentration gradients کے خلاف vacuole میں transport میں facilitate کرتا ہے، اس لیے ان کی concentration vacuole میں cytoplasm سے significantly زیادہ ہوتی ہے۔

Amoeba میں contractile vacuole osmoregulation اور excretion کے لیے اہم ہے۔ بہت سے سیلوں میں، جیسے protists، food vacuoles food particles کو engulf کر کے بنتے ہیں۔

8.5.4 Mitochondria

Mitochondria (واحد: mitochondrion)، خاص طور پر stain کیے بغیر، آسانی سے مائیکروسکوپ کے نیچے نظر نہیں آتے۔ ہر سیل میں mitochondria کی تعداد سیلوں کی physiological activity پر منحصر ہوتی ہے۔ شکل اور سائز کے لحاظ سے بھی considerable degree of variability مشاہدہ کی جاتی ہے۔ عام طور پر یہ sausage-shaped یا cylindrical ہوتے ہیں جن کا قطر 0.2-1.0µm (اوسط 0.5µm) اور لمبائی 1.0-4.1µm ہوتی ہے۔ ہر mitochondron ایک double membrane-bound ساخت ہوتی ہے جس کی outer membrane اور inner membrane اس کے lumen کو دو aqueous compartments میں واضح طور پر تقسیم کرتی ہیں، یعنی outer compartment اور inner compartment۔ Inner compartment میں matrix نامی dense homogeneous مادہ ہوتا ہے۔ Outer membrane organelle کی continuous limiting boundary بناتی ہے۔ Inner membrane matrix کی طرف کئی infoldings بناتی ہے جنہیں cristae (واحد: crista) کہا جاتا ہے (شکل 8.7)۔ Cristae سطح کے رقبے کو بڑھاتے ہیں۔ دونوں جھلیوں میں ان کی mitochondrial function سے منسلک specific enzymes ہوتے ہیں۔ Mitochondria aerobic respiration کی جگہ ہوتے ہیں۔ یہ ATP کی شکل میں cellular energy پیدا کرتے ہیں، اس لیے انہیں سیل کے ‘power houses’ کہا جاتا ہے۔ Matrix میں single circular DNA molecule، چند RNA molecules، ribosomes (70S) اور proteins synthesis کے لیے درکار components بھی ہوتے ہیں۔ Mitochondria fission کے ذریعے تقسیم ہوتے ہیں۔

شکل 8.7 mitochondrion کی ساخت (longitudinal section)

8.5.5 Plastids

Plastids تمام پودوں کے سیلوں اور euglenoides میں پائے جاتے ہیں۔ یہ آسانی سے مائیکروسکوپ کے نیچے دیکھے جا سکتے ہیں کیونکہ یہ بڑے ہوتے ہیں۔ ان میں کچھ specific pigments ہوتے ہیں، اس طرح پودوں کو specific colours دیتے ہیں۔ Pigments کی قسم کی بنیاد پر plastids کو chloroplasts، chromoplasts اور leucoplasts میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔

Chloroplasts میں chlorophyll اور carotenoid pigments ہوتے ہیں جو photosynthesis کے لیے ضروری light energy کو trap کرنے کے ذمہ دار ہوتے ہیں۔ Chromoplasts میں fat soluble carotenoid pigments جیسے carotene، xanthophylls اور دیگر ہوتے ہیں۔ یہ پودے کے حصے کو پیلا، نارنجی یا سرخ رنگ دیتے ہیں۔ Leucoplasts مختلف شکلوں اور سائز کے colourless plastids ہوتے ہیں جن میں محفوظ nutrients ہوتے ہیں: Amyloplasts carbohydrates (starch) محفوظ کرتے ہیں، مثال کے طور پر آلو؛ elaioplasts oils اور fats محفوظ کرتے ہیں جبکہ aleuroplasts proteins محفوظ کرتے ہیں۔

سبز پودوں کی اکثر chloroplasts پتیوں کے mesophyll سیلوں میں پائے جاتے ہیں۔ یہ lens-shaped، oval، spherical، discoid یا ribbon-like organelles ہوتے ہیں جن کی لمبائی (5-10µm) اور چوڑائی (2-4µm) مختلف ہوتی ہے۔ ان کی تعداد Chlamydomonas، ایک سبز شریشمہ کے سیل میں 1 سے le mesophyll میں 20-40 فی سیل تک مختلف ہوتی ہے۔ Mitochondria کی طرح، chloroplasts بھی double membrane bound ہوتے ہیں۔ دونوں میں سے، شکل 8.8 chloroplast کا sectional view inner chloroplast membrane نسبتاً کم قابل نفوذ ہوتی ہے۔ Chloroplast کی inner membrane کے محدود space کو stroma کہا جاتا ہے۔ Stroma میں منظم flattened membranous sacs جنہیں thylakoids کہا جاتا ہے، موجود ہوتے ہیں (شکل 8.8)۔ Thylakoids سکوں کے piles کی طرح stacks میں ترتیب دیے جاتے ہیں جنہیں grana (واحد: granum) یا intergranal thylakoids کہا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، flat membranous tubules stroma lamellae ہوتے ہیں جو مختلف grana کے thylakoids کو جوڑتے ہیں۔ Thylakoids کی membrane ایک space کو محدود کرتی ہے جسے lumen کہا جاتا ہے۔ Chloroplast کا stroma carbohydrates اور proteins synthesis کے لیے ضروری enzymes رکھتا ہے۔ اس میں small، double-stranded circular DNA molecules اور ribosomes بھی ہوتے ہیں۔ Chlorophyll pigments thylakoids میں ہوتے ہیں۔ Chloroplasts کے ribosomes cytoplasmic ribosomes (80S) سے چھوٹے (70S) ہوتے ہیں۔

شکل 8.8 Chloroplast کا sectional view

8.5.6 Ribosomes

Ribosomes granular ساختیں ہیں جنہیں پہلی بار George Palade (1953) نے الیکٹران مائیکروسکوپ کے نیچے dense particles کے طور پر دیکھا۔ یہ ribonucleic acid (RNA) اور proteins پر مشتمل ہوتے ہیں اور کسی جھلی سے گھرے نہیں ہوتے۔

یوکریوٹک ribosomes 80S ہوتے ہیں جبکہ پروکریوٹک ribosomes 70S ہوتے ہیں۔ ہر ribosome میں دو subunits ہوتے ہیں، larger اور smaller subunits (شکل 8.9)۔ 80S ribosomes کے دو subunits 60S اور 40S ہوتے ہیں جبکہ 70S ribosomes کے دو subunits 50S اور 30S ہوتے ہیں۔ یہاں ‘S’ (Svedberg’s Unit) sedimentation coefficient کے لیے ہے؛ یہ بالواسطہ density اور سائز کی پیمائش ہے۔ 70S اور 80S دونوں ribosomes دو subunits پر مشتمل ہوتے ہیں۔

شکل 8.9 Ribosome

8.5.7 Cytoskeleton

Cytoplasm میں موجود microtubules، microfilaments اور intermediate filaments پر مشتمل filamentous proteinaceous ساختوں کا ایک وسیع نیٹ ورک مجموعی طور پر cytoskeleton کہلاتا ہے۔ سیل کا cytoskeleton بہت سے افعال میں ملوث ہوتا ہے جیسے mechanical support، motility، سیل کی شکل کو برقرار رکھنا۔

شکل 8.10 Cilia/flagella کے مختلف حصوں کو ظاہر کرنے والا section: (a) الیکٹران مائیکروگراف (b) اندرونی ساخت کی diagrammatic representation

8.5.8 Cilia اور Flagella

Cilia (واحد: cilium) اور flagella (واحد: flagulum) سیل جھلی کے hair-like outgrowths ہوتے ہیں۔ Cilia چھوٹی ساختیں ہوتی ہیں جو oars کی طرح کام کرتی ہیں، یا تو سیل یا surrounding fluid کی movement کا سبب بنتی ہیں۔ Flagella نسبتاً لمبے ہوتے ہیں اور سیل movement کے ذمہ دار ہوتے ہیں۔ Prokaryotic بیکٹیریا میں بھی flagella ہوتی ہیں لیکن یہ structurally یوکریوٹک flagella سے مختلف ہوتی ہیں۔

Cilium یا flagellum کے الیکٹران مائیکروسکوپک مطالعے سے ظاہر ہوتا ہے کہ وہ plasma membrane سے covered ہوتے ہیں۔ ان کا core جسے axoneme کہا جاتا ہے، میں microtubules کی ایک تعداد ہوتی ہے جو long axis کے parallel میں چلتی ہے۔ Axoneme میں عام طور پر نو doublets of radially arranged peripheral microtubules اور centrally located microtubules کی ایک pair ہوتی ہے۔ Axonemal microtubules کی ایسی ترتیب کو 9+2 array (شکل 8.10) کہا جاتا ہے۔ Central tubules پلوں سے جڑے ہوتے ہیں اور central sheath سے بھی گھرے ہوتے ہیں، جو ہر peripheral doublet کے ایک tubule سے radial spoke کے ذریعے جڑا ہوتا ہے۔ اس طرح، نو radial spokes ہوتے ہیں۔ Peripheral doublets linkers سے بھی interconnected ہوتے ہیں۔ Cilium اور flagulum دونوں centriole-like ساخت سے نکلتے ہیں جسے basal bodies کہا جاتا ہے۔

8.5.9 Centrosome اور Centrioles

Centrosome ایک organelle ہوتا ہے جس میں عام طور پر دو cylindrical ساختیں centrioles ہوتی ہیں۔ یہ amorphous pericentriolar materials سے گھرے ہوتے ہیں۔ Centrosome میں دونوں centrioles ایک دوسرے کے perpendicular ہوتے ہیں جن میں سے ہر ایک کی organisation cartwheel جیسی ہوتی ہے۔ یہ tubulin protein کے nine evenly spaced peripheral fibrils پر مشتمل ہوتے ہیں۔ ہر peripheral fibril ایک triplet ہوتی ہے۔ Adjacent triplets بھی linked ہوتے ہیں۔ Centriole کے proximal region کے central part بھی proteinaceous ہوتا ہے اور اسے hub کہا جاتا ہے، جو peripheral triplets کے tubules سے protein کے radial spokes کے ذریعے جڑا ہوتا ہے۔ Centrioles cilia یا flagella کی basal body بناتے ہیں، اور جانوروں کے سیلوں میں سیل تقسیم کے دوران spindle apparatus بنانے والی spindle fibres بناتے ہیں۔

8.5.10 Nucleus

Robert Brown نے 1831 میں پہلی بار nucleus کو ایک سیل organelle کے طور پر بیان کیا۔ بعد میں nucleus کا مادہ basic dyes سے stain ہوتا تھا جسے Flemming نے chromatin کا نام دیا۔

شکل 8.11 Nucleus کی ساخت

Interphase nucleus (سیل کا nucleus جب وہ تقسیم نہیں ہو رہا) میں highly extended اور elaborate nucleoprotein fibres chromatin، nuclear matrix اور ایک یا زیادہ spherical bodies nucleoli (واحد: nucleolus) ہوتے ہیں (شکل 8.11)۔ الیکٹران مائیکروسکوپ سے ظاہر ہوا ہے کہ nuclear envelope، جو دو parallel membranes پر مشتمل ہوتی ہے جن کے درمیان (10 سے 50 nm) کا space ہوتا ہے جسے perinuclear space کہا جاتا ہے، nucleus کے اندر موجود مواد اور cytoplasm کے درمیان ایک barrier بناتی ہے۔ Outer membrane عام طور پر endoplasmic reticulum کے ساتھ continuous رہتی ہے اور اس پر ribosomes بھی ہوتے ہیں۔ کئی جگہوں پر nuclear envelope کو minute pores کے ذریعے interrupt کیا جاتا ہے، جو اس کی دو membranes کے fusion سے بنتے ہیں۔ یہ nuclear pores RNA اور protein molecules کی movement کے لیے passages ہیں جو nucleus اور cytoplasm کے درمیان دونوں سمتوں میں movement کرتے ہیں۔ عام طور پر، ہر سیل میں صرف ایک nucleus ہوتا ہے، nuclei کی تعداد میں variations بھی اکثر مشاہدہ کی جاتی ہیں۔ کیا آپ ان جانداروں کے نام یاد کر سکتے ہیں جن میں ہر سیل سے زیادہ nuclei ہوتے ہیں؟ کچھ بالغ سیلوں میں nucleus بھی غائب ہو سکتا ہے، مثال کے طور پر بہت سے mammals کے erythrocytes اور vascular plants کے sieve tube cells۔ کیا آپ ان سیلوں کو ‘زندہ’ سمجھیں گے؟

Nuclear matrix یا nucleoplasm nucleolus اور chromatin رکھتا ہے۔ Nucleoli nucleoplasm میں موجود spherical ساختیں ہوتی ہیں۔ Nucleolus کا content nucleoplasm کے باقی حصے کے ساتھ continuous ہوتا ہے کیونکہ یہ membrane bound ساخت نہیں ہے۔ یہ active ribosomal RNA synthesis کی جگہ ہے۔ Larger اور زیادہ numerous nucleoli ان سیلوں میں پائے جاتے ہیں جو فعال طور پر protein synthesis کر رہے ہیں۔

آپ کو یاد ہوگا کہ interphase nucleus میں nucleoprotein fibres کا ایک loose اور indistinct network chromatin کہلاتا ہے۔ لیکن سیل تقسیم کے مختلف مراحل کے دوران، سیلوں میں nucleus کے بجائے structured chromosomes نظر آتے ہیں۔ Chromatin میں DNA اور کچھ basic proteins histones، کچھ non-histone proteins اور RNA بھی ہوتے ہیں۔ ایک single انسانی سیل میں تقریباً دو میٹر لمبا DNA کا دھاگہ ہوتا ہے جو اس کے چھالیس (تئیس جوڑے) chromosomes میں تقسیم ہوتا ہے۔ آپ class XII میں chromosome کی شکل میں DNA packaging کی تفصیلات سیکھیں گے۔

ہر chromosome (صرف تقسیم ہوتے سیلوں میں نظر آنے والا) میں لازمی طور پر ایک primary constriction یا centromere ہوتا ہے جس کے sides پر disc shaped ساختیں kinetochores کہی جاتی ہیں (شکل 8.12)۔ Centromere chromosome کے دو chromatids کو جوڑتا ہے۔ Centromere کی position کی بنیاد پر، chromosomes کو چار اقسام میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے (شکل 8.13)۔ Metacentric chromosome میں middle centromere ہوتا ہے جو chromosome کے دو equal arms بناتا ہے۔ Sub-metacentric chromosome میں centromere chromosome کے middle سے تھوڑا ہٹ کر ہوتا ہے جس کے نتیجے میں ایک shorter arm اور ایک longer arm بنتا ہے۔ Acrocentric chromosome میں centromere اس کے end کے قریب ہوتا ہے جس سے ایک نہایت short arm اور ایک بہت لمبا arm بنتا ہے، جبکہ telocentric chromosome میں terminal centromere ہوتا ہے۔ کبھی کبھار چند chromosomes میں constant location پر non-staining secondary constrictions ہوتی ہیں۔ اس سے satellite نامی چھوٹے fragment جیسا appearance ملتا ہے۔

شکل 8.12 Kinetochore کے ساتھ chromosome

شکل 8.13 Centromere کی position کی بنیاد پر chromosomes کی اقسام

8.5.11 Microbodies

پودوں اور جانوروں دونوں کے سیلوں میں بہت سی membrane bound minute vesicles microbodies موجود ہوتی ہیں جن میں مختلف enzymes ہوتے ہیں۔

خلاصہ

تمام جاندار سیلوں یا سیلوں کے aggregates پر مشتمل ہوتے ہیں۔ سیل اپنی شکل، سائز اور سرگرمیوں/افعال میں مختلف ہوتے ہیں۔ جھلی سے بند nucleus اور دیگر organelles کی موجودگی یا غیر موجودگی کی بنیاد پر، سیل اور اس لیے جاندار کو یوکریوٹک یا پروکریوٹک کہا جا سکتا ہے۔

ایک typical یوکریوٹک سیل میں سیل جھلی، nucleus اور cytoplasm ہوتا ہے۔ پودوں کے سیلوں میں سیل جھلی کے باہر سیل وال ہوتی ہے۔ پلازما جھلی انتخابی طور پر قابل نفوذ ہے اور کئی مالیکیولز کے نقل و حمل میں مدد دیتی ہے۔ Endomembrane نظام میں ER، golgi complex، lysosomes اور vacuoles شامل ہیں۔ تمام سیل organelles مختلف لیکن مخصوص افعال انجام دیتے ہیں۔ Centrosome اور centriole cilia اور flagella کی basal body بناتے ہیں جو locomotion میں مدد دیتے ہیں۔ جانوروں کے سیلوں میں، centrioles سیل تقسیم کے دوران spindle apparatus بھی بناتے ہیں۔ Nucleus میں nucleoli اور chromatin network ہوتا ہے۔ یہ نہ صرف organelles کی سرگرمیوں کو control کرتا ہے بلکہ heredity میں بھی بڑا کردار ادا کرتا ہے۔

Endoplasmic reticulum میں tubules یا cisternae ہوتے ہیں۔ یہ دو قسم کے ہوتے ہیں: rough اور smooth۔ ER مواد کے نقل و حمل، proteins، lipoproteins اور glycogen کی synthesis میں مدد دیتا ہے۔ Golgi body flattened sacs پر مشتمل ایک membranous organelle ہے۔ سیلوں کے secretions ان میں package کیے جاتے ہیں اور سیل سے transport کیے جاتے ہیں۔ Lysosomes تمام قسم کے macromolecules کے ہضم کے لیے enzymes رکھنے والی single membrane ساختیں ہیں۔ Ribosomes protein synthesis میں ملوث ہوتے ہیں۔ یہ cytoplasm میں آزادانہ یا ER کے ساتھ associated پائے جاتے ہیں۔ Mitochondria oxidative phosphorylation اور adenosine triphosphate کی generation میں مدد دیتے ہیں۔ یہ double membrane سے bound ہوتے ہیں؛ outer membrane smooth ہوتی ہے اور inner one کئی cristae میں fold ہوتی ہے۔ Plastids صرف پودوں کے سیلوں میں پائے جانے والے pigment رکھنے والے organelles ہیں۔ پودوں کے سیلوں میں، chloroplasts light energy کو trap کرنے کے لیے ضروری ہیں۔ Plastid میں grana، light reactions کا site ہے اور stroma dark reactions کا۔ سبز coloured plastids chloroplasts ہیں، جن میں chlorophyll ہوتا ہے، جبکہ دیگر coloured plastids chromoplasts ہیں، جن میں carotene اور xanthophyll جیسے pigments ہو سکتے ہیں۔ Nucleus nuclear envelope کے ذریعے بند ہوتا ہے، ایک double membrane ساخت ہے جس میں nuclear pores ہوتے ہیں۔ Inner membrane nucleoplasm اور chromatin material کو بند کرتی ہے۔

اس طرح، سیل حیات کی ساختی اور فعال اکائی ہے۔

مشقیں