فناوری

سلول چیست و چگونه کار می کند؟ [قسمت دوم]

در ابعاد میکروسکوپی، هممون از سلول ساخته شده ایم. به خودتون در آینه نگاه کنین. اون چیزی که می بینین، مجموعه ایه از ۱۰ تریلیون سلول از ۲۰۰ مدل جور واجور که گرد هم اومده ان. ماهیچه ها از سلولای ماهیچه ای، کبد از سلولای کبدی و به طور کل هر بافتی از سلولای خود ساخته شده.

اگه می خواین بدونین که بدن تون چیجوری کار می کنه، اول لازمه سلولا رو بشناسیم. هر فرآیندی مثل تولید مثل، دچار شدن به مریضی و حتی بازسازی یه استخون شکسته در سطوح سلولی اتفاق می افته.

پیگیر اخبار روز دنیای علم که باشین، حتما میدونید این روزا ژنا نقشی بزرگ بازی می کنن. بیوتکنولوژی، اصلاح ژن، ژنوم آدم، مهندسی ژنتیک، بیماریای ژنتیکی، ژن تراپی، جهش ژنتیکی و … واژه هایی هستن که بسیار می شنویم.

علم ژنتیک این روزا به سرعت چهره پزشکی، کشاورزی و حتی سیستم قانونی کشورها رو با تغییر مواجه ساخته. در این مقاله به دنیای مولکولا سفر می کنیم تا چگونگی کارکرد یه سلول رو با به کار گیری اونا بفهمیم.

به سراغ آسونترین سلول ممکن میریم: سلول باکتریایی. با یاد گرفتن چگونگی فعالیت سلول باکتری، می تونین درکی کلی از کارکرد سلولای دیگه هم به دست بیارین. اگه تحقیقات زیست شناسی چندانی ندارین، مطالعه این مقاله می تونه درک خیلی از تحقیقاتی که این روزا در بالاترین جایگاه اخبار مشاهده می کنین رو ساده تر سازه.

قبل از مطالعه این مطلب، پیشنهاد می شه مقالات زیر رو بخونین:

  • سلول چیه و چیجوری کار می کنه؟ [قسمت اول]
  • مولکول DNA چیجوری کار می کنه؟ [قسمت اول]
  • مولکول DNA چیجوری کار می کنه؟ [قسمت دوم]
  • باکتری چیه و چه نقشی در زندگی بشر داره؟
  • ویروس چیه و چیجوری با ایجاد مریضی بشر رو از پای در می آورد؟

در ادامه با سایت ما همراه باشین.

آنزیما مشغول به کارن

همه جور آنزیمی در سلول آدم مشغول به کاره و بعضی از اونا واقعا فوق العاده ان. سلول از آنزیم واسه رشد داخلی، افزایش و تولید انرژی استفاده می کنه. حتی آنزیما می تونن از سلول خارج شده و در محیط خارجی فعالیت خود رو بکنن. مثلا، ای. کلای آنزیمای خاصی رو به بیرون می فرستد تا مواد غذایی رو بشکنن و جذب از راه دیواره سلولی آسون تر شه.

بعضی از آنزیما که شاید نام اونا رو روی بسته های مواد غذایی، شویندها و … دیده باشین رو با همدیگه تقدیم حضوتون می کنیم:

  • پروتئاز و پپتیداز: یه پروتئاز، آنزیمیه که می تونه رشته طویل پروتئین رو به قطعه های کوچیک به نام پپتید تبدیل کنه (یه پپتید متشکله از چند آمینو اسید که زنجیره ای کوچیک ساخته ان). پپتیدازها هم بعد هر پپتید رو به آمینو اسید سازنده اش تبدیل می کنن. پروتئاز و پپتیداز معمولا در پودرهای لباسشویی دیده می شه. این آنزیما دلیل شکسته شدن پیوندها و در نتیجه پاک شدن لکه های خونی از روی لباس می شن. بعضی پروتئازها بسیار تخصصی عمل میکنن و یه سریای دیگه هم هر زنجیره آمینو اسیدی که در اختیارشون قرار بگیره رو خرد می کنن. حتما نام مهارکنندهای پروتئاز رو شنید که در داروهای ضد ویروس AIDS به کار می رن. این ویروس، از پروتئازهای بسیار تخصص پیدا کردی در طول چرخه افزایش خود استفاده می کنه و مهارکنندهای پروتئاز در برابر اونا وای میستن.
  • آمیلاز: رشته های بلند نشاسته به وسیله آمیلاز تبدیل به مولکولای کوچیک شکر می شن. آب دهن پره از آمیلاز و درون روده کوچیک هم زیادی این آنزیم مشاهده می شه. مالتاز، لاکتاز و سوکراز هم در مرحله آخر، قندهای کوچیک رو به مولکولای گلوکز تقسیم می کنن.
  • لیپاز: چربی رو می شکنه و به واحدهای کوچیک تبدیل می کنه.
  • سلولاز: مولکولای سلولز به وسیله این آنزیم به واحدهای کوچیک تر تبدیل می شن و یکی از دلایلی که سلولز منبع انرژی مناسبی واسه آدم نیس، همین مسئله س. در دستگاه گوارش گاو و دیگه گیاهخواران و نشخوارکنندگان، باکتریایی هست که سلولاز رو می شکنه و به همین ترتیب علوفه و بافتای چوبی نرم، خوراک مناسبی واسه اونا هستش. باکتریا آنزیمای شون رو از غشا و دیواره خارج کرده و محیط رو واسه تجزیه سلولز آماده می کنن. در واقع خیلی از باکتریا مثل ای. کلای بدین گونه تغذیه می کنن.

درون سلول، صدها آنزیم بسیار تخصص یافته وظایفی منحصر به فرد رو مسئول شدن تا سلول بتونه به زندگی خود ادامه بده. بعضی از این آنزیما عبارتند از:

  • آنزیمای انرژی: یه مجموعه ۱۰ تایی از آنزیما به سلول اجازه عمل گلیکولیز رو میدن. ۸ آنزیم دیگه هم چرخه اسید سیتریک (یا چرخه کربس) رو سر پا نگه داشتن. این دو چرخه در کنار هم مثل دو چرخ دنده ای که روی همدیگه قرار گرفته باشن، گلوکز و اکسیژن رو به آدنوزین تری فسفات یا ATP تبدیل می کنن. در سلولی هوازی چون ای. کلای یا سلول آدم، یه گلوکز طی دو چرخه نام برده به ۳۶ گلوکز تبدیل می شه. در سلولای بی هوازی، چرخه کربس صورت قبول نمی کنه و نتیجه گلیکولیز فقط دو مولکول ATP میشه. اگه گلوکز رو مثل بنزین در نظر بگیریم، ATP اون اندازه انرژی ایه که در نتیجه احتراق ایجاد می شه.
  • آنزیمای محدودکننده: خیلی از باکتریا می تونن تا آنزیمای محدودکننده بسازن. این آنزیما الگوهای خاصی رو روی زنجیره DNA شناخته و اونا قطع می کنن. وقتی یه ویروس، DNA خود رو وارد باکتری می کنه، آنزیم نامبرده متوجه حضور بیگانه شده و اونو نابود می کنه، قبل از اون که تقسیمی صورت پذیرد.
  • آنزیمای حاضر در همانندسازی DNA: مثل پلی مرازها که قبل از این در مورد اونا براتون گفته بودیم. این آنزیما در طول زنجیره DNA حرکت کرده و اشتباهات صورت پذیرفته رو اصلاح می کنن. یه سری آنزیمای دیگه هم می تونن پیوند بین دو رشته DNA رو شکسته و یه سری دیگه هم عکس این عمل رو انجام میدن.
  • آنزیمای تولیدکننده آنزیم: همه آنزیمایی که در موردشون صحبت کردیم در آخر از جایی سر گرفتن و در کارگاهی تولید شدن. ریبونوکلئیک اسیدا در سه فرم tRNA ،mRNA و rRNA نقشی مهم این وسط اجرا می کنن.

یه سلول چیزی نیس به جز زنجیره ای از واکنشای شیمیایی پشت سر هم که در هر گوشه اون شکل میگیره و آنزیما نقش اصلی رو بازی می کنن.

ساخت آنزیما

تا وقتی غشای سلول سالم و دست نخورده و می تونه آنزیمای لازم واسه انجام واکنشای شیمیایی خود رو بسازه، اون سلول زنده س. آنزیمیا از گلوکز، انرژی ساخته و به تکمیل دیواره سلولی، افزایش سلولی و تولید دیگه آنزیما هم کمک می کنن.

پس این آنزیما از کجا میان؟ و سلول چیجوری در زمان نیاز اونا رو تولید می کنه؟ این سلسله واکنشای شیمیایی چیجوری منتهی به تولید آنزیمای جدید می شن و چیجوری زندگی ایجاد میشه؟

جواب این سوال رو شک نداشته باشین میدونید: همه چیز در DNA نهفتهه.

DNA، مولکولی عظیمه که از ۴ نوع بلوک جور واجور با عنوان نوکلئوتید ساخته شده. چهار حرف ATCG هر کدوم بیان کننده یه نوکلئوتید هستن که در نردبون مارپیچ DNA، دو به دو در برابر همدیگه قرار گرفته (واسه درک بهتر باقی داستان، مطلب دو قسمتی مربوط به DNA که در مقدمه آورده شده رو بخونین).

حالا، DNA یه اشرشیا کلای، به اندازه ۴ میلیون بلوک طویله! اگه DNA این باکتری رو از سلول بیرون بکشیم و اونو مستقیم کنیم، طول اون به ۱٫۳۶ میلی متر می رسه، یعنی هزار برابر بزرگ از بدنه ای که درون اون جای خوش کرده.

در باکتریا، DNA مثل کلاف سردرگمیه که در هم پیچ خورده و گوشه ای از باکتری رو به اشغال خود در آورده. اما در مورد آدم و سلولای پیشرفته تر ماجرا فرق داره. DNA آدم به اندازه ۳ میلیارد نوکلئوتید طول داره که این مولکولا، در ۲۳ ساختار کوچکتر به نام کروموزوم دسته بندی شدن و درون هسته قرار گرفتن.

نکته باحال در مورد DNA اینه که فقط به سلول میگه پروتئینا رو چیجوری بسازه. همین. ۴ میلیون نوکلئوتید موجود درون ای. کلای به باکتری می گن چیجوری آنزیمای لازم واسه زنده موندن رو بسازه و سلول هم به فرمون گوش می سپارد. راز زندگی در پیروی از قوانین به تحریر درآمده DNAه.

سوال بزرگ

1

در بخشای قبلی گفته شده بود که آنزیما و کلا پروتئینا از ۲۰ نوع آمینو اسید جور واجور ساخته شدن که با ترتیبی خاص پشت هم چیده می شن و معنایی متفاوت پیدا می کنن. سوال اصلی اینه که چیجوری از DNA با چهار حرف AGTC، تنوع ۲۰ تایی آمینو اسیدها ایجاد میشه؟

آنزیم فوق پیچیده ای به نام ریبوزوم، قادر به خوندن پیام RNA پیامبر یا mRNAه (mRNA خود از روی DNA ساخته شده). واسه برداشتن آمینو اسید درست، ریبوزوم رمزی ۳ تایی رو از روی mRNA می خواند. در واقع ۴ نوع آمینو اسید در جایگشتی ۳ تایی، ۶۴ رمز جور واجور رو بوجود میارن (۴X4X4=64) اما بازم ما فقط ۲۰ آمینو اسید می خوایم، نه ۶۴ تا.

هر رمز سه تایی که یه کدون اسمشه، مختص آمینو اسیدی خاصه. بعضی آمینو اسیدها هم بیشتر از یه رمز در اختیار دارن که آسیبای جهش رو شدیدا کم می کنه. ۳ کدون مخصوص هم به نام کدون پایان وجود دارن و نشون دهنده هیچ آمینو اسیدی نیستن. پس ۶۱ کدون باقی مونده، میان ۲۰ آمینو اسید تقسیم می شه و هر آمینو اسید، یه الی ۴ کدون در اختیار میگیره.

در هر رشته DNA، بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کدون (۳۰۰ تا ۳۰۰۰ نوکلئوتید) هست که هر کدوم آمینو اسید خاصی رو معنی می بخشن و آمینو اسیدها در کنار هم آنزیم رو میسازن. کدون پایان در انتهای هر ژن قرار داره و به ریبوزوم (کارخانه تولید پروتئین) پیام اتمام عملیات رو صادر می کنه.

باقی ماجرا، درست مثل ساخت پروتئینه که قبل از این مفصل در مورد اون صحبت کرده بودیم. این جوری می شه که یه آنزیم جدید ساخته شده و وارد جریان تولید انرژی و افزایش سلولی می شه.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *