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

در ابعاد میکروسکوپی، همه ما از سلول ساخته شده ایم. به خودتان در آینه نگاه کنید. آنچه که می بینید، مجموعه ای است از 10 تریلیون سلول از 200 مدل مختلف که گرد هم آمده اند. ماهیچه ها از سلول های ماهیچه ای، کبد از سلول های کبدی و به طور کل هر بافتی از سلول های خود ساخته شده است.

اگر می خواهید بدانید که بدن تان چگونه کار می کند، ابتدا لازم است سلول ها را بشناسیم. هر فرآیندی نظیر تولید مثل، ابتلا به بیماری و حتی ترمیم یک استخوان شکسته در سطوح سلولی رخ می دهد.

پیگیر اخبار روز دنیای علم و دانش که باشید، حتما می دانید این روزها ژن ها نقشی بزرگ بازی می کنند. بیوتکنولوژی، اصلاح ژن، ژنوم انسان، مهندسی ژنتیک، بیماری های ژنتیکی، ژن تراپی، جهش ژنتیکی و ... واژه هایی هستند که بسیار می شنویم.

دانش ژنتیک این روزها به سرعت چهره پزشکی، کشاورزی و حتی سیستم قانونی کشورها را با تغییر مواجه ساخته. در این مقاله به دنیای مولکول ها سفر می کنیم تا نحوه کارکرد یک سلول را با استفاده از آن ها بفهمیم.

به سراغ ساده ترین سلول ممکن می رویم: سلول باکتریایی. با فراگیری نحوه فعالیت سلول باکتری، می توانید درکی کلی از کارکرد سلول های دیگر نیز به دست آورید. اگر مطالعات زیست شناسی چندانی ندارید، مطالعه این مقاله می تواند درک بسیاری از تحقیقاتی که این روزها در صدر اخبار مشاهده می کنید را ساده تر سازد.

در ادامه با دیجیاتو همراه باشید.

اطلاعات کلی

بدن از 10 تریلیون سلول ساخته شده که بزرگ ترین آن ها هم قطر تار موی انسان است اما اکثر سلول های انسان بسیار کوچکترند، شاید یک دهم تار مو. یک تار موی خودتان را ببینید و تصور کنید یک دهم قطر آن چقدر کوچک خواهد بود. سپس در برابر آینه یک بار دیگر به اندام خود نگاه کنید. آنگاه متوجه عظمت رقم 10 تریلیون سلول خواهید شد.

تار مو چندان ضخیم نیست، شاید قطری معادل صد میکرون داشته باشد (در واقع، اگر یک متر را به یک میلیون بخش تقسیم کنیم، یک میکرون می شود یک بخش از آن)، اما هر سلول انسان به طور میانگین 10 میکرون قطر دارد. به انگشت شست پای خود نگاه کنید. بسته به اندازه فیزیک شما، 2 الی 3 میلیارد سلول در این ناحیه وجود دارد.

باکتری ها ساده ترین سلول هایی هستند که در دوره کنونی زیست شناسی وجود دارند. باکتری، یک سلول تنها و خود مختار است، برای مثال اشرشیا کلای (ای. کلای یا E. Coli) سلول هایی معمولی با اندازه ای حدود یک میکرون طول و یک دهم میکرون عرض هستند (تقریبا صد برابر کوکتر از سلول انسان). زمانی که دچار عفونت باکتریایی می شوید، این باکتری های کوچک و جسور، همانند قایقی کوچک در کنار کشتی های بزرگ (سلول انسان) به حرکت می افتند.

پر واضح است که سلول های باکتریایی بسیار ساده تر ار سلول های انسانی هستند و پیچیدگی های آن را ندارند. باکتری یک غشای سلولی دارد که درون آن را مایعی به نام سیتوپلاسم پر کرده است. حدودا 70 درصد سیتوپلاسم آب است و 30 درصد باقی مانده آنزیم، پروتئین، آمینو اسید، گلوکز، ATP و ... هستند. همه این ها در کنار هم شیره سلولی را پدید می آورند.

در مرکز سلول باکتری، یک کلاف در هم پیچیده DNA یا RNA قرار گرفته که اگر آن را از هم باز کنیم، 1000 برابر طول باکتری خواهد بود. در واقع تمام این تفاوت ها، مفهوم «یوکاریوت» و «پروکاریوت» را شکل می دهند. سلول بدن انسان یک سلول یوکاریوت است و باکتری ها پروکاریوت محسوب می شوند.

یک باکتری اشرشیا کلای، شکل کپسولی مشخصی دارد. کپسول روی غشا و دیواره سلول قرار گرفته (مطابق شکل فوق) و یکی از عوامل بیماری زایی در باکتری های مختلف است. فلاژله ها یا زائده های برآمده از سلول نیز از همین کپسول منشعب می شوند. با این حال، همه باکتری ها لزوما دارای فلاژله نیستند و البته هیچ سلول انسانی به جز اسپرم در مردان نیز چنین اندام متحرکی ندارد.

سلول های انسانی بسیار پیچیده تر از باکتری ها هستند و ماده ژنتیکی شان درون محفظه ای به نام هسته، توسط غشایی خاص محافظت می شود. میتوکندری، دستگاه گلژی و بسیاری اندامک های دیگر نیز در باکتری ها غایب اند اما به طور کلی، پروسه فعالیت سلول ها مشابه یکدیگر است.

آنزیم ها

در سلول، هر کاری که انجام شود، آنزیم ها به نوعی در آن دخیل هستند. بنابراین اگر به خوبی نحوه فعالیت آنزیم ها را بدانید، سلول را هم شناخته اید. یک باکتری مثل ای. کلای، حدودا 1000 مدل آنزیم مختلف دارد که در سیتوپلاسم آن شناورند.

بخش های خاص آنزیم ها، آنها را به واکنشگرهای کوچک شیمیایی تبدیل کرده است. هدف آنزیم، انجام واکنش های شیمیایی با سرعت بالا است که در نتیجه این واکنش ها، چیزهایی ساخته و یا قطعاتی از هم جدا می شوند. اینگونه است که یک سلول بزرگ شده و تقسیم می شود. به بیانی ساده تر، سلول یک کیسه پر از مایعات و آنزیم های مختلف است که مرتبا در حال تولید و تکثیر هستند.

آنزیم ها از آمینو اسیدها ساخته شده اند یا به عبارتی دیگر پروتئین هستند. زمانی که یک آنزیم شکل می گیرد، یعنی 100 الی 1000 آمینو اسید با ترتیبی خاص پشت یکدیگر چیده شده اند. این زنجیره سپس در هم می پیچد و شکلی خاص را پدید می آورد. شکل خاص آنزیم اجازه می دهد تا واکنش های شیمیایی مخصوصی توسط هر کدام صورت پذیرد.

آنزیم ها، کاتالیست های بسیار موثری برای واکنش های شیمیایی هستند و سرعت انجام فعالیت ها را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. برای مثال، قند مالتوز از دو گلوکز ساخته شده که به یکدیگر متصل شده اند. آنزیم مالتاز نیز دقیقا به گونه ای ساخته شده که مالتوز می تواند روی آن قرار بگیرد و پیوند بین دو گلوکز شکسته شود.

در نتیجه، آنزیم مالتاز، مالتوز را دریافت کرده و دو گلوکز تحویل می دهد. تنها کاری که مالتاز می تواند انجام دهد، همین است. اما اگر چنین آنزیمی در سلول نباشد، فرآیند تبدیل مالتوز به گلوکز (قند مورد نیاز بدن) بسیار آهسته و کند صورت می پذیرد. آنزیم های دیگر هم هستند که مولکول ها و اتم ها را به یکدیگر متصل می سازند.

قطع پیوند به مولکول ها و بالعکس، پدید آوردن پیوند، کاری است که آنزیم ها به خوبی انجام می دهند و برای انجام هر واکنش خاص نیز، بدن یک آنزیم مخصوص دارد.

حتما تا به حال در مورد افرادی که به لاکتوز حساسیت دارند شنیده اید و یا شاید خودتان از این مسئله رنج می برید. قند موجود در شیر یا همان لاکتوز، در بدن چنین افرادی به گلوکز تبدیل نمی شود، یا به عبارتی دیگر، این افراد آنزیم لاکتاز ندارند.

تصور کنید در باک یک خودرو، نوشابه بریزید. اگر موتور این خودرو نتواند نوشابه را بسوزاند و به نیرو محرکه تبدیل کند، نه تنها خودرو حرکت نمی کند، بلکه دچار نقص هم خواهد شد. مشابه همین ماجرا را ما با گلوکز داریم. اگر بنزین بدن ما، گلوکز، تامین نشود، لاکتوز پس زده می شود. مصرف آنزیم لاکتاز پیش از خوردن شیر یا هر ماده ای که لاکتوز در آن وجود داشته باشد، می تواند مشکل را به صورت موقت برطرف سازد.

درون یک باکتری کوچک، هزار نوع آنزیم وجود دارد که لاکتاز یکی از آن ها به حساب می آید. همه آنزیم ها کاملا آزاد در سیتوپلاسم غوطه می خورند و منتظرند تا ترکیب مورد نظر روی جایگاه فعال شان قرار گیرد. بسته به میزان اهمیت واکنش، از روی هر آنزیم، هزاران و یا شاید میلیون ها کپی تهیه شده که همه شان درون باکتری آزادانه می چرخند. خورد کردن قندها به گلوکز، ساخت دیواره سلولی، ساخت آنزیم های دیگر، تهیه نسخه کپی از روی DNA و ... از جمله مهم ترین فعالیت های آنزیم ها هستند.

پروتئین

 

یک پروتئین، زنجیره ای از آمینو اسیدها است و یک آمینو اسید، بلوکه های کوچک مولکولی سازنده پروتئین است. اگر چربی را در نظر نگیریم، 20 درصد از وزن بدن انسان را پروتئین ها، 60 درصد را آب و 20 درصد باقی مانده را دیگر مواد معدنی تشکیل داده اند.

واحدهای سازنده پروتئین را به این دلیل آمینو اسید می نامند که از یک گروه آمین (NH2) و یک گروه کربوکسیل که اسیدی است (COOH) تشکیل شده اند. این دو واحد در تمامی آمینو اسیدها یکسان است و تغییری نمی کند، بلکه زنجیره متصل به آن تغییرات عمده به خود خواهد دید.

در مجموع حدودا 100 نوع آمینو اسید مختلف در طبیعت موجود است اما در بدن انسان صرفا 20 آمینو اسید طبیعی وجود دارد که به دو دسته آمینو اسید ضروری و غیر ضروری تقسیم می شوند و تنها راه کسب آن ها از طریق غذا است.

پروتئین بدن ما دو منبع حیوانی و گیاهی دارد. اغلب پروتئین های جانوری مثل گوشت، شیر و تخم مرغ، پروتئین های ضروری را در اختیار بدن قرار می دهند اما منابع گیاهی معمولا چندان غنی از پروتئین نیستند و اگر باشند، حاوی پروتئین های غیر ضروری هستند. مثلا برنج حاوی ایزولوسین و لیزین است که در دسته پروتئین های غیر ضروری دسته بندی می شوند.

با این حال، برخی منابع گیاهی مثل گردو، لوبیا و سویا سرشار از پروتئین بوده و با ترکیب کامل غذایی می توان تمامی پروتئین های ضروری بدن را از این طریق به دست آورد. بنابراین گیاهخوارانی که ترکیب غذایی درستی داشته باشند قادرند تا تمامی پروتئین مورد نیازشان را بدون مصرف گوشت و تخم مرغ به دست آورند.