سلول
يک آشنايي ساده
در اين بخش، مي‌توانيد پاره اي اطلاعات ابتدايي در مورد سلولها پيدا کنيد. ما در اين قسمت شما را با ويژگي‌ها ي مشخصه سلول، انواع آن، و برخي از فرآيندهاي سلولي مانند توليد مثل و تبديل انرژي) آشنا مي‌کنيم. اگر بار اولي است که مي‌خواهيد درباره سلول مطالعه کنيد، توصيه مي‌کنيم حتما اين مطلب را بخوانيد چون براي فهم ساير قسمت‌ها بايد از بعضي اصطلاحات پايه آگاه باشيد
قبل از سلول
ايجاد سلول
اگر دوست داريد تا بدانيد که چه شرايطي لازم است تا از مولکلولهاي بالا، سلول تشکيل شوداين قسمت را بخوانيد
سلول
اين قسمت را بخوانيد تا آشنايي مختصري با سلول، انواع آن و نحوه مطالعه درباره سلولها پيدا کنيد
فعاليت هاي سلول
در اين قسمت با هم نگاهي به ويژگي هايي از سلول مي‌اندازيم که نقش مهمي در انجام فعاليتهاي عادي آن دارند
قبل از سلول
سلول اساسي ترين ساختار تشکيل دهنده موجودات زنده است. ساده ترين شکل حيات يک سلول تنهاست، و بدن جانداران پيچيده تر نيز از تعداد زيادي سلول که در کنار هم قرار گرفته اند، تشکيل شده است. هر سلول از تعدادي مولکول مختلف ساخته شده است. روزگاري اين مولکولها در کنار هم قرار گرفته اند و اولين موجود زنده کره ما را شکل داده اند.
اسيدهاي نوکلئيک
RNA و DNA هر دو در اين خانواده قرار مي‌گيرند. اين مولکولها انتقال اطلاعات از نسلي به نسل ديگر و پيام رساني درون سلول را به عهده دارند
اسيدهاي آمينه
اسيدهاي آمينه واحدهاي ساختماني تشکيل دهنده پروتئينها هستند. سلول از تعداد زيادي مولکول پروتئين ساخته شده است و اين مولکولها بسياري از فعاليتهاي سلول را انجام مي‌دهد
قندها
قند اصلي ترين منبع انرژي سلول است. در اين بخش با خواص شيميايي مولکول قند آشنا مي‌شويد
(چربي‌ها (ليپيدها
بخش عمده غشاي سلول از ليپيدها ساخته شده است. به علاوه، چربي براي ذخيره انرژي در سلول حيواني هم به کار مي‌رود
آب
اگر آب نبود، هرگز زندگي به وجود نمي آمد. اين قسمت را بخوانيد تا بفهميد چرا مولکول آب تا اين اندازه مهم است.
اسيدهاي نوکلئيک، DNA و RNA
در هسته هر سلول مولکولهايي قرار دارند که اساسي ترين اطلاعات حيات را در خود ذخيره کرده اند. اين مولکول ها،دئوکسي ريبو نوکلئيک اسيد (DNA) نام دارند. DNA از چهار نوع مولکول ساخته شده است، که به آنها " نوکلئوتيد " مي‌گوييم. اين چهار نوکلئوتيد عبارتند از: ادنين (A)، گوانين (G)، سيتوزين (C) و تيمين (T). اين مولکولها خود به دو زير گروه تقسيم مي‌شوند: ادنين و گوانين در گروه پيورين قرار مي‌گيرند و سيتوزين و تيمين در گروه پيريميدين جاي داده مي‌شوند. هنگام سنتز (ساخته شدن) مولکول DNA،نوکلئوتيدها به اسيدهاي نوکلئيک تبديل مي‌شوند که بعدا به هم متصل مي‌شوند و رشته هاي DNA را مي‌سازند. در نهايت يک مارپيچ دوتايي ساخته مي‌شود
نوکلئوتيدها حلقه هاي مسطحي دارند که اندازه آنها بين 3 تا 4 آنگستروم ( هر آنگستروم 10-10 متر است.) مي‌باشد. وقتي مارپيچ دوتايي تشکيل مي‌شود، مولکولهاي A با مولکولهاي T رشته مقابل و مولکول G با مولکول C رشته روبه رو پيوند هيدروژني برقرار مي‌کنند و جفت هاي قليايي ايجاد مي‌شود. اين جفت هاي قليايي باعث مي‌شوند که مارپيچ پايدار باقي بماند. تصاويري که با استفاده از اشعه X از مولکول DNA گرفته شده است، نشان مي‌دهد که در هر دور از مارپيچ 10 جفت قليايي وجود دارد
مدل مارپيچي مي‌تواند نحوه رونويسي از مولکول DNA در هنگام تقسيم سلول را نيز توجيه کند. جيمز واتسون وقتي اين مدل را ارائه کرد، آن را " مدل خوش نما " ناميد، چون معتقد بود که هر کس اين مدل را ببيند مي‌تواند به راحتي نحوه رونويسي از آن را نيز بفهمد. در هنگام تقسيم سلول، بايد نسخه مشابهي از DNA تهيه شود تا در سلولهاي جديد قرار گيرد. اين فرآيند اصطلاحا "رونويسي" ناميده مي‌شوند
براي انجام اين کار، اتصالات هيدروژني بين نوکلئوتيدها باز مي‌شود و در نتيجه دو رشته مارپيچ از هم باز مي‌شوند. سپس هر يک از اين رشته‌ها به عنوان پايه اي براي ساخت رشته مقابل استفاده مي‌شود. به اين ترتيب دو مارپيچ کاملا يکسان DNA ساخته مي‌شوند و هر کدام از آنها در يکي از دو سلول نوزاد قرار مي‌گيرد. چون در هر بار رونويسي، نيمي از مولکول DNA قبلي حفظ مي‌شود، مي‌گوييم رونويسي DNA، نيمه پايستار است
اگرچه DNA اطلاعات ژنتيکي جاندار زنده را در خود دارد، اما براي عملکرد موفق به وجود ريبونوکلئيک اسيد (RNA) نياز دارد. RNA هم مانند DNA از رشته هاي اسيد نوکلئيکي تشکيل شده که با پيوندهاي مشابهي به هم متصل شده اند؛ اما دو تفاوت عمده با DNA دارد. يکي اينکه در ساختار آن به جاي تيمين، از اوراسيل(u) استفاده شده است و دوم اينکه مارپيچي نيست و فقط از يک رشته تنها ساخته شده است.براي انجام بعضي کارها، DNA به رشته هاي RNA تبديل مي‌شود و سپس اين مولکولهاي RNA، پيغام هايي را به ريبوزوم مي‌برند. براي همين اين مولکولها را mRNA(messenger RNA) يا RNA پيغام رسان مي‌نامند. در واقع DNA با فرستادن mRNA، فرآيند پروتئين سازي را هدايت مي‌کند
اسيد هاي آمينه
اسيدهاي آمينه واحدهاي تشکيل دهنده پروتئينها هستند هر پروتئين زنجيري از اسيدهاي آمينه است که با پيوند شيميايي در کنار هم قرار گرفته اند. اين زنجير پروتئيني مي‌تواند شکل هاي فضايي مختلفي داشته باشد. همين شکل هاي متعدد به پروتئين اين قابليت را مي‌دهد که کارهاي متفاوتي را در سلول انجام دهد. در تمام اسيد هاي آمينه، يک گروه شيميايي ثابت ( که در شکل زير نشان داده شده است وجود دارد، اما باقي مولکول در اسيد آمينه هاي مختلف،متفاوت است
حدود 20 نوع اسيد آمينه در ساخت پروتئين به کار مي‌روداين اسيدها بر حسب ساختمان شيميايي به چهار گروه طبقه بندي مي‌شوند: اسيدي، بازي، قطبي بدون بار و غير قطبي
ساخته شدن پروتئين در سلول
شايد به نظر برسد که پروتئين و اسيد آمينه، ارتباطي با DNA ندارند، اما حقيقت آن است که DNA نقش مهمي در توليد پروتئين دارد. وقتي سلول مي‌خواهد يک پروتئين خاص را توليد کند، بايد ابتدا نسخه ساخت آن را پيدا کند. اين نسخه در مولکول DNA ذخيره شده است. هر ترکيب سه تايي از نوکلئوتيدها نشان دهنده يک اسيد آمينه است، مثلا CCT کد ساخت اسيد آمينه اي به نام پرولين و CGT کد ساخت ارگينين مي‌باشد. به اين ترتيب، DNA به دستور ساخت پروتئين تبديل مي‌شود
پروتئين ها
پروتئينها رشته هايي از اسيدهاي آمينه هستند که شکل هاي فضايي مختلفي دارند. پروتئين را مي‌توان به چهار دسته تقسيم کرد. هر يک از اين دسته ها، از کنار هم گذاشتن دسته قبلي ايجاد مي‌شود
پروتئين هاي اوليه - اين پروتئينها يک رشته ساده از اسيدهاي آمينه هستند
پروتئين هاي ثانويه - اگر بين چند رشته پروتئين اوليه پيوندهاي هيدروژني تشکيل شود، اين رشته‌ها پيچ مي‌خورند. در اثر اين پيچ خوردن، دو شکل جديد ايجاد مي‌شود: يکي صفحات چين خورده که " صفحات بتا " ناميده مي‌شوند و ديگري آرايش مارپيچي که اصطلاحا " مارپيچ آلفا " نام دارد
پروتئين هاي نوع سوم - از ترکيب مارپيچ‌ها و چين خوردگي هاي قبلي، پروتئين هاي کوچک کروي ايجاد مي‌شود ترکيب اين نوع تا خوردن با چين خوردگي هاي قبلي، پروتئين هاي دسته چهارم را شکل مي‌دهد
پروتئين هاي دسته چهارم - براي افزايش کارآيي پروتئين ها گاهي پروتئين هاي نوع سوم در کنار هم قرار مي‌گيرند و آرايش فضايي پيچيده اي ايجاد مي‌کنند. يک مثال معروف از اين نوع پروتئين ها، مولکول هموگلوبين است
مي دانيد اين اشکال پيچيده به چه درد مي‌خورد؟ اين اشکال باعث مي‌شود که پروتئين به عنوان گيرنده مواد مختلف عمل کند. در غشاي سلول کانال هاي پروتئيني وجود دارد که فقط به بعضي مواد اجازه عبور مي‌دهد. در مولکول هموگلوبين نيز محل هاي خاصي قرار دارد که اتم اکسيژن روي آن مي‌نشيند و همراه جريان خون مي‌رود تا به سلولهاي بدن برسد. بسياري از آنزيمها از پروتئين ساخته مي‌شوند
قندها
قندها منبع انرژي سلول هستند. ساده ترين قند - از نظر ساختار مولکولي - گلوکز است که از يک حلقه شش تايي از اتمهاي کربن تشکيل شده است. فرمول شيميايي گلوکز C6H12O6 است
گلوکز اصلي ترين منبع غذايي سلول هاست. قندهاي بزرگتر هم پيش از آنکه به مصرف سلول برسند، هضم مي‌شوند و به صورت گلوکز درمي آيند. واکنش شيميايي که منجر به آزاد شدن انرژي از گلوکز مي‌شود، به صورت زير است
C6H12O6+6O2 ? 6CO2 + 6H2O +انرژي
مولکول هاي قند بزرگتر، براي ذخيره انرژي در سلول به کار مي‌روند. اين مولکولهاي بزرگ "پلي ساکاريد" ناميده مي‌شوند و از قرار گرفتن تعداد زيادي گلوکز در کنار هم ساخته مي‌شوند. در سلولهاي جانوري پلي ساکاريدي به نام گليکوژن ذخيره انرژي را به عهده دارد. سلولهاي گياهي انرژي خود را در مولکولهاي نشاسته ذخيره مي‌کنند
چربي ها
چربي‌ها وظايف مختلفي را در سلول بر عهده دارند. چربي گاهي براي ذخيره انرژي به کار مي‌رود. در ديواره سلول هم مولکول هاي ليپيد به کار رفته است. چربي‌ها از واحدهاي ساختماني کوچکتري به نام اسيد چرب تشکيل شده اند. هر مولکول اسيد چرب از دو قسمت تشکيل شده است: يک زنجير هيدروکربني بلند و يک گروه اسيدي کربوکسيليک. زنجير هيدروکربني آب گريز است و سر اسيدي مولکول، آب دوست
اسيدهاي چرب منابع غذايي بسيار خوبي هستند. انرژي اي که از يک مولکول اسيد چرب به دست مي‌آيد، تقريبا دو برابر انرژي حاصل از مولکول گلوکز است
مهم ترين ويژگي اسيدهاي چرب اينست که مي‌توانند در کنار هم قرار گيرند و يک لايه دو جداره را ايجاد کنند. اين لايه غير تراوا است، يعني اجازه نمي دهد که مواد بدون کنترل از آن عبور کنند. همين لايه است که غشاي سلول را مي‌سازد و مرز سلول با محيط اطرافش را مشخص مي‌کند
خاصيت آب گريزي اين غشاي ليپيدي باعث مي‌شود که انتقال مولکولهاي محلول در چربي‌ها آسان شود
آب
اگر آب نبود، زندگي روي زمين به وجود نمي آمد. مولکول آب از يک اتم اکسيژن و دو اتم هيدروژن تشکيل شده است شکل مولکول آب تقريبا شبيه سر ميکي موس است
با اينکه مولکول آب، ترکيب شيميايي ساده اي دارد ويژگي هاي آن باعث شده که اثر زيادي در زندگي جانداران داشته باشد. مولکول آب قطبي است، يعني يک سر آن بار مثبت و طرف ديگر آن بار منفي دارد. همان طور که در شکل مي‌بيني، اتم هاي هيدروژن بار مثبت و مولکول آب بار منفي دارد. وقتي چند مولکول آب در کنار هم قرار بگيرند، سر منفي يکي در کنار سر مثبت ديگري قرار مي‌گيرد و اين مولکولها با پيوند هيدروژني در کنار هم قرار مي‌گيرند
قطبيت مولکول آب، باعث مي‌شود که ساير مولکول هاي در تماس با آن دو رفتار داشته باشند. دسته اي از آنها آب دوست هستند، يعني به راحتي جذب مولکولهاي آب مي‌شوند. دسته اي ديگر آب گريز هستند و در آب حل نمي شوند. پس بعضي از مولکولها در آب حل مي‌شوند ولي باقي آنها نمي توانند وارد سلول نشوند، اما وقتي مولکولهاي آب گريز در يک محلول آبي قرار گيرند، دور هم جمع مي‌شوند
اسمز
ويژگي ديگر آب اينست که انتقال مولکولها از طريق اسمز را آسان تر مي‌کند. يک سلول براي زنده ماندن بايد مواد غذايي را از محيط اطراف بگيرد و مواد زائد را از درون خود خارج کند. پس انتقال مواد نقش مهمي در زندگي سلولي دارد
وقتي دو محلول آبي که بين آنها يک غشاي تراوا (غشايي که مواد مي‌توانند از آن تراوش کنند.) قرار دارد، داراي غلظتهاي متفاوتي باشند، آب از محيط رقيق تر به محيط غليظ تر مي‌رود. اين فرآيند، غلظت دو ناحيه را به هم نزديک مي‌کند. در حين اين فرآيند ممکن است حجم سلول هم تغيير کند
آب گريزي مولکولها مي‌تواند آنها را در کنار هم نگهدارد وقتي دو يا چند گروه آب گريز در محاصره مولکولهاي آب باشند، نيروي دامنه بين آنها و آب و نيروي جاذبه بين آنها باعث مي‌شود که اين مولکولها در کنار هم جمع شوند و مانند يک بسته در کنار هم قرار گيرند. به شکل زير نگاه کنيد. شش ضلعي هاي قرمز مولکولهاي آب گريز هستند و دايره هاي آبي، مولکولهاي آب را نشان مي‌دهند
منشا حيات: ايجاد اولين سلول
آن روزها اوضاع چطور بود؟
در ابتدا اکسيژن آزاد موجود در جو کم بود. ازن هم نبود که تابش ماوراء بنفش آفتاب را جذب کند. اين شرايط باعث شد که اولين مولکولهاي آلي ساده تشکيل شوند. آزمايشهايي که در شرايط مشابهي در لابراتورها انجام شده، نشان مي‌دهد که امکان شکل گيري مولکولهاي آلي در اين شرايط بسيار بالاست. اگر گازهايي مثل CO2، CH4، NH3 و H2 را به همراه آب حرارت دهيم و سپس با تابش ماوراء بنفش به آنها انرژي بدهيم، مولکولها با هم واکنش مي‌دهند و مواد آلي ايجاد مي‌کنند. جالب است که اين مواد، همانهايي هستند که اساسي ترين مواد درون سلول هستند، يعني اسيدهاي آمينه، نوکلئوتيدها، قند و اسيدهاي چرب
مولکولهاي نوکلئوتيد، مي‌توانند تکثير شوند
اسيدهاي نوکلئيک و اسيدهاي آمينه در کنار هم قرار گيرند و مولکولهاي بلندي تشکيل دهند. مولکول بزرگ حاصل از اسيدهاي آمينه، پلي پپتيد و مولکول حاصل از اسيدهاي نوکلئيک، پلي نوکلئوتيد ناميده مي‌شود. اين مولکولها مي‌توانند فرآيند سنتز خودشان را هدايت کنند. سنتز يعني ساخت يک ماده شيميايي. براي مثال، يک پلي نوکلئوتيد در شرايط مناسب، پايه اي براي ساخت يک مولکول مشابه ديگر خواهد بود
اما براي اينکه يک مولکول پلي نوکلئوتيد از روي ديگري ساخته شود، حضور کاتاليزورهاي پروتئيني آنزيم ها ضروري است، چون اين روند بسيار کند است. در زمانهاي دور، چنين مولکولهايي وجود نداشت؛ در عوض يونهاي فلزي و مواد معدني نقش کاتاليزور را ايفا کردند. با گذشت زمان به مرور پلي نوکلئوتيدهاي بيشتري ايجاد شد
انتخاب طبيعت دست به کار مي‌شود
وقتي يک پلي نوکلئوتيد با رونويسي از يک مولکول مشابه ايجاد مي‌شود، امکان اشتباه نيز هست. هر يک از اين اشتباهها باعث تغيير ساختار مولکول جديد مي‌شود. پس همه پلي نوکلئوتيدهاي توليد شده مثل هم نيستند و خواص متفاوتي دارند. وقتي اين مولکولها در شرايط مختلف طبيعي از قبيل دماهاي بالا، اسيدها، قلياها و مواد شيميايي، تابش نور و ... قرار مي‌گيرند، عده اي از آنها از بين مي‌روند و عده اي ديگر باقي مي‌مانند. در آخر، مولکولهايي باقي مي‌مانند که بهتر بتوانند خود را با شرايط محيط وفق دهند
هيچ کس مطمئن نيست که اولين سلول چگونه به وجود آمد اما اکثر دانشمندان معتقدند که روند طي شده چيزي شبيه اين بود
حدود 5/3 الي 4 بيليون سال قبل، تحول جديدي ايجاد شد زنجيرهاي مختلف نوکلئوتيدي به دنبال منابع بيشتري بودند تا هر کدام تکثير خود را سرعت دهند. براي اين کار ديگر نمي شد به کاتاليزورهاي قبلي اکتفا کرد. پس هر پلي نوکلئوتيدها شروع به توليد پلي پپتيدهايي کرد که فرآيند تکثير از روي خودش را تسريع کند. نمي دانيم اين تغيير و تحول چگونه ايجاد شد و چطور مولکول هاي نوکلئوتيدي اين توانايي را يافتند که سنتز پلي پپتيدها را کنترل کنند، اما اين اساسي ترين قدم به سمت ايجاد اولين سلول بود
اولين سلول
براي اينکه تکثير پلي نوکلئوتيدها به کمک پلي پپتيد با اطمينان بيشتري انجام شود، بايد پلي نوکلئوتيد جديد به همراه آنزيم هاي مورد نياز آن در يک محيط مناسب و بسته قرار مي‌گرفت. اين همان چيزي است که ما امروز هم مي‌بينيم. کار غشاي سلول اينست که اطراف اندامهاي سلولي را فراگيرد و از آنها محافظت کند. از آنجايي که مواد شيميايي نمي توانند به راحتي وارد اين محيط شوند، امکان کنترل واکنش هاي شيميايي درون سلول وجود دارد. شايد اولين غشاي سلولي به طور کاملا اتفاقي از کنار هم قرار گرفتن چند مولکول فسفوليپيد (چربي هايي که فسفر هم در مولکولشان وجود دارد) شکل گرفت. شايد هم حقيقت چيز ديگري باشد
سلولهاي گوناگون
دو طبقه اصلي وجود دارد. پروکاريوت و يوکاريوت. اين دو خانواده نه تنها از نظر ظاهري با هم اختلاف دارند، بلکه ساختمان، توليد مثل و متابوليسم آنها نيز متفاوت است. با اين وجود، هر سلول در يکي از پنج گروه زير قرار مي‌گيرد
مونرا، پروتيستا، پلنتا، فونگوس و انيماليا
بيشترين تفاوت بين سلولهاي دو گروه مختلف مشاهده مي‌شود. سلولهاي هر گروه مي‌توانند پروکاريوت يا يوکاريوت باشند
سلولهاي پروکاريوت
سلولهاي يوکاريوت سلولهايي که فاقد ديوار سلولي هستند "پروکاريوت"ناميده مي‌شوند، که در زبان يوناني به معناي "پيش از هستهمي‌باشد. اگر يکي از اين سلولها را زير ميکروسکوپ نگاه کنيم، تعداد اندامهاي مشخصي که در درون سلول ديده مي‌شود، اندک است. سلولهاي خانواده مونرا از قبيل باکتري‌ها و سيانوباکتري‌ها در اين گروه قرار مي‌گيرند
پروکاريوت‌ها تفاوتهاي عمده اي با يوکاريوتها دارند. هسته آنها غشا ندارد و اطلاعات ژنتيکي آنها در يک حلقه دايره اي به نام "پلاسميد" قرار دارد، و به صورت DNA کروموزومي نيست. سلول باکتري‌ها بسيار کوچک است. قطر آنها 1 الي 2 ميکرومتر و طول آنها 10 ميکرون است، يعني چيزي در حد ميتوکندري يک سلول حيواني. پروکاريوت‌ها به سه دسته ميله اي، کروي و مارپيچي (حلزوني) تقسيم مي‌شوند
توليد مثل آنها نيز بر خلاف يوکاريوتها داراي مراحل پيچيده نيست. براي همين مکانيسم توليد مثل آنها را "تقسيم دوتايي" مي‌نامند
باکتري‌ها کارهاي مهمي را روي کره ما بر عهده دارند. آنها در تجزيه، تخمير و حتي هضم مواد غذايي در بدن ما نقش دارند. علاوه بر اين، باکتري‌ها در بسياري از چرخه هاي غذايي روي زمين نيز موثرند، مثلا تثبيت نيتروژن توسط باکتري هايي انجام مي‌شود که در ريشه گياه زندگي مي‌کنند. اين باکتري‌ها نيتروژن را پس از طي مراحلي به مواد قابل مصرف براي گياه تبديل مي‌کنند. بر خلاف سلول هايي يوکاريوت، پريوکاريوت‌ها براي متابوليسم به اکسيژن نياز ندارند. روش هاي متابوليسم پروکاريوت‌ها مختلف است؛ حتي برخي از آنها از سولفور به جاي اکسيژن استفاده مي‌کنند
يوکاريوتها بجز گروه مونرا، در تمام چهار گروه اصلي ديگر وجود دارند. هسته آنها با يک غشا از ساير اجزاي درون سلول جدا مي‌شود. يوکاريوت در يوناني به معني "واقعا هسته اي" است. يوکاريوت در درون خود تعداد زيادي اجزاي مختلف دارند که حول هر يک از آنها را يک غشا احاطه کرده است. هر يک از اين بخشها انجام وظيفه مشخصي را بر عهده دارند، مثلا ميتوکندري يا کلروپلاست، فعاليتهاي متابوليک و تبديل انرژي در سلول را انجام مي‌دهند. در بخش اجزاي سلول کار تک تک اين اندامها را شرح داده ايم
يک دسته مهم از يوکاريوت ها، سلول هاي گياهي هستند. سلول هاي گياهي تمامي ويژگي هاي يوکاريوت هاي ديگر را دارند، اما سه ساختار خاص خود دارند که در ساير اعضاي اين گروه وجود ندارند: پلاستيد، ديواره سلولي و واکوئل
مطالعه سلولها
گلها، درختان، مردم، حشرات، پرندگان و ... چيزهايي است که همه ما هر روز سر راه خود مي‌بينيم. با اينکه هم اينها از سلول ساخته شده اند، به زحمت مي‌توان سلولهاي آنها را ديد
سلولها خيلي کوچکند. يک سلول جانوري بين 10 تا 20 ميکرون قطر دارد، يعني پنج بار کوچکتر از کوچکترين ذره اي که شما مي‌توانيد با چشم خود ببينيد. همين کوچکي سلول باعث شد تا زمان اختراع ميکروسکوپ نوري، هيچ کس نفهمد که همه جانداران از سلول ساخته شده اند
در سال 1665، رابرت هوک با يک ميکروسکوپ نوري به تراشه هاي نازک چوب پنبه نگاه کرد. او تصويري شبيه شکل زير ديد. او هر يک از اين بخشهاي کوچک را يک سلول ناميد، چون او را به ياد سلول هاي زندان مي‌انداخت. چوب پنبه در واقع تعداد زيادي سلول گياهي مرده است که فقط جداره آنها باقي مانده است. هوک اولين کسي بود که سلول را ديد
هر چه ابزارها و روش‌ها پيشرفت کرد، تصاوير بهتري به دست آمد
ميکروسکوپ نوري
با ميکروسکوپ نوري مي‌توان سلول را مشاهده کرد، اما از نور براي بزرگنمايي استفاده مي‌شود. اجزايي از سلول کوچکتر از 500 نانومتر باشند به وضوح ديده نمي شوند. با ميکروسکوپ مي‌توان اندامهاي اصلي سلول مانند هسته و ميتوکندري را مشاهده کرد. معمولا براي اينکه تصاوير بهتري به دست آيد، اين اندامها را به مواد رنگي آغشته مي‌کنند
امروز براي مشاهده سلولها، ابتدا آنها را با مواد فلورسنت رنگ مي‌کنند و سپس با ميکروسکوپ فلورسنت آنها را مي‌بينند. با استفاده از اين ميکروسکپها مي‌توان حتي پروتئينها را هم ديد
ميکروسکوپ الکتروني
در دهه 1940 اولين ميکروسکوپ هاي الکتروني ساخته شد و دانشمندان توانستند پيچيدگي هاي درون سلول را به خوبي مشاهده کنند. در اين ميکروسکوپها به جاي نور، از الکترونها استفاده مي‌شود. چون طول موج الکترونها کمتر از نور است، تصاوير بزرگنمايي بسيار خوبي دارند و حتي مي‌توان ذراتي با ابعاد 0.1 نانومتر را به خوبي ديد. اما الکترون قدرت نفوذ خيلي بالايي ندارد و بايد نمونه هاي ريزي با ابعاد 50 تا 100 نانومتر بسازيم. پس آماده کردن نمونه براي اين ميکروسکوپها کار ساده اي نيست. وضوح بالا آن، اين امکان را به ما مي‌دهد که تصاوير سه بعدي تهيه کنيم
با ميکروسکوپ الکتروني دو نوع تصوير مي‌توان تهيه کرد SEM و TEM. در SEM الکترونها را پس از انعکاس از سطح شي به يک گيرنده مي‌فرستند. اين کار در دفعات متعدد و براي لايه هاي مختلف نمونه انجام مي‌شود و سپس با ترکيب اين داده ها، يک تصوير سه بعدي به دست مي‌آيد. در TEM الکترونها از نمونه عبور مي‌کنند و به گيرنده مي‌رسند. SEM براي مشاهده سطح اشياء و TEM براي مشاهده عمق نمونه‌ها به کار مي‌رود. در شکل زير SEM، TEM و يک ميکروسکوپ نوري با هم مقايسه شده است
کريستالوگرافي با اشعه X
براي اينکه بتوانيم اجزاي کوچکتر سلول مانند پروتئينها را ببينيم از اين روش استفاده کنيم
اشعه X به کريستالها تابانده مي‌شود و پراش پيدا مي‌کند.نور پراش پيدا کرده، جمع آوري مي‌شود و با استفاده از آن تصويري از آرايش اتمهاي مولکول به دست آيد
توليد تصاوير در اين روش کار بسيار مشکل و پيچيده اي است. دشوارترين و طولاني ترين مرحله کار، تهيه نمونه هايي کريستالي است که براي اين کار مناسب باشند. گاهي کشف ساختار يک پروتئين، چندين ماه طول مي‌کشد. با وجود اين همه مشکلات، اين روش يکي از تکنيکهايي است که اکنون به طور گسترده براي روش کردن ساختمان پروتئينها استفاده مي‌شود
فعاليتهاي سلول
سلولها طول زمان تکامل پيدا کرده اند و ساختاراي پيچيده بسياري در آنها ايجاد شده است. هر يک از اين اجزا با هدف خاصي به وجود آمده اند. هر يک از اين اندامها را مي‌توان شبيه قسمتي از يک اتومبيل در نظر گرفت. درست است که هر کدام از آنها بايد کار خود را به خوبي انجام دهد، اما براي حرکت خوب اين ماشين لازم است تا هماهنگي کاملي بين اجزا وجود داشته باشد. هدف نهايي اين همکاري، ادامه بقاي سلول است
چند فعاليت اساسي هست که هر سلولي بايد بتواند انجام دهد: انتقال مولکولها، توليد مثل و تبديل انرژي.
يکي از موضوعات صفحات بعد را انتخاب کنيد تا درباره فعاليت هاي مختلف سلول بيشتر بياموزيد. توصيه ما اينست که ابتدا بخش "زندگي چيست؟" را مطالعه کنيد.
زندگي چيست؟
چه ويژگي هايي باعث مي‌شود که ما موجودات زنده را از اشياء تفکيک کنيم؟ تعريف ما از زنده بودن چيست؟
انتقال مولکولي
سلول بايد مواد غذايي و مولکولهاي مختلف را با محيط خود مبادله کند تا زنده بماند. در اين قسمت با شيوه انتقال مواد مختلف آشنا خواهيد شد.
توليد مثل
زنده ماندن کافي نيست، سلول بايد بتواند سلولهاي جديدي توليد کند تا تداوم گونه خود را تضمين کند. در اين قسمت مراحل مختلف اين کار را براي شما شرح مي‌دهيم.
متابوليسم سلول
سلول براي انجام فعاليت هاي خود به انرژي نياز دارد. اما مکانيسم توليد اين انرژي چيست؟
زندگي چيست
جواب دادن به اين سوال کار ساده اي نيست. براي اينکه پاسخ را بيابيم، بياييد با هم ويژگي‌ها مشترک موجوداتي را که مي‌گوييم زنده اند، مرور کنيم
همه آنها از سلول ساخته شده اند. بعضي‌ها مانند باکتري، فقط يک سلول دارند و بعضي ديگر از تعداد زيادي سلول ساخته شده اند، مثل خود ما. در موجودات پيچيده تر تعدادي از سلولها در کنار هم قرار گرفته اند و به کمک هم يک وظيفه خاص را انجام مي‌هند. همه سلولها داراي مولکول DNA خاصي هستند که بين تمام سلولهاي آن گونه مشترک است اما با ساير گونه‌ها اختلاف دارند. DNA تمام اطلاعات لازم براي توليد پروتئينها و ساير موادي را که براي ادامه بقا و توليد مثل سلول ضروري است، در خود دارد. سلول براي زنده ماندن به انرژي نياز دارد. بعضي از آنها فتوسنتز مي‌کنند، يعني انرژي خود را از نور خورشيد به دست مي‌آورند. به مجموعه واکنش هاي شيميايي که براي تامين انرژي سلول صورت مي‌گيرد، متابوليسم مي‌گوييم
علاوه بر اين همه موجودات زنده مي‌توانند توليد مثل کنند. دو نوع توليد مثل در بين جانداران ديده مي‌شود. اولي توليد مثل غير جنسي، که در آن موجود جديد فقط از يک والد به وجود مي‌آيد، مثلا يک باکتري به دو قسمت تقسيم مي‌شود و موجودي مانند خود ايجاد مي‌کند. دوم توليد مثل جنسي که بيشتر در موجودات پيچيده تر ديده مي‌شود. در اين روش، اولين سلول موجود جديد از ترکيب دو سلول جنسي (گامتپديد مي‌آيد که هر کدام از بدن يکي از والدين آمده است. اين کار باعث مي‌شود که فرزند تلفيقي از ويژگي هاي والدين را به ارث ببرد. اين يعني تنوع بيشتر، پس موجوداتي که توليد مثل جنسي دارند در صورت تغيير شرايط محيطي، امکان سازگاري بيشتري دارند
در توليد مثل غير جنسي، تمام نسلها شبيه هم هستند و نقاط ضعف و قوت يکساني دارند. اگر شرايط سختي پيش بيايد، ممکن است همه افراد آن نسل از بين بروند و آن گونه منقرض شود. " جهش ژنتيکي " نيز پديده اي است که گاهي به سود موجودات زنده منجر مي‌شود. جهش يعني تغييراتي که يا در اثر اشتباه در زمان توليد مثل و يا در عوامل خارجي مانند تابش نور ماوراء بنفش، در ساختمان DNA صورت مي‌گيرد.
جهش گاهي مفيد است، گاهي مضر و بعضي وقت‌ها بي اثر. اگر جهش ايجاد شده به نحوي باشد که سازگاري موجود با شرايط محيطي مختلف را بيشتر کند، آن موجود مي‌تواند در شرايط دشوار هم زنده بماند و ويژگي هاي ژنتيکي خود را به نسل بعدي منتقل کند. با گذشت زمان، تعداد افرادي که ويژگي حاصل از جهش را به ارث مي‌برند، زياد مي‌شود. اين فرآيند، تکامل ناميده مي‌شود. ساير افرادي که اين ويژگي را به ارث نبرده اند، کم مي‌شود و حتي گاهي از بين مي‌روند
به خاطر داشته باشيد که همواره موجوادت براي استفاده از منابع غذايي مشترک با هم رقابت مي‌کنند و آن کسي که ضعيف تر است شانس کمتري براي زنده ماندن دارد. اين روند تکاملي و انقراض در طول ساليان دراز باعث شده که تنوع زيستي فراواني روي زمين ايجاد شود
انتقال مولکولها
در سلول، مواد مختلف به دو روش منتقل مي‌شوند: انتقال فعال و انتقال غير فعال. مولکولهاي کوچک مانند اکسيژن،اتانول و دي اکسيد کربن مي‌توانند به آساني از غشاي سلول عبور کنند. اگر غلظت اين مولکولها در فضاي درون سلول تفاوت زيادي با بيرون داشته باشد، مولکولها از غشاء عبور مي‌کنند و به طرف مقابل مي‌روند تا تفاوت غلظت‌ها کاهش پيدا کند. اين فرآيند، همان انتقال غير فعال است. دليل اين نام گذاري آنست که براي انجام آن انرژي صرف نمي شود. اما براي انتقال مولکولهاي بزرگ مانند پروتئين ها، پلي نوکلئوتيدها و پلي ساکاريدها بايد از روش ديگري استفاده شود. انتقال اين مولکولها نياز به انرژي دارد و انتقال فعال ناميده مي‌شود. اگر انتقال فعال مواد، آنها را به درون سلول بياوريد، به آن "اندوسيتوز" مي‌گوييم و اگر مواد را از سلول خارج کند، "اگزوسيتوز"
اگزوسيتوز
وقتي قرار است مولکولهاي بزرگ از سلول خارج شوند، اول در يک آبدانه بسته بندي مي‌شوند. آبدانه به سمت غشاء حرکت مي‌کند و با بخشهاي خاصي از غشاء که مي‌توانند با آن جفت شوند، ترکيب مي‌شوند. آبدانه جزيي از غشا مي‌شود و مواد درون آن در فضاي خارج رها مي‌شوند. فرض کنيد يک پروتئين در سلول ساخته شده و بايد به خارج سلول منتقل شود. اين پروتئين به دستگاه گلژي مي‌رود. دستگاه گلژي پروتئين هاي توليده شده را در چند آبدانه بسته بندي مي‌کند. اين بسته‌ها به طرف غشاي سلول مي‌رود. بسته جذب غشا مي‌شود و مواد درون آن به بيرون مي‌ريزند.
بعضي از مواد به طور مداوم توسط سلول ترشخ مي‌شوند، اما بعضي ديگر فقط گاهي ساخته مي‌شوند. براي کنترل ترشح اين مواد، آبدانه هاي خاصي وجود دارند که با يک سيگنال خارجي تحريک مي‌شوند و مواد درون خود را رها مي‌کنند. اين سيگنال، که مثلاً مي‌تواند يک هورمون باشد، روي گيرنده هاي خاصي در جداره خارجي سلول مي‌نشيند. اين کار باعث مي‌شود غلظت يونهاي آزاد کلسيم در سلول زياد شود . افزايش غلظت يون کلسيم، سرعت ترکيب آبدانه‌ها با غشاي سلول را بيشتر مي‌کند. به اين ترتيب اگزوسيتوز در تسريع مي‌شود و ماده مورد نظر به طور مداوم ترشح خواهد شد.
اندوسيتوز
به طور کلي دو نوع اندوسيتوز وجود دارد، پينوسيتوز و فاگوسيتوز. پينوسيتوز به معني قورت دادن مولکولهاي کوچک يا مايعاتي است که اطراف سلول وجود دارد. فاگوسيتوز يعني خوردن مولکولها و ذرات بزرگ مثل ميکروارگانيسم ها، اجزاي سلولهاي مرده و ... .
يوکاريوتها در بيشتر مواقع مشغول خوردن مايعات و مولکولهاي اطراف خود هستند. آنها در هنگام اين کار بخشي از غشاي سلول خود را هم بين مي‌برند. مثلا سلولهاي ماکروفاژ (سلولهاي ايمني بدن که ميکروبها را مي‌خورند.) در هر دقيقه %3 از غشاي خود را هضم مي‌کنند، يعني بايد بعد از گذشت يک و نيم ساعت، کل غشاي آنها از بين برود! واضح است که اين اتفاق نمي افتد. سلول اگزوسيتوز انجام مي‌دهد تا جداره اش تقريبا با همان سرعت بزرگ شود و از بين نرود.
اگر لازم باشد تا سلول، مولکول خاصي را به طور انتخابي جذب کند، اندوسيتوز با روش ديگري انجام مي‌شود. معمولا گيرنده هاي خاصي روي غشا وجود دارند که جذب اين مواد از طريق آنها صورت مي‌گيرد.
مولکول مورد نظر به سطح اين گيرنده‌ها مي‌آيد و به سادگي وارد سلول مي‌شود. سرعت جذب در اين روش بسيار بيشتر از اندوسيتوز معمولي است. ليپوپروتئين هاي سبک (LDL) از همين طريق جذب مي‌شوند.
وقتي سلول بخواهد غشاي خود را بيشتر کند به کلسترول احتياج دارد. کلسترول هم يکي از LDLها است. سلول تعدادي گيرنده LDL مي‌سازد و آنها را روي غشاي خود قرار مي‌دهد. LDL با سرعت زياد وارد سلول مي‌شود و سلول مي‌تواند غشاي جديد بسازد. بعضي از مردم داراي ژني هستند که نمي گذارند گيرنده هاي LDL توليد شوند. آنها نمي توانند LDL موجود در خون را جذب کنند و در نتيجه ميزان کلسترول خون آنها بالا مي‌رود. همين باعث مي‌شود. همين باعث مي‌شود که عده زيادي از اين افراد، حتي در جواني به بيماري قلبي مبتلا شوند و جان خود را از دست بدهند.
اگر دوست داريد تا يک مدلسازي در اين مورد ببينيد، اينجا کليک کنيد.
فاگوسيتوز
گلبولهاي سفيد خون معمولا با فاگوسيتوز، ذرات بيگانه موجود در جريان خون را از بين مي‌برند. آنها حتي مي‌توانند سلولهاي هم اندازه خود را به راحتي ببلعند. ذره يا سلول بيگانه به گيرنده هاي سطح اين سلولها مي‌چسبد و سپس گلبول سفيد آن را به درون خود مي‌کشد و جذب مي‌کند.
توليد مثل
يکي از اساسي ترين هدفهاي تمام موجودات زنده، توليد مثل است. توليد مثل به سلول کمک مي‌کند جمعيت گونه خود را افزايش دهد و امکان رقابت بيشتري داشته باشد. به علاوه، توليد مثل جنسي به ايجاد تنوع ژنتيکي در يک گونه منجر مي‌شود که مي‌تواند در دراز مدت به سود آن تيره بينجامد.
سلولها دو نوع توليد مثل دارند "ميتوز و ميوز". سلولي که از تقسيم ميتوز به وجود مي‌آيد، کاملا شبيه سلول والد است. بيشتر سلولهاي بدن تقسيم ميتوز انجام مي‌دهند. تقسيم ميوز براي توليد سلولهاي جنسي (گامت) صورت مي‌گيرد. سلولهاي نوزاد حاصل از ميوز، اطلاعات ژنتيکي متفاوتي دارند. اين تقسيم به جانداران کمک مي‌کند تا با شرايط محيطي مختلف وفق پيدا کنند
متابوليسم سلولي
سلول براي فعاليت هاي روزانه خود، بايد دهها هزار واکنش شيميايي را کنترل کند. کنترل و انجام اين واکنشها به انرژي نياز دارد. اين انرژي از کجا تأمين مي‌شود؟ سلولها از ابتداي آغاز حيات تا کنون، سيستم هاي متابوليکي خود را بهبود داده اند و امروز مکانيسم هاي بسيار پيچيده و متعددي دارند. گياهان انرژي خود را با فتوسنتز تأمين مي‌کنند، حال آنکه سلولهاي جانوري انرژي مورد نياز خودرا از تنفس به دست مي‌آورند. اگر چه مکانيسم عمل سلولهاي مختلف متفاوت است، اما هدف نهايي تمام آنها ساختن مولکول هاي ATP است. در اين بخش شما را با مولکول ATP و روش هاي به دست آوردن انرژي در سلولها آشنا مي‌کنيم.
ATP
ATP منبع انرژي سلول هاست. ولي چه چيز باعث شده که اين مولکول براي اين کار انتخاب شود؟
فتوسنتز
گياهان با فتوسنتز، از آب، دي اکسيد کربن و نور خورشيد قند مي‌سازند. در اين فرآيند ATP نيز توليد مي‌شود. اينجا را بخوانيد تا بفهميد اين کار چطور انجام مي‌شود.
ATP
ATP ادنوزين تري فسفات
ATP هم يک مولکول نوکلئوتيد است. ولي يک تفاوت اساسي با ساير نوکلئوتيدها دارد و آن اينست که به طور گسترده براي انتقال و ذخيره انرژي شيميايي سلول به کار مي‌رود. ATP ، يک مولکول ادنين است که سه گروه فسفات به آن متصل شده اند. پيوندي که مولکولهاي فسفات را به ادنين وصل مي‌کند، انرژي بسيار بالايي دارد. پيوند دو گروه از اين سه گروه فسفات، به سادگي شکسته مي‌شود و انرژي آزاد مي‌کند. اين دو گروه در طي فرآيندهايي مانند تنفس، دوباره از طريق پيوند کووالانسي به مولکول متصل مي‌شوند. انرژي حاصل از ATP براي فعاليت هاي مختلف سلول از قبيل انتقال فعال، سنتز پروتئين و .. به کار مي‌رود.
مولکول ATP به کمک آب، تجزيه مي‌شود (هيدروليز) و ادنوزين دي فسفات (ADP) ، فسفات غير آلي، و انرژي به دست مي‌آيد. اين واکنش مي‌تواند باز هم ادامه پيدا کند تا ادنوزين مونو فسفات (AMP) ، فسفر و انرژي حاصل شوند. فسفر آزاد شده در سلول نگهداري مي‌شود و هنگام تبديل مجدد AMP به ATP مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مولکول ATP در يک سري واکنش شيميايي موسوم به فسفريلاسيون اکسيداتيو ساخته مي‌شود فتوسنتز
سلولهاي گياهي با استفاده از کلروفيل و از راه فتوسنتز، انرژي خود را تأمين مي‌کنند. فتوسنتز دو مرحله دارد. مرحله اول شامل دو سيستم نوري است و مرحله دوم يک چرخه تثبيت کربن که اصطلاحاً سيکل کالوين ناميده مي‌شود. در اين فرآيند، گياه نور خورشيد، آب و CO2 را به گلوکز و ATP تبديل مي‌کند. اکسيژن هم که محصول جانبي اين واکنش است، وارد جو مي‌شود. اين توانايي گياهان نه تنها منابع گلوکز مورد استفاده بسياري از سلولهاي جانوري را تأمين مي‌کند، بلکه در توليد اکسيژن براي تنفس آنها نيز نقش دارد. واکنش فتوسنتز را مي‌توان به صورت زير خلاصه کرد
6 CO2+ 12 H2O + Light ? 6 H2O +C6H12O6+ 6 O2
اجزاي سلول
سلولها براي اينکه بتوانند کارهاي خود را به خوبي انجام دهند به نحوي تکامل پيدا کرده اند که داراي اندامهاي مختلفي باشند. هر يک از اين بخشها براي انجام وظيفه خاصي تکامل پيدا کرده است. مثلا هسته مرکز اطلاعات ژنتيکي است و اسکلت سلولي حفاظت از سلول را به عهده دارد. مي‌خواهيم با هم به درون سلول سفر کنيم و با کار اجزاي مختلف آن آشنا شويم
غشاي سلول
غشا در ابتدا ديواره ساده اي بود که سلول را از محيط اطرافش جدا مي‌کرد، اما به مرور زمان تکامل پيدا کرد. بر روي سطح غشا تعداد زيادي گيرنده براي مواد مختلف ايجاد شده است
ديواره سلولي
در سلولهاي گياهي، يک جدار سخت اطراف سلول را فرا گرفته است. اين جداره باعث استحکام بيشتر سلول مي‌شود.
سيتوپلاسم
بيشتر اجزاي سلول در اين قسمت قرار دارند. براي اين که کارها درست انجام شود، آنها مدام به هم پيام مي‌فرستند.
هسته
هسته مرکز کنترل تمام فعاليتهاي درون سلول است. تمام اطلاعات ژنتيکي در اين بخش ذخيره شده اند
غشاي سلول
چرا چربي؟
سلول هاي گياهي يک ديواره سلولي سخت و محکم دارند،اما غشاي سلولهاي جانوري يک لايه دوجداره منعطف از چربي است. چربي هايي که غشا را مي‌سازند، يک سر آب دوست دارند و دو دم آب گريز. اگر چربي در محلول آبي قرار داشته باشد، مولکولهاي چربي طوري قرار مي‌گيرند که دم هاي آنها در کنار هم باشد و سرهاي آب دوست آنها رو به بيرون قرار گيرد. پس اگر غشايي از چربي ساخته شود يک خاصيت فوق العاده خواهد داشت. اگر اين غشا پاره شود، دو قسمت باقيمانده خود بخود به هم متصل مي‌شوند و غشا ترميم مي‌شود. چربي‌ها به سه دسته طبقه بندي مي‌شوند: فسفو ليپيدها، کلسترول و گليکولپيدها. اين سه نوع چربي با نسبتهاي متفاوت در تمام غشاها ديده مي‌شوند.
نقش پروتئين ها
پروتئين هاي مختلفي بر روي غشا قرار دارند. بعضي از آنها در طول لايه فسفوليپيد گسترده شده اند و برخي ديگر فقط در يک ناحيه مانند يک کانال از عرض غشا عبور کرده اند. اين پروتئينها کارهاي مختلفي انجام مي‌دهند. بعضي از آنها گيرنده مواد، بعضي ديگر آنزيم و عده اي نيز آنتي ژن هستند. بسياري از اين پروتئينها هم نواحي آب دوست دارند و هم گروههاي آب گريز. گروههاي آب گريز مانند يک لنگر عمل مي‌کنند و اتصال بين پروتئين و چربي را محکم مي‌کنند گروه هاي آب دوست نيز به انتقال مواد کمک مي‌کنند.
انتقال مولکولهاي کوچک
چون لايه مياني غشا آب گريز است، مولکولهاي قطبي نمي توانند وارد سلول شوند. براي انتقال مولکولهاي قطبي راههاي مختلفي وجود دارد. پروتئين هاي مختلفي روي غشا هست که هر کدام وظيفه انتقال مولکولهاي خاصي را بعهده دارند. عده اي از اين پروتئينها کانال هاي يک طرفه هستند، يعني فقط مي‌توانند مواد را در يک جهت منتقل کنند. بعضي ديگر سيستم cotransport دارند، يعني دو ماده را با هم منتقل مي‌کنند. ممکن است دو ماده هر دو در يک جهت منتقل شوند يا اينکه در دو جهت مخالف جابجا شوند. اين پروتئينها به شيوه غيرفعال عمل مي‌کنند، پس سلولها براي اين انتقال‌ها انرژي مصرف نمي کند. مواد در دو جهت طبيعي جابجا مي‌شوند، از ناحيه غليظ تر به ناحيه رقيق تر
کانال هاي پروتئيني به موادي اجازه عبور مي‌دهند که اندازه و بار الکتريکي خاصي داشته باشند. اين پروتئينها مانند يک قايق عمل مي‌کنند. مولکولهاي ماده روي آنها مي‌نشيند و از غشا عبور مي‌کند. اين انتقال هم در جهت طبيعي صورت مي‌گيرد. اگر سلول بخواهد ماده اي را از جايي که غلظت آن کم است به جايي که غلظت زياد است،منتقل کند بايد انرژي مصرف کند. اين روش، انتقال فعال ناميده مي‌شود
يک مثال براي انتقال فعال، پمپ سديم - پتاسيم است. اين پمپ در کنار کانال نفوذ پتاسيم قرار دارد و سلول با استفاده از اين دو پتانسيل الکتريکي غشاي خود را تنظيم مي‌کند. پمپ آنزيمي سديم - پتاسيم که با انرژي حاصل از هيدروليز ATP کار مي‌کند، سديم را به بيرون و پتاسيم را به داخل پمپ مي‌کند. غلظت پتاسيم درون سلول بيشتر مي‌شود و در خارج کاهش پيدا مي‌کند. در مورد سديم برعکس است. کانال نفوذ پتاسيم، اجازه مي‌دهد که پتاسيم به بيرون تراوش کند و اين باعث مي‌شود که لايه درون سلول بار منفي پيدا کند.
براي انتقال مولکولهاي بزرگ راههاي ديگري وجود دارد
گيرنده هاي غشا
روي غشا تعدادي گيرنده و آنتي ژن قرار دارد. مولکولهايي که بايد به آن سلول خاص برسند به گيرنده هاي سطح سلول مي‌چسبند. گيرنده در اثر چسبيدن اين مولکولها، يک ماده در درون سلول آزاد مي‌کند. آزاد شدن اين ماده رفتار سلول را تغيير مي‌دهد. به اين ترتيب يک پيغام خارجي مي‌تواند با يک واکنش از جانب سلول مواجه شود. آنتي ژن‌ها براي شناسايي بيگانه‌ها به کار مي‌روند. اگر ماده اي خارجي توسط دستگاه ايمني شناسايي شود، پيغامي به سلولهاي T فرستاده مي‌شود. اين سلولها به آن ناحيه مي‌آيند و سلول بيگانه را نابود مي‌کنند
ديواره سلولي
ديواره سلولي مهمترين تفاوت سلول هاي گياهي با ساير يوکاريوتها است. اين ديواره سخت که چندين ميکرون ضخامت دارد، باعث مي‌شود که سلول گياهي شکل ثابتي داشته باشد. بيشتر سلولها غشاي خارجي دارند، اما استحکام هيچکدام از آنها به اندازه سلولهاي گياهي نيست.
همين جداره باعث شده که تفاوت زيادي بين گياهان و جانوران بوجود بيايد، چون به گياه اجازه نمي دهد که سيستم عصبي و سيستم ايمني عمودي داشته باشد. جداره سلولي از الياف سلولز، پلي ساکاريدها و پروتئينها تشکيل شده است. وقتي سلول جوان است، جداره نازک است و چندان سخت نيست. پس اين سلولها مي‌توانند رشد کنند.
اين لايه جداره اوليه ناميده مي‌شود. وقتي سلول پير مي‌شود، لايه هاي ديگري روي اين لايه اضافه مي‌شود. ما اين لايه‌ها را لايه هاي ثانويه مي‌ناميم. پس با گذشت زمان،ضخامت ديواره زياد مي‌شود
جداره سلولها در کنار هم يک اسکلت محکم براي گياه مي‌سازد. با وجود اينکه ديواره سخت و محکم است، اما باز هم امکان ارسال پيام هاي شيميايي بين سلولها و دفع مواد زايد وجود دارد
سيتوپلاسم
يوکاريوتها تعداد زيادي اندام دارند که هر کدام از آنها وظيفه خاصي را بر عهده دارد. به جز هسته، هر چه که در فضاي سلولي قرار دارد، سيتوپلاسم ناميده مي‌شود. پس تمام اندامهاي ديگر سلول مانند ميتوکندري، شبکه اندروپلاسمي و ... در اين بخش قرار دارند. به بخشي از سيتوپلاسم که خارج از اندام هاست، "سيتوزول" مي‌گويند. سيتوزول بزرگترين بخش درون سلول است و حدود 54% حجم سلول را در بر مي‌گيرد. سيتوزول حاوي هزاران آنزيم است که براي کاتاليز کردن گلوکز، بيوسنتز، قندها، اسيدهاي چرب و اسيدهاي آمينه به کار مي‌روند. در سيتوزول مولکولها شکسته مي‌شوند تا اندامها بتوانند از آن استفاده کنند. براي مثال، قبل از شروع تنفس، گلوکز در سيتوزول شکسته مي‌شود و سپس به ميتوکندري مي‌رود
در سيتوزول يک ساختار اسکلتي به نام " اسکلت سلولي" هم وجود دارد. اين اسکلت به سلول شکل مي‌دهد و بسياري از واکنش هاي شيميايي سيتوپلاسم را سازمان دهي مي‌کندعلاوه بر اين، اسکلت سلولي به حرکت سلول نيز کمک مي‌کند
اندامهايي که در سيتوپلاسم وجود دارند، عبارتند از:
ميتوکندري
کلروپلاست
شبکه اندوپلاسمي
دستگاه گلژي
ليزوزوم
اسکلت سلولي
ريبوزوم
واکوئل
ميتوکندري
ميتوکندري چهار بخش اصلي دارد: غشاي خارجي ، فضاي بين غشايي ، غشاي داخلي و ماتريس.
غشاي خارجي
اين غشا داراي تعداد زيادي پروتئين است که به انتقال آسان مولکلول هاي بزرگ کمک مي‌کنند. علاوه بر اين در اين غشا، پروتئين هايي وجود دارد که چربي‌ها را به مواد قابل استفاده در ماتريس تبديل مي‌کند
فضاي بين غشايي
اين فضا شامل آنزيم هايي است که با مصرف ATP، ساير نوکلئوتيدها را فسفره مي‌کنند
غشاي داخلي
اين قسمت داراي پيچ و خم هاي بسيار زيادي است که باعث افزايش سطح آن مي‌شود. اين کار کمک مي‌کند تا کار بيشتري در فضاي کوچکتر انجام شود. در اين قسمت سه پروتئين اصلي وجود دارد: 1. پروتئيني که واکنش هاي اکسيداسيون زنجيره تنفسي را انجام مي‌دهد. 2. يک کمپلکس آنزيمي به نام ATP" سنتتاز " که ATP مي‌سازد. 3- پروتئين هاي انتقال دهنده که ورود و خروج مواد به ماتريس را کنترل مي‌کنند
اينجا همان جايي است که فسفريلاسيون اکسيداسيوني انجام مي‌شود.
ماتريس
سيکل کربس در اينجا اتفاق مي‌افتد. به علاوه، چندين کپي از ژنوم DNA، تعدادي ريبوزوم خاص ميتوکندري، t RNAها و آنزيم هايي که براي انجام فعاليتهاي متيوکندري ضروري است، در اين بخش قرار دارند
کلروپلاست
کلروپلاست، انجام فتوسنتز را بر عهده دارد. ساختمان کلروپلاست بسيار شبيه به ميتوکندري است. کلروپلاست شامل يک غشاي تراواي خارجي، يک غشاي داخلي که تراوايي کمتري دارد، يک فضاي بين غشايي و يک بخش داخلي است که "استروما" نام دارد. ولي کلروپلاست بزرگتر از ميتوکندري است. کلروپلاست بايد بزرگتر باشد، چون غشاي آن مانند ميتوکندري چين خورده نيست. غشاي داخلي آن هم براي زنجير انتقال الکترون به کار نمي رود. سيستم جذب نور، زنجير انتقال الکترون و ATP سنتاز بر يک غشاي سوم که تيلاکويد نام دارد، انجام مي‌شود. تيلاکويد از تعداد زيادي ديسک هاي سطح تشکيل شده است
شبکه اندوپلاسمي
شبکه اندوپلاسمي ( که آن را به اختصار ER مي‌ناميم.) توليد پروتيئن‌ها و چربي هاي تعداد زيادي از اندامهاي سلولي را بر عهده دارد. ER از چين خوردگي هاي فراواني تشکيل شده که يک غشا آنها را در برگرفته است. علاوه بر اين، ER وظيفه دارد تا پروتئينها و ساير کربوهيدارت‌ها را به دستگاه گلژي، غشاي سلول، ليزوزوم و هر جاي ديگري که لازم باشد، منتقل کند
دو نوع ER وجود دارد: نوع زبر که سطح آن با ريبوزوم‌ها پوشيده شده و نوع صاف. نوع زبر محل پروتئين سازي است. پروتئين هايي که در ER زبر ساخته مي‌شوند به ER صاف منتقل مي‌شوند
دستگاه گلژي
دستگاه گلژي داراي بخشهاي کيسه اي شکل فراواني است که با غشاهاي ليپيدي احاطه شده اند. بعلاوه تعداد زيادي آبدانه هم دارد که مواد را به غشاي سلولي منتقل مي‌کنند تا از سلول خارج شوند. تعدادي غده نيز در اين دستگاه وجود دارد که ترشح بعضي مواد خاص را بعهده دارند
گلژي مسوول کنترل ترافيک مولکولي در سلول است. تقريباً تمام مولکولها در دوره اي از زماني که در سلول هستند مجبور مي‌شوند از دستگاه گلژي بگذرند
دسته بندي پروتئينها به کمک آبدانه‌ها انجام مي‌شود. وقتي پروتئين روي گيرنده خاص خود بر روي يک آبدانه مي‌نشيند، به درون آبدانه کشيده مي‌شود و همراه آن به بيرون فرستاده مي‌شود
ليزوزوم
ليزوزوم کيسه اي حاوي آنزيم هاي مختلف است. اين آنزيمها براي هضم مولکول هاي بزرگ به کار مي‌روند. بيش از 40 آنزيم در ليزوزوم وجود دارد که از ميان آنها مي‌توان به پروتئازها، نوکلئازها و فسفوليپازها اشاره کرد. بهترين عملکرد اين آنزيمها در محيط اسيدي (PH=5) صورت مي‌گيرد.
پس اگر اين آنزيمها به سيتوپلاسم نشست کنند، آسيب چنداني نمي رسانند. اين آنزيمها در شبکه اندوپلاسمي ساخته مي‌شوند و پس از ورود به دستگاه گلژي ، توسط آبدانه‌ها به ليزوزوم منتقل مي‌شوند
اگر اين آنزيمها نباشند، به مرور مولکولهاي بزرگي که امکان هضم آنها وجود ندارد، در سيتوزول جمع مي‌شوند. اين مولکولها در فعاليت و واکنش هاي موجود در سلول اختلال ايجاد مي‌کنند و سلول با مشکل مواجه مي‌شود
اسكلت سلولي
يوکاريوتها شکلهاي متنوعي دارند. آنها مي‌توانند اندامکها و شکل خود را تغيير دهند.حتي بعضي از آنها قادرند که از محلي به محل ديگر بروند. اين کار توسط شبکه اي از رشته هاي پروتئيني موجود در سيتوپلاسم انجام مي‌شود که اسکلت سلولي نام دارند
رشته هاي پروتئيني به چند دسته تقسيم مي‌شوند که رشته هاي اکتين و ريزلوله‌ها دو دسته مهم از آنها مي‌باشند. اکتين انقباض را انجام مي‌دهد (شبيه ماهيچه) و ريزلوله‌ها استحکام ساختماني ايجاد مي‌کنند
ريبوزوم
ريبوزوم نقش مهمي در سنتز پروتئين ايفا مي‌کند. وقتي يک زنجير پروتئيني در حال ساخته شدن است، بايد همواره در کنار mRNA و هم سو با آن قرار گيرد. در اينجا گفتيم که هر سه نوکلئوتيد، کد يک اسيد آمينه است
پس هر اسيد آمينه که به زنجير پروتئيني اضافه مي‌شود، بايد سه پله روي mRNA جلو رفت تا تطبيق دو مولکول بهم نخورد. اين کار توسط ترکيب بزرگ و پيچيده اي از RNA و پروتئين انجام مي‌شود که ريبوزوم نام دارد
ريبوزوم يک واحد کوچک دارد و يک بخش بزرگ در حدود نيمي از وزن ريبوزوم يوکاريوتها را RNA تشکيل مي‌دهد. ريبوزوم يک کانال براي هدايت زنجير پروتئيني دارد و يک کانال ديگر هم دارد که مولکول mRNA را نگه مي‌دارد. به اين ترتيب ريبوزوم روند سنتز پروتئين را پيش مي‌برد
واکوئل
واکوئل در سلولهاي گياهي وجود دارد واکوئل مسوول حفظ شکل و ساختمان سلول است. سلولهاي گياهي معمولاً اندازه واکوئل هاي خود را بيشتر مي‌کنند و خيلي کم پيش مي‌آيد که سيتوپلاسمشان را توسعه دهند
واکوئل آبدانه بزرگي است که براي ذخيره و نگهداري مواد مغذي، متابوليت‌ها و حتي مواد زائد به کار مي‌رود.
فشار اعمال شده توسط واکوئل به حفظ اندازه سلول کمک مي‌کند. اگر اين فشار نباشد، سلول چروک مي‌خورد و سست خواهد شد
واکوئل معمولا حدود 50% از حجم سلول را اشغال مي‌کند، اما گاهي تا 95% فضا را نيز به خود اختصاص مي‌دهد
هسته
هسته مرکز کنترل سلول است و فقط در يوکاريوتها وجود دارد. DNA و RNA موجود در هسته، کليه اطلاعات ژنتيکي را در خود ذخيره کرده اند. هسته ارتباط بين اندامهاي موجود در سيتوپلاسم را هم برقرار مي‌کند. هسته با يک غشاي دولايه پوشيده شده است. وقتي هسته پيامي را به اندامها مي‌فرستد، پيام از منافذ اين غشا عبور مي‌کند و به سيتوپلاسم وارد مي‌شود
درون هسته، نوکلئوپلاسم نام دارد. در اين جا، DNA توسط پروتئيني به نام هيستون به هم پيچيده شده و به شکل کروماتين است. اما هنگام رونويسي، کروماتين‌ها متراکم مي‌شوند و ساختارهايي به نام کروموزوم پديد مي‌آورند. علاوه بر اين ها، معمولا يک يا چند اندامک گرد نيز در هسته قرار دارند که "هستک" نام دارد. ريبوزوم‌ها هم در هسته ساخته مي‌شوند
مطالب زير را بخوانيد تا درباره DNA و سازمان دهي آن در هسته بيشتر بياموزيد
کروموزومها
در اين بخش با آرايش DNA در هسته و مراحل مختلف تبديل آن به کروموزوم آشنا مي‌شويد
کروموزوم
کل اطلاعات ژنتيکي سلول در DNA قرار دارد که در هسته قرار گرفته است. فضاي درون هسته محدود است، پس بايد براي جادادن ميليون‌ها کد ژنتيکي در اين فضا فکري کردبراي همين بايد مولکول DNA را مرتب و بسته بندي کرد.
در ابتدا نوکلئوتيدها به صورت دو رشته خطي در کنار هم قرار مي‌گيرند و يک مارپيچ دوتايي مي‌سازند. بعد از آن اين مارپيچ‌ها به دور پروتئينهايي به نام "هيستون" پيچيده مي‌شوند. به هر واحد DNA که به دور يک مولکول هيستون پيچيده شده يک نوکلئوزوم مي‌گوييم. نوکلئوزوم‌ها هم توسط يک رشته بلند DNA به هم وصل مي‌شوند
براي اينکه DNA باز هم فشرده تر شود، نوکلئوزوم‌ها به هم فشرده مي‌شوند و رشته هاي کروماتيني را به وجود مي‌آورند. بعد، رشته هاي کروماتيني با هم تا مي‌خورند و يک شبکه پيچ پيچ به وجود مي‌آورند. هنگام تقسيم سلول اين شبکه‌ها به صورت ساختارهايي به نام "کروموزوم" در مي‌آيند
کروموزم در فرآيند پير شدن و مرگ سلول هم نقش مهمي دارد. در نوک کروموزوم ها، بخشهاي کوچکي به نام تلومر قرار دارند. وقتي DNA يک سلول صدمه مي‌بيند، تلومرها کوتاه مي‌شوند. اگر تلومرها از حد مشخصي کوتاه تر شوند، سلول تصميم مي‌گيرد که ديگر خود را ترميم نکند و فرآيند مرگ سلولي يا آپپتوسيس (Apoptosis) آغاز مي‌شود. امروزه بسياري از دانشمندان مشغول تحقيق راجع به مکانيسم هايي هستند که تلومرها از طريق آنها باعث مرگ سلول مي‌شوند
در اين بخش، مي‌توانيد پاره اي اطلاعات ابتدايي در مورد سلولها پيدا کنيد. ما در اين قسمت شما را با ويژگي‌ها ي مشخصه سلول، انواع آن، و برخي از فرآيندهاي سلولي مانند توليد مثل و تبديل انرژي) آشنا مي‌کنيم. اگر بار اولي است که مي‌خواهيد درباره سلول مطالعه کنيد، توصيه مي‌کنيم حتما اين مطلب را بخوانيد چون براي فهم ساير قسمت‌ها بايد از بعضي اصطلاحات پايه آگاه باشيد
قبل از سلول
ايجاد سلول
اگر دوست داريد تا بدانيد که چه شرايطي لازم است تا از مولکلولهاي بالا، سلول تشکيل شوداين قسمت را بخوانيد
سلول
اين قسمت را بخوانيد تا آشنايي مختصري با سلول، انواع آن و نحوه مطالعه درباره سلولها پيدا کنيد
فعاليت هاي سلول
در اين قسمت با هم نگاهي به ويژگي هايي از سلول مي‌اندازيم که نقش مهمي در انجام فعاليتهاي عادي آن دارند
قبل از سلول
سلول اساسي ترين ساختار تشکيل دهنده موجودات زنده است. ساده ترين شکل حيات يک سلول تنهاست، و بدن جانداران پيچيده تر نيز از تعداد زيادي سلول که در کنار هم قرار گرفته اند، تشکيل شده است. هر سلول از تعدادي مولکول مختلف ساخته شده است. روزگاري اين مولکولها در کنار هم قرار گرفته اند و اولين موجود زنده کره ما را شکل داده اند.
اسيدهاي نوکلئيک
RNA و DNA هر دو در اين خانواده قرار مي‌گيرند. اين مولکولها انتقال اطلاعات از نسلي به نسل ديگر و پيام رساني درون سلول را به عهده دارند
اسيدهاي آمينه
اسيدهاي آمينه واحدهاي ساختماني تشکيل دهنده پروتئينها هستند. سلول از تعداد زيادي مولکول پروتئين ساخته شده است و اين مولکولها بسياري از فعاليتهاي سلول را انجام مي‌دهد
قندها
قند اصلي ترين منبع انرژي سلول است. در اين بخش با خواص شيميايي مولکول قند آشنا مي‌شويد
(چربي‌ها (ليپيدها
بخش عمده غشاي سلول از ليپيدها ساخته شده است. به علاوه، چربي براي ذخيره انرژي در سلول حيواني هم به کار مي‌رود
آب
اگر آب نبود، هرگز زندگي به وجود نمي آمد. اين قسمت را بخوانيد تا بفهميد چرا مولکول آب تا اين اندازه مهم است.
اسيدهاي نوکلئيک، DNA و RNA
در هسته هر سلول مولکولهايي قرار دارند که اساسي ترين اطلاعات حيات را در خود ذخيره کرده اند. اين مولکول ها،دئوکسي ريبو نوکلئيک اسيد (DNA) نام دارند. DNA از چهار نوع مولکول ساخته شده است، که به آنها " نوکلئوتيد " مي‌گوييم. اين چهار نوکلئوتيد عبارتند از: ادنين (A)، گوانين (G)، سيتوزين (C) و تيمين (T). اين مولکولها خود به دو زير گروه تقسيم مي‌شوند: ادنين و گوانين در گروه پيورين قرار مي‌گيرند و سيتوزين و تيمين در گروه پيريميدين جاي داده مي‌شوند. هنگام سنتز (ساخته شدن) مولکول DNA،نوکلئوتيدها به اسيدهاي نوکلئيک تبديل مي‌شوند که بعدا به هم متصل مي‌شوند و رشته هاي DNA را مي‌سازند. در نهايت يک مارپيچ دوتايي ساخته مي‌شود
نوکلئوتيدها حلقه هاي مسطحي دارند که اندازه آنها بين 3 تا 4 آنگستروم ( هر آنگستروم 10-10 متر است.) مي‌باشد. وقتي مارپيچ دوتايي تشکيل مي‌شود، مولکولهاي A با مولکولهاي T رشته مقابل و مولکول G با مولکول C رشته روبه رو پيوند هيدروژني برقرار مي‌کنند و جفت هاي قليايي ايجاد مي‌شود. اين جفت هاي قليايي باعث مي‌شوند که مارپيچ پايدار باقي بماند. تصاويري که با استفاده از اشعه X از مولکول DNA گرفته شده است، نشان مي‌دهد که در هر دور از مارپيچ 10 جفت قليايي وجود دارد
مدل مارپيچي مي‌تواند نحوه رونويسي از مولکول DNA در هنگام تقسيم سلول را نيز توجيه کند. جيمز واتسون وقتي اين مدل را ارائه کرد، آن را " مدل خوش نما " ناميد، چون معتقد بود که هر کس اين مدل را ببيند مي‌تواند به راحتي نحوه رونويسي از آن را نيز بفهمد. در هنگام تقسيم سلول، بايد نسخه مشابهي از DNA تهيه شود تا در سلولهاي جديد قرار گيرد. اين فرآيند اصطلاحا "رونويسي" ناميده مي‌شوند
براي انجام اين کار، اتصالات هيدروژني بين نوکلئوتيدها باز مي‌شود و در نتيجه دو رشته مارپيچ از هم باز مي‌شوند. سپس هر يک از اين رشته‌ها به عنوان پايه اي براي ساخت رشته مقابل استفاده مي‌شود. به اين ترتيب دو مارپيچ کاملا يکسان DNA ساخته مي‌شوند و هر کدام از آنها در يکي از دو سلول نوزاد قرار مي‌گيرد. چون در هر بار رونويسي، نيمي از مولکول DNA قبلي حفظ مي‌شود، مي‌گوييم رونويسي DNA، نيمه پايستار است
اگرچه DNA اطلاعات ژنتيکي جاندار زنده را در خود دارد، اما براي عملکرد موفق به وجود ريبونوکلئيک اسيد (RNA) نياز دارد. RNA هم مانند DNA از رشته هاي اسيد نوکلئيکي تشکيل شده که با پيوندهاي مشابهي به هم متصل شده اند؛ اما دو تفاوت عمده با DNA دارد. يکي اينکه در ساختار آن به جاي تيمين، از اوراسيل(u) استفاده شده است و دوم اينکه مارپيچي نيست و فقط از يک رشته تنها ساخته شده است.براي انجام بعضي کارها، DNA به رشته هاي RNA تبديل مي‌شود و سپس اين مولکولهاي RNA، پيغام هايي را به ريبوزوم مي‌برند. براي همين اين مولکولها را mRNA(messenger RNA) يا RNA پيغام رسان مي‌نامند. در واقع DNA با فرستادن mRNA، فرآيند پروتئين سازي را هدايت مي‌کند
اسيد هاي آمينه
اسيدهاي آمينه واحدهاي تشکيل دهنده پروتئينها هستند هر پروتئين زنجيري از اسيدهاي آمينه است که با پيوند شيميايي در کنار هم قرار گرفته اند. اين زنجير پروتئيني مي‌تواند شکل هاي فضايي مختلفي داشته باشد. همين شکل هاي متعدد به پروتئين اين قابليت را مي‌دهد که کارهاي متفاوتي را در سلول انجام دهد. در تمام اسيد هاي آمينه، يک گروه شيميايي ثابت ( که در شکل زير نشان داده شده است وجود دارد، اما باقي مولکول در اسيد آمينه هاي مختلف،متفاوت است
حدود 20 نوع اسيد آمينه در ساخت پروتئين به کار مي‌روداين اسيدها بر حسب ساختمان شيميايي به چهار گروه طبقه بندي مي‌شوند: اسيدي، بازي، قطبي بدون بار و غير قطبي
ساخته شدن پروتئين در سلول
شايد به نظر برسد که پروتئين و اسيد آمينه، ارتباطي با DNA ندارند، اما حقيقت آن است که DNA نقش مهمي در توليد پروتئين دارد. وقتي سلول مي‌خواهد يک پروتئين خاص را توليد کند، بايد ابتدا نسخه ساخت آن را پيدا کند. اين نسخه در مولکول DNA ذخيره شده است. هر ترکيب سه تايي از نوکلئوتيدها نشان دهنده يک اسيد آمينه است، مثلا CCT کد ساخت اسيد آمينه اي به نام پرولين و CGT کد ساخت ارگينين مي‌باشد. به اين ترتيب، DNA به دستور ساخت پروتئين تبديل مي‌شود
پروتئين ها
پروتئينها رشته هايي از اسيدهاي آمينه هستند که شکل هاي فضايي مختلفي دارند. پروتئين را مي‌توان به چهار دسته تقسيم کرد. هر يک از اين دسته ها، از کنار هم گذاشتن دسته قبلي ايجاد مي‌شود
پروتئين هاي اوليه - اين پروتئينها يک رشته ساده از اسيدهاي آمينه هستند
پروتئين هاي ثانويه - اگر بين چند رشته پروتئين اوليه پيوندهاي هيدروژني تشکيل شود، اين رشته‌ها پيچ مي‌خورند. در اثر اين پيچ خوردن، دو شکل جديد ايجاد مي‌شود: يکي صفحات چين خورده که " صفحات بتا " ناميده مي‌شوند و ديگري آرايش مارپيچي که اصطلاحا " مارپيچ آلفا " نام دارد
پروتئين هاي نوع سوم - از ترکيب مارپيچ‌ها و چين خوردگي هاي قبلي، پروتئين هاي کوچک کروي ايجاد مي‌شود ترکيب اين نوع تا خوردن با چين خوردگي هاي قبلي، پروتئين هاي دسته چهارم را شکل مي‌دهد
پروتئين هاي دسته چهارم - براي افزايش کارآيي پروتئين ها گاهي پروتئين هاي نوع سوم در کنار هم قرار مي‌گيرند و آرايش فضايي پيچيده اي ايجاد مي‌کنند. يک مثال معروف از اين نوع پروتئين ها، مولکول هموگلوبين است
مي دانيد اين اشکال پيچيده به چه درد مي‌خورد؟ اين اشکال باعث مي‌شود که پروتئين به عنوان گيرنده مواد مختلف عمل کند. در غشاي سلول کانال هاي پروتئيني وجود دارد که فقط به بعضي مواد اجازه عبور مي‌دهد. در مولکول هموگلوبين نيز محل هاي خاصي قرار دارد که اتم اکسيژن روي آن مي‌نشيند و همراه جريان خون مي‌رود تا به سلولهاي بدن برسد. بسياري از آنزيمها از پروتئين ساخته مي‌شوند
قندها
قندها منبع انرژي سلول هستند. ساده ترين قند - از نظر ساختار مولکولي - گلوکز است که از يک حلقه شش تايي از اتمهاي کربن تشکيل شده است. فرمول شيميايي گلوکز C6H12O6 است
گلوکز اصلي ترين منبع غذايي سلول هاست. قندهاي بزرگتر هم پيش از آنکه به مصرف سلول برسند، هضم مي‌شوند و به صورت گلوکز درمي آيند. واکنش شيميايي که منجر به آزاد شدن انرژي از گلوکز مي‌شود، به صورت زير است
C6H12O6+6O2 ? 6CO2 + 6H2O +انرژي
مولکول هاي قند بزرگتر، براي ذخيره انرژي در سلول به کار مي‌روند. اين مولکولهاي بزرگ "پلي ساکاريد" ناميده مي‌شوند و از قرار گرفتن تعداد زيادي گلوکز در کنار هم ساخته مي‌شوند. در سلولهاي جانوري پلي ساکاريدي به نام گليکوژن ذخيره انرژي را به عهده دارد. سلولهاي گياهي انرژي خود را در مولکولهاي نشاسته ذخيره مي‌کنند
چربي ها
چربي‌ها وظايف مختلفي را در سلول بر عهده دارند. چربي گاهي براي ذخيره انرژي به کار مي‌رود. در ديواره سلول هم مولکول هاي ليپيد به کار رفته است. چربي‌ها از واحدهاي ساختماني کوچکتري به نام اسيد چرب تشکيل شده اند. هر مولکول اسيد چرب از دو قسمت تشکيل شده است: يک زنجير هيدروکربني بلند و يک گروه اسيدي کربوکسيليک. زنجير هيدروکربني آب گريز است و سر اسيدي مولکول، آب دوست
اسيدهاي چرب منابع غذايي بسيار خوبي هستند. انرژي اي که از يک مولکول اسيد چرب به دست مي‌آيد، تقريبا دو برابر انرژي حاصل از مولکول گلوکز است
مهم ترين ويژگي اسيدهاي چرب اينست که مي‌توانند در کنار هم قرار گيرند و يک لايه دو جداره را ايجاد کنند. اين لايه غير تراوا است، يعني اجازه نمي دهد که مواد بدون کنترل از آن عبور کنند. همين لايه است که غشاي سلول را مي‌سازد و مرز سلول با محيط اطرافش را مشخص مي‌کند
خاصيت آب گريزي اين غشاي ليپيدي باعث مي‌شود که انتقال مولکولهاي محلول در چربي‌ها آسان شود
آب
اگر آب نبود، زندگي روي زمين به وجود نمي آمد. مولکول آب از يک اتم اکسيژن و دو اتم هيدروژن تشکيل شده است شکل مولکول آب تقريبا شبيه سر ميکي موس است
با اينکه مولکول آب، ترکيب شيميايي ساده اي دارد ويژگي هاي آن باعث شده که اثر زيادي در زندگي جانداران داشته باشد. مولکول آب قطبي است، يعني يک سر آن بار مثبت و طرف ديگر آن بار منفي دارد. همان طور که در شکل مي‌بيني، اتم هاي هيدروژن بار مثبت و مولکول آب بار منفي دارد. وقتي چند مولکول آب در کنار هم قرار بگيرند، سر منفي يکي در کنار سر مثبت ديگري قرار مي‌گيرد و اين مولکولها با پيوند هيدروژني در کنار هم قرار مي‌گيرند
قطبيت مولکول آب، باعث مي‌شود که ساير مولکول هاي در تماس با آن دو رفتار داشته باشند. دسته اي از آنها آب دوست هستند، يعني به راحتي جذب مولکولهاي آب مي‌شوند. دسته اي ديگر آب گريز هستند و در آب حل نمي شوند. پس بعضي از مولکولها در آب حل مي‌شوند ولي باقي آنها نمي توانند وارد سلول نشوند، اما وقتي مولکولهاي آب گريز در يک محلول آبي قرار گيرند، دور هم جمع مي‌شوند
اسمز
ويژگي ديگر آب اينست که انتقال مولکولها از طريق اسمز را آسان تر مي‌کند. يک سلول براي زنده ماندن بايد مواد غذايي را از محيط اطراف بگيرد و مواد زائد را از درون خود خارج کند. پس انتقال مواد نقش مهمي در زندگي سلولي دارد
وقتي دو محلول آبي که بين آنها يک غشاي تراوا (غشايي که مواد مي‌توانند از آن تراوش کنند.) قرار دارد، داراي غلظتهاي متفاوتي باشند، آب از محيط رقيق تر به محيط غليظ تر مي‌رود. اين فرآيند، غلظت دو ناحيه را به هم نزديک مي‌کند. در حين اين فرآيند ممکن است حجم سلول هم تغيير کند
آب گريزي مولکولها مي‌تواند آنها را در کنار هم نگهدارد وقتي دو يا چند گروه آب گريز در محاصره مولکولهاي آب باشند، نيروي دامنه بين آنها و آب و نيروي جاذبه بين آنها باعث مي‌شود که اين مولکولها در کنار هم جمع شوند و مانند يک بسته در کنار هم قرار گيرند. به شکل زير نگاه کنيد. شش ضلعي هاي قرمز مولکولهاي آب گريز هستند و دايره هاي آبي، مولکولهاي آب را نشان مي‌دهند
منشا حيات: ايجاد اولين سلول
آن روزها اوضاع چطور بود؟
در ابتدا اکسيژن آزاد موجود در جو کم بود. ازن هم نبود که تابش ماوراء بنفش آفتاب را جذب کند. اين شرايط باعث شد که اولين مولکولهاي آلي ساده تشکيل شوند. آزمايشهايي که در شرايط مشابهي در لابراتورها انجام شده، نشان مي‌دهد که امکان شکل گيري مولکولهاي آلي در اين شرايط بسيار بالاست. اگر گازهايي مثل CO2، CH4، NH3 و H2 را به همراه آب حرارت دهيم و سپس با تابش ماوراء بنفش به آنها انرژي بدهيم، مولکولها با هم واکنش مي‌دهند و مواد آلي ايجاد مي‌کنند. جالب است که اين مواد، همانهايي هستند که اساسي ترين مواد درون سلول هستند، يعني اسيدهاي آمينه، نوکلئوتيدها، قند و اسيدهاي چرب
مولکولهاي نوکلئوتيد، مي‌توانند تکثير شوند
اسيدهاي نوکلئيک و اسيدهاي آمينه در کنار هم قرار گيرند و مولکولهاي بلندي تشکيل دهند. مولکول بزرگ حاصل از اسيدهاي آمينه، پلي پپتيد و مولکول حاصل از اسيدهاي نوکلئيک، پلي نوکلئوتيد ناميده مي‌شود. اين مولکولها مي‌توانند فرآيند سنتز خودشان را هدايت کنند. سنتز يعني ساخت يک ماده شيميايي. براي مثال، يک پلي نوکلئوتيد در شرايط مناسب، پايه اي براي ساخت يک مولکول مشابه ديگر خواهد بود
اما براي اينکه يک مولکول پلي نوکلئوتيد از روي ديگري ساخته شود، حضور کاتاليزورهاي پروتئيني آنزيم ها ضروري است، چون اين روند بسيار کند است. در زمانهاي دور، چنين مولکولهايي وجود نداشت؛ در عوض يونهاي فلزي و مواد معدني نقش کاتاليزور را ايفا کردند. با گذشت زمان به مرور پلي نوکلئوتيدهاي بيشتري ايجاد شد
انتخاب طبيعت دست به کار مي‌شود
وقتي يک پلي نوکلئوتيد با رونويسي از يک مولکول مشابه ايجاد مي‌شود، امکان اشتباه نيز هست. هر يک از اين اشتباهها باعث تغيير ساختار مولکول جديد مي‌شود. پس همه پلي نوکلئوتيدهاي توليد شده مثل هم نيستند و خواص متفاوتي دارند. وقتي اين مولکولها در شرايط مختلف طبيعي از قبيل دماهاي بالا، اسيدها، قلياها و مواد شيميايي، تابش نور و ... قرار مي‌گيرند، عده اي از آنها از بين مي‌روند و عده اي ديگر باقي مي‌مانند. در آخر، مولکولهايي باقي مي‌مانند که بهتر بتوانند خود را با شرايط محيط وفق دهند
هيچ کس مطمئن نيست که اولين سلول چگونه به وجود آمد اما اکثر دانشمندان معتقدند که روند طي شده چيزي شبيه اين بود
حدود 5/3 الي 4 بيليون سال قبل، تحول جديدي ايجاد شد زنجيرهاي مختلف نوکلئوتيدي به دنبال منابع بيشتري بودند تا هر کدام تکثير خود را سرعت دهند. براي اين کار ديگر نمي شد به کاتاليزورهاي قبلي اکتفا کرد. پس هر پلي نوکلئوتيدها شروع به توليد پلي پپتيدهايي کرد که فرآيند تکثير از روي خودش را تسريع کند. نمي دانيم اين تغيير و تحول چگونه ايجاد شد و چطور مولکول هاي نوکلئوتيدي اين توانايي را يافتند که سنتز پلي پپتيدها را کنترل کنند، اما اين اساسي ترين قدم به سمت ايجاد اولين سلول بود
اولين سلول
براي اينکه تکثير پلي نوکلئوتيدها به کمک پلي پپتيد با اطمينان بيشتري انجام شود، بايد پلي نوکلئوتيد جديد به همراه آنزيم هاي مورد نياز آن در يک محيط مناسب و بسته قرار مي‌گرفت. اين همان چيزي است که ما امروز هم مي‌بينيم. کار غشاي سلول اينست که اطراف اندامهاي سلولي را فراگيرد و از آنها محافظت کند. از آنجايي که مواد شيميايي نمي توانند به راحتي وارد اين محيط شوند، امکان کنترل واکنش هاي شيميايي درون سلول وجود دارد. شايد اولين غشاي سلولي به طور کاملا اتفاقي از کنار هم قرار گرفتن چند مولکول فسفوليپيد (چربي هايي که فسفر هم در مولکولشان وجود دارد) شکل گرفت. شايد هم حقيقت چيز ديگري باشد
سلولهاي گوناگون
دو طبقه اصلي وجود دارد. پروکاريوت و يوکاريوت. اين دو خانواده نه تنها از نظر ظاهري با هم اختلاف دارند، بلکه ساختمان، توليد مثل و متابوليسم آنها نيز متفاوت است. با اين وجود، هر سلول در يکي از پنج گروه زير قرار مي‌گيرد
مونرا، پروتيستا، پلنتا، فونگوس و انيماليا
بيشترين تفاوت بين سلولهاي دو گروه مختلف مشاهده مي‌شود. سلولهاي هر گروه مي‌توانند پروکاريوت يا يوکاريوت باشند
سلولهاي پروکاريوت
سلولهاي يوکاريوت سلولهايي که فاقد ديوار سلولي هستند "پروکاريوت"ناميده مي‌شوند، که در زبان يوناني به معناي "پيش از هستهمي‌باشد. اگر يکي از اين سلولها را زير ميکروسکوپ نگاه کنيم، تعداد اندامهاي مشخصي که در درون سلول ديده مي‌شود، اندک است. سلولهاي خانواده مونرا از قبيل باکتري‌ها و سيانوباکتري‌ها در اين گروه قرار مي‌گيرند
پروکاريوت‌ها تفاوتهاي عمده اي با يوکاريوتها دارند. هسته آنها غشا ندارد و اطلاعات ژنتيکي آنها در يک حلقه دايره اي به نام "پلاسميد" قرار دارد، و به صورت DNA کروموزومي نيست. سلول باکتري‌ها بسيار کوچک است. قطر آنها 1 الي 2 ميکرومتر و طول آنها 10 ميکرون است، يعني چيزي در حد ميتوکندري يک سلول حيواني. پروکاريوت‌ها به سه دسته ميله اي، کروي و مارپيچي (حلزوني) تقسيم مي‌شوند
توليد مثل آنها نيز بر خلاف يوکاريوتها داراي مراحل پيچيده نيست. براي همين مکانيسم توليد مثل آنها را "تقسيم دوتايي" مي‌نامند
باکتري‌ها کارهاي مهمي را روي کره ما بر عهده دارند. آنها در تجزيه، تخمير و حتي هضم مواد غذايي در بدن ما نقش دارند. علاوه بر اين، باکتري‌ها در بسياري از چرخه هاي غذايي روي زمين نيز موثرند، مثلا تثبيت نيتروژن توسط باکتري هايي انجام مي‌شود که در ريشه گياه زندگي مي‌کنند. اين باکتري‌ها نيتروژن را پس از طي مراحلي به مواد قابل مصرف براي گياه تبديل مي‌کنند. بر خلاف سلول هايي يوکاريوت، پريوکاريوت‌ها براي متابوليسم به اکسيژن نياز ندارند. روش هاي متابوليسم پروکاريوت‌ها مختلف است؛ حتي برخي از آنها از سولفور به جاي اکسيژن استفاده مي‌کنند
يوکاريوتها بجز گروه مونرا، در تمام چهار گروه اصلي ديگر وجود دارند. هسته آنها با يک غشا از ساير اجزاي درون سلول جدا مي‌شود. يوکاريوت در يوناني به معني "واقعا هسته اي" است. يوکاريوت در درون خود تعداد زيادي اجزاي مختلف دارند که حول هر يک از آنها را يک غشا احاطه کرده است. هر يک از اين بخشها انجام وظيفه مشخصي را بر عهده دارند، مثلا ميتوکندري يا کلروپلاست، فعاليتهاي متابوليک و تبديل انرژي در سلول را انجام مي‌دهند. در بخش اجزاي سلول کار تک تک اين اندامها را شرح داده ايم
يک دسته مهم از يوکاريوت ها، سلول هاي گياهي هستند. سلول هاي گياهي تمامي ويژگي هاي يوکاريوت هاي ديگر را دارند، اما سه ساختار خاص خود دارند که در ساير اعضاي اين گروه وجود ندارند: پلاستيد، ديواره سلولي و واکوئل
مطالعه سلولها
گلها، درختان، مردم، حشرات، پرندگان و ... چيزهايي است که همه ما هر روز سر راه خود مي‌بينيم. با اينکه هم اينها از سلول ساخته شده اند، به زحمت مي‌توان سلولهاي آنها را ديد
سلولها خيلي کوچکند. يک سلول جانوري بين 10 تا 20 ميکرون قطر دارد، يعني پنج بار کوچکتر از کوچکترين ذره اي که شما مي‌توانيد با چشم خود ببينيد. همين کوچکي سلول باعث شد تا زمان اختراع ميکروسکوپ نوري، هيچ کس نفهمد که همه جانداران از سلول ساخته شده اند
در سال 1665، رابرت هوک با يک ميکروسکوپ نوري به تراشه هاي نازک چوب پنبه نگاه کرد. او تصويري شبيه شکل زير ديد. او هر يک از اين بخشهاي کوچک را يک سلول ناميد، چون او را به ياد سلول هاي زندان مي‌انداخت. چوب پنبه در واقع تعداد زيادي سلول گياهي مرده است که فقط جداره آنها باقي مانده است. هوک اولين کسي بود که سلول را ديد
هر چه ابزارها و روش‌ها پيشرفت کرد، تصاوير بهتري به دست آمد
ميکروسکوپ نوري
با ميکروسکوپ نوري مي‌توان سلول را مشاهده کرد، اما از نور براي بزرگنمايي استفاده مي‌شود. اجزايي از سلول کوچکتر از 500 نانومتر باشند به وضوح ديده نمي شوند. با ميکروسکوپ مي‌توان اندامهاي اصلي سلول مانند هسته و ميتوکندري را مشاهده کرد. معمولا براي اينکه تصاوير بهتري به دست آيد، اين اندامها را به مواد رنگي آغشته مي‌کنند
امروز براي مشاهده سلولها، ابتدا آنها را با مواد فلورسنت رنگ مي‌کنند و سپس با ميکروسکوپ فلورسنت آنها را مي‌بينند. با استفاده از اين ميکروسکپها مي‌توان حتي پروتئينها را هم ديد
ميکروسکوپ الکتروني
در دهه 1940 اولين ميکروسکوپ هاي الکتروني ساخته شد و دانشمندان توانستند پيچيدگي هاي درون سلول را به خوبي مشاهده کنند. در اين ميکروسکوپها به جاي نور، از الکترونها استفاده مي‌شود. چون طول موج الکترونها کمتر از نور است، تصاوير بزرگنمايي بسيار خوبي دارند و حتي مي‌توان ذراتي با ابعاد 0.1 نانومتر را به خوبي ديد. اما الکترون قدرت نفوذ خيلي بالايي ندارد و بايد نمونه هاي ريزي با ابعاد 50 تا 100 نانومتر بسازيم. پس آماده کردن نمونه براي اين ميکروسکوپها کار ساده اي نيست. وضوح بالا آن، اين امکان را به ما مي‌دهد که تصاوير سه بعدي تهيه کنيم
با ميکروسکوپ الکتروني دو نوع تصوير مي‌توان تهيه کرد SEM و TEM. در SEM الکترونها را پس از انعکاس از سطح شي به يک گيرنده مي‌فرستند. اين کار در دفعات متعدد و براي لايه هاي مختلف نمونه انجام مي‌شود و سپس با ترکيب اين داده ها، يک تصوير سه بعدي به دست مي‌آيد. در TEM الکترونها از نمونه عبور مي‌کنند و به گيرنده مي‌رسند. SEM براي مشاهده سطح اشياء و TEM براي مشاهده عمق نمونه‌ها به کار مي‌رود. در شکل زير SEM، TEM و يک ميکروسکوپ نوري با هم مقايسه شده است
کريستالوگرافي با اشعه X
براي اينکه بتوانيم اجزاي کوچکتر سلول مانند پروتئينها را ببينيم از اين روش استفاده کنيم
اشعه X به کريستالها تابانده مي‌شود و پراش پيدا مي‌کند.نور پراش پيدا کرده، جمع آوري مي‌شود و با استفاده از آن تصويري از آرايش اتمهاي مولکول به دست آيد
توليد تصاوير در اين روش کار بسيار مشکل و پيچيده اي است. دشوارترين و طولاني ترين مرحله کار، تهيه نمونه هايي کريستالي است که براي اين کار مناسب باشند. گاهي کشف ساختار يک پروتئين، چندين ماه طول مي‌کشد. با وجود اين همه مشکلات، اين روش يکي از تکنيکهايي است که اکنون به طور گسترده براي روش کردن ساختمان پروتئينها استفاده مي‌شود
فعاليتهاي سلول
سلولها طول زمان تکامل پيدا کرده اند و ساختاراي پيچيده بسياري در آنها ايجاد شده است. هر يک از اين اجزا با هدف خاصي به وجود آمده اند. هر يک از اين اندامها را مي‌توان شبيه قسمتي از يک اتومبيل در نظر گرفت. درست است که هر کدام از آنها بايد کار خود را به خوبي انجام دهد، اما براي حرکت خوب اين ماشين لازم است تا هماهنگي کاملي بين اجزا وجود داشته باشد. هدف نهايي اين همکاري، ادامه بقاي سلول است
چند فعاليت اساسي هست که هر سلولي بايد بتواند انجام دهد: انتقال مولکولها، توليد مثل و تبديل انرژي.
يکي از موضوعات صفحات بعد را انتخاب کنيد تا درباره فعاليت هاي مختلف سلول بيشتر بياموزيد. توصيه ما اينست که ابتدا بخش "زندگي چيست؟" را مطالعه کنيد.
زندگي چيست؟
چه ويژگي هايي باعث مي‌شود که ما موجودات زنده را از اشياء تفکيک کنيم؟ تعريف ما از زنده بودن چيست؟
انتقال مولکولي
سلول بايد مواد غذايي و مولکولهاي مختلف را با محيط خود مبادله کند تا زنده بماند. در اين قسمت با شيوه انتقال مواد مختلف آشنا خواهيد شد.
توليد مثل
زنده ماندن کافي نيست، سلول بايد بتواند سلولهاي جديدي توليد کند تا تداوم گونه خود را تضمين کند. در اين قسمت مراحل مختلف اين کار را براي شما شرح مي‌دهيم.
متابوليسم سلول
سلول براي انجام فعاليت هاي خود به انرژي نياز دارد. اما مکانيسم توليد اين انرژي چيست؟
زندگي چيست
جواب دادن به اين سوال کار ساده اي نيست. براي اينکه پاسخ را بيابيم، بياييد با هم ويژگي‌ها مشترک موجوداتي را که مي‌گوييم زنده اند، مرور کنيم
همه آنها از سلول ساخته شده اند. بعضي‌ها مانند باکتري، فقط يک سلول دارند و بعضي ديگر از تعداد زيادي سلول ساخته شده اند، مثل خود ما. در موجودات پيچيده تر تعدادي از سلولها در کنار هم قرار گرفته اند و به کمک هم يک وظيفه خاص را انجام مي‌هند. همه سلولها داراي مولکول DNA خاصي هستند که بين تمام سلولهاي آن گونه مشترک است اما با ساير گونه‌ها اختلاف دارند. DNA تمام اطلاعات لازم براي توليد پروتئينها و ساير موادي را که براي ادامه بقا و توليد مثل سلول ضروري است، در خود دارد. سلول براي زنده ماندن به انرژي نياز دارد. بعضي از آنها فتوسنتز مي‌کنند، يعني انرژي خود را از نور خورشيد به دست مي‌آورند. به مجموعه واکنش هاي شيميايي که براي تامين انرژي سلول صورت مي‌گيرد، متابوليسم مي‌گوييم
علاوه بر اين همه موجودات زنده مي‌توانند توليد مثل کنند. دو نوع توليد مثل در بين جانداران ديده مي‌شود. اولي توليد مثل غير جنسي، که در آن موجود جديد فقط از يک والد به وجود مي‌آيد، مثلا يک باکتري به دو قسمت تقسيم مي‌شود و موجودي مانند خود ايجاد مي‌کند. دوم توليد مثل جنسي که بيشتر در موجودات پيچيده تر ديده مي‌شود. در اين روش، اولين سلول موجود جديد از ترکيب دو سلول جنسي (گامتپديد مي‌آيد که هر کدام از بدن يکي از والدين آمده است. اين کار باعث مي‌شود که فرزند تلفيقي از ويژگي هاي والدين را به ارث ببرد. اين يعني تنوع بيشتر، پس موجوداتي که توليد مثل جنسي دارند در صورت تغيير شرايط محيطي، امکان سازگاري بيشتري دارند
در توليد مثل غير جنسي، تمام نسلها شبيه هم هستند و نقاط ضعف و قوت يکساني دارند. اگر شرايط سختي پيش بيايد، ممکن است همه افراد آن نسل از بين بروند و آن گونه منقرض شود. " جهش ژنتيکي " نيز پديده اي است که گاهي به سود موجودات زنده منجر مي‌شود. جهش يعني تغييراتي که يا در اثر اشتباه در زمان توليد مثل و يا در عوامل خارجي مانند تابش نور ماوراء بنفش، در ساختمان DNA صورت مي‌گيرد.
جهش گاهي مفيد است، گاهي مضر و بعضي وقت‌ها بي اثر. اگر جهش ايجاد شده به نحوي باشد که سازگاري موجود با شرايط محيطي مختلف را بيشتر کند، آن موجود مي‌تواند در شرايط دشوار هم زنده بماند و ويژگي هاي ژنتيکي خود را به نسل بعدي منتقل کند. با گذشت زمان، تعداد افرادي که ويژگي حاصل از جهش را به ارث مي‌برند، زياد مي‌شود. اين فرآيند، تکامل ناميده مي‌شود. ساير افرادي که اين ويژگي را به ارث نبرده اند، کم مي‌شود و حتي گاهي از بين مي‌روند
به خاطر داشته باشيد که همواره موجوادت براي استفاده از منابع غذايي مشترک با هم رقابت مي‌کنند و آن کسي که ضعيف تر است شانس کمتري براي زنده ماندن دارد. اين روند تکاملي و انقراض در طول ساليان دراز باعث شده که تنوع زيستي فراواني روي زمين ايجاد شود
انتقال مولکولها
در سلول، مواد مختلف به دو روش منتقل مي‌شوند: انتقال فعال و انتقال غير فعال. مولکولهاي کوچک مانند اکسيژن،اتانول و دي اکسيد کربن مي‌توانند به آساني از غشاي سلول عبور کنند. اگر غلظت اين مولکولها در فضاي درون سلول تفاوت زيادي با بيرون داشته باشد، مولکولها از غشاء عبور مي‌کنند و به طرف مقابل مي‌روند تا تفاوت غلظت‌ها کاهش پيدا کند. اين فرآيند، همان انتقال غير فعال است. دليل اين نام گذاري آنست که براي انجام آن انرژي صرف نمي شود. اما براي انتقال مولکولهاي بزرگ مانند پروتئين ها، پلي نوکلئوتيدها و پلي ساکاريدها بايد از روش ديگري استفاده شود. انتقال اين مولکولها نياز به انرژي دارد و انتقال فعال ناميده مي‌شود. اگر انتقال فعال مواد، آنها را به درون سلول بياوريد، به آن "اندوسيتوز" مي‌گوييم و اگر مواد را از سلول خارج کند، "اگزوسيتوز"
اگزوسيتوز
وقتي قرار است مولکولهاي بزرگ از سلول خارج شوند، اول در يک آبدانه بسته بندي مي‌شوند. آبدانه به سمت غشاء حرکت مي‌کند و با بخشهاي خاصي از غشاء که مي‌توانند با آن جفت شوند، ترکيب مي‌شوند. آبدانه جزيي از غشا مي‌شود و مواد درون آن در فضاي خارج رها مي‌شوند. فرض کنيد يک پروتئين در سلول ساخته شده و بايد به خارج سلول منتقل شود. اين پروتئين به دستگاه گلژي مي‌رود. دستگاه گلژي پروتئين هاي توليده شده را در چند آبدانه بسته بندي مي‌کند. اين بسته‌ها به طرف غشاي سلول مي‌رود. بسته جذب غشا مي‌شود و مواد درون آن به بيرون مي‌ريزند.
بعضي از مواد به طور مداوم توسط سلول ترشخ مي‌شوند، اما بعضي ديگر فقط گاهي ساخته مي‌شوند. براي کنترل ترشح اين مواد، آبدانه هاي خاصي وجود دارند که با يک سيگنال خارجي تحريک مي‌شوند و مواد درون خود را رها مي‌کنند. اين سيگنال، که مثلاً مي‌تواند يک هورمون باشد، روي گيرنده هاي خاصي در جداره خارجي سلول مي‌نشيند. اين کار باعث مي‌شود غلظت يونهاي آزاد کلسيم در سلول زياد شود . افزايش غلظت يون کلسيم، سرعت ترکيب آبدانه‌ها با غشاي سلول را بيشتر مي‌کند. به اين ترتيب اگزوسيتوز در تسريع مي‌شود و ماده مورد نظر به طور مداوم ترشح خواهد شد.
اندوسيتوز
به طور کلي دو نوع اندوسيتوز وجود دارد، پينوسيتوز و فاگوسيتوز. پينوسيتوز به معني قورت دادن مولکولهاي کوچک يا مايعاتي است که اطراف سلول وجود دارد. فاگوسيتوز يعني خوردن مولکولها و ذرات بزرگ مثل ميکروارگانيسم ها، اجزاي سلولهاي مرده و ... .
يوکاريوتها در بيشتر مواقع مشغول خوردن مايعات و مولکولهاي اطراف خود هستند. آنها در هنگام اين کار بخشي از غشاي سلول خود را هم بين مي‌برند. مثلا سلولهاي ماکروفاژ (سلولهاي ايمني بدن که ميکروبها را مي‌خورند.) در هر دقيقه %3 از غشاي خود را هضم مي‌کنند، يعني بايد بعد از گذشت يک و نيم ساعت، کل غشاي آنها از بين برود! واضح است که اين اتفاق نمي افتد. سلول اگزوسيتوز انجام مي‌دهد تا جداره اش تقريبا با همان سرعت بزرگ شود و از بين نرود.
اگر لازم باشد تا سلول، مولکول خاصي را به طور انتخابي جذب کند، اندوسيتوز با روش ديگري انجام مي‌شود. معمولا گيرنده هاي خاصي روي غشا وجود دارند که جذب اين مواد از طريق آنها صورت مي‌گيرد.
مولکول مورد نظر به سطح اين گيرنده‌ها مي‌آيد و به سادگي وارد سلول مي‌شود. سرعت جذب در اين روش بسيار بيشتر از اندوسيتوز معمولي است. ليپوپروتئين هاي سبک (LDL) از همين طريق جذب مي‌شوند.
وقتي سلول بخواهد غشاي خود را بيشتر کند به کلسترول احتياج دارد. کلسترول هم يکي از LDLها است. سلول تعدادي گيرنده LDL مي‌سازد و آنها را روي غشاي خود قرار مي‌دهد. LDL با سرعت زياد وارد سلول مي‌شود و سلول مي‌تواند غشاي جديد بسازد. بعضي از مردم داراي ژني هستند که نمي گذارند گيرنده هاي LDL توليد شوند. آنها نمي توانند LDL موجود در خون را جذب کنند و در نتيجه ميزان کلسترول خون آنها بالا مي‌رود. همين باعث مي‌شود. همين باعث مي‌شود که عده زيادي از اين افراد، حتي در جواني به بيماري قلبي مبتلا شوند و جان خود را از دست بدهند.
اگر دوست داريد تا يک مدلسازي در اين مورد ببينيد، اينجا کليک کنيد.
فاگوسيتوز
گلبولهاي سفيد خون معمولا با فاگوسيتوز، ذرات بيگانه موجود در جريان خون را از بين مي‌برند. آنها حتي مي‌توانند سلولهاي هم اندازه خود را به راحتي ببلعند. ذره يا سلول بيگانه به گيرنده هاي سطح اين سلولها مي‌چسبد و سپس گلبول سفيد آن را به درون خود مي‌کشد و جذب مي‌کند.
توليد مثل
يکي از اساسي ترين هدفهاي تمام موجودات زنده، توليد مثل است. توليد مثل به سلول کمک مي‌کند جمعيت گونه خود را افزايش دهد و امکان رقابت بيشتري داشته باشد. به علاوه، توليد مثل جنسي به ايجاد تنوع ژنتيکي در يک گونه منجر مي‌شود که مي‌تواند در دراز مدت به سود آن تيره بينجامد.
سلولها دو نوع توليد مثل دارند "ميتوز و ميوز". سلولي که از تقسيم ميتوز به وجود مي‌آيد، کاملا شبيه سلول والد است. بيشتر سلولهاي بدن تقسيم ميتوز انجام مي‌دهند. تقسيم ميوز براي توليد سلولهاي جنسي (گامت) صورت مي‌گيرد. سلولهاي نوزاد حاصل از ميوز، اطلاعات ژنتيکي متفاوتي دارند. اين تقسيم به جانداران کمک مي‌کند تا با شرايط محيطي مختلف وفق پيدا کنند
متابوليسم سلولي
سلول براي فعاليت هاي روزانه خود، بايد دهها هزار واکنش شيميايي را کنترل کند. کنترل و انجام اين واکنشها به انرژي نياز دارد. اين انرژي از کجا تأمين مي‌شود؟ سلولها از ابتداي آغاز حيات تا کنون، سيستم هاي متابوليکي خود را بهبود داده اند و امروز مکانيسم هاي بسيار پيچيده و متعددي دارند. گياهان انرژي خود را با فتوسنتز تأمين مي‌کنند، حال آنکه سلولهاي جانوري انرژي مورد نياز خودرا از تنفس به دست مي‌آورند. اگر چه مکانيسم عمل سلولهاي مختلف متفاوت است، اما هدف نهايي تمام آنها ساختن مولکول هاي ATP است. در اين بخش شما را با مولکول ATP و روش هاي به دست آوردن انرژي در سلولها آشنا مي‌کنيم.
ATP
ATP منبع انرژي سلول هاست. ولي چه چيز باعث شده که اين مولکول براي اين کار انتخاب شود؟
فتوسنتز
گياهان با فتوسنتز، از آب، دي اکسيد کربن و نور خورشيد قند مي‌سازند. در اين فرآيند ATP نيز توليد مي‌شود. اينجا را بخوانيد تا بفهميد اين کار چطور انجام مي‌شود.
ATP
ATP ادنوزين تري فسفات
ATP هم يک مولکول نوکلئوتيد است. ولي يک تفاوت اساسي با ساير نوکلئوتيدها دارد و آن اينست که به طور گسترده براي انتقال و ذخيره انرژي شيميايي سلول به کار مي‌رود. ATP ، يک مولکول ادنين است که سه گروه فسفات به آن متصل شده اند. پيوندي که مولکولهاي فسفات را به ادنين وصل مي‌کند، انرژي بسيار بالايي دارد. پيوند دو گروه از اين سه گروه فسفات، به سادگي شکسته مي‌شود و انرژي آزاد مي‌کند. اين دو گروه در طي فرآيندهايي مانند تنفس، دوباره از طريق پيوند کووالانسي به مولکول متصل مي‌شوند. انرژي حاصل از ATP براي فعاليت هاي مختلف سلول از قبيل انتقال فعال، سنتز پروتئين و .. به کار مي‌رود.
مولکول ATP به کمک آب، تجزيه مي‌شود (هيدروليز) و ادنوزين دي فسفات (ADP) ، فسفات غير آلي، و انرژي به دست مي‌آيد. اين واکنش مي‌تواند باز هم ادامه پيدا کند تا ادنوزين مونو فسفات (AMP) ، فسفر و انرژي حاصل شوند. فسفر آزاد شده در سلول نگهداري مي‌شود و هنگام تبديل مجدد AMP به ATP مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مولکول ATP در يک سري واکنش شيميايي موسوم به فسفريلاسيون اکسيداتيو ساخته مي‌شود فتوسنتز
سلولهاي گياهي با استفاده از کلروفيل و از راه فتوسنتز، انرژي خود را تأمين مي‌کنند. فتوسنتز دو مرحله دارد. مرحله اول شامل دو سيستم نوري است و مرحله دوم يک چرخه تثبيت کربن که اصطلاحاً سيکل کالوين ناميده مي‌شود. در اين فرآيند، گياه نور خورشيد، آب و CO2 را به گلوکز و ATP تبديل مي‌کند. اکسيژن هم که محصول جانبي اين واکنش است، وارد جو مي‌شود. اين توانايي گياهان نه تنها منابع گلوکز مورد استفاده بسياري از سلولهاي جانوري را تأمين مي‌کند، بلکه در توليد اکسيژن براي تنفس آنها نيز نقش دارد. واکنش فتوسنتز را مي‌توان به صورت زير خلاصه کرد
6 CO2+ 12 H2O + Light ? 6 H2O +C6H12O6+ 6 O2
اجزاي سلول
سلولها براي اينکه بتوانند کارهاي خود را به خوبي انجام دهند به نحوي تکامل پيدا کرده اند که داراي اندامهاي مختلفي باشند. هر يک از اين بخشها براي انجام وظيفه خاصي تکامل پيدا کرده است. مثلا هسته مرکز اطلاعات ژنتيکي است و اسکلت سلولي حفاظت از سلول را به عهده دارد. مي‌خواهيم با هم به درون سلول سفر کنيم و با کار اجزاي مختلف آن آشنا شويم
غشاي سلول
غشا در ابتدا ديواره ساده اي بود که سلول را از محيط اطرافش جدا مي‌کرد، اما به مرور زمان تکامل پيدا کرد. بر روي سطح غشا تعداد زيادي گيرنده براي مواد مختلف ايجاد شده است
ديواره سلولي
در سلولهاي گياهي، يک جدار سخت اطراف سلول را فرا گرفته است. اين جداره باعث استحکام بيشتر سلول مي‌شود.
سيتوپلاسم
بيشتر اجزاي سلول در اين قسمت قرار دارند. براي اين که کارها درست انجام شود، آنها مدام به هم پيام مي‌فرستند.
هسته
هسته مرکز کنترل تمام فعاليتهاي درون سلول است. تمام اطلاعات ژنتيکي در اين بخش ذخيره شده اند
غشاي سلول
چرا چربي؟
سلول هاي گياهي يک ديواره سلولي سخت و محکم دارند،اما غشاي سلولهاي جانوري يک لايه دوجداره منعطف از چربي است. چربي هايي که غشا را مي‌سازند، يک سر آب دوست دارند و دو دم آب گريز. اگر چربي در محلول آبي قرار داشته باشد، مولکولهاي چربي طوري قرار مي‌گيرند که دم هاي آنها در کنار هم باشد و سرهاي آب دوست آنها رو به بيرون قرار گيرد. پس اگر غشايي از چربي ساخته شود يک خاصيت فوق العاده خواهد داشت. اگر اين غشا پاره شود، دو قسمت باقيمانده خود بخود به هم متصل مي‌شوند و غشا ترميم مي‌شود. چربي‌ها به سه دسته طبقه بندي مي‌شوند: فسفو ليپيدها، کلسترول و گليکولپيدها. اين سه نوع چربي با نسبتهاي متفاوت در تمام غشاها ديده مي‌شوند.
نقش پروتئين ها
پروتئين هاي مختلفي بر روي غشا قرار دارند. بعضي از آنها در طول لايه فسفوليپيد گسترده شده اند و برخي ديگر فقط در يک ناحيه مانند يک کانال از عرض غشا عبور کرده اند. اين پروتئينها کارهاي مختلفي انجام مي‌دهند. بعضي از آنها گيرنده مواد، بعضي ديگر آنزيم و عده اي نيز آنتي ژن هستند. بسياري از اين پروتئينها هم نواحي آب دوست دارند و هم گروههاي آب گريز. گروههاي آب گريز مانند يک لنگر عمل مي‌کنند و اتصال بين پروتئين و چربي را محکم مي‌کنند گروه هاي آب دوست نيز به انتقال مواد کمک مي‌کنند.
انتقال مولکولهاي کوچک
چون لايه مياني غشا آب گريز است، مولکولهاي قطبي نمي توانند وارد سلول شوند. براي انتقال مولکولهاي قطبي راههاي مختلفي وجود دارد. پروتئين هاي مختلفي روي غشا هست که هر کدام وظيفه انتقال مولکولهاي خاصي را بعهده دارند. عده اي از اين پروتئينها کانال هاي يک طرفه هستند، يعني فقط مي‌توانند مواد را در يک جهت منتقل کنند. بعضي ديگر سيستم cotransport دارند، يعني دو ماده را با هم منتقل مي‌کنند. ممکن است دو ماده هر دو در يک جهت منتقل شوند يا اينکه در دو جهت مخالف جابجا شوند. اين پروتئينها به شيوه غيرفعال عمل مي‌کنند، پس سلولها براي اين انتقال‌ها انرژي مصرف نمي کند. مواد در دو جهت طبيعي جابجا مي‌شوند، از ناحيه غليظ تر به ناحيه رقيق تر
کانال هاي پروتئيني به موادي اجازه عبور مي‌دهند که اندازه و بار الکتريکي خاصي داشته باشند. اين پروتئينها مانند يک قايق عمل مي‌کنند. مولکولهاي ماده روي آنها مي‌نشيند و از غشا عبور مي‌کند. اين انتقال هم در جهت طبيعي صورت مي‌گيرد. اگر سلول بخواهد ماده اي را از جايي که غلظت آن کم است به جايي که غلظت زياد است،منتقل کند بايد انرژي مصرف کند. اين روش، انتقال فعال ناميده مي‌شود
يک مثال براي انتقال فعال، پمپ سديم - پتاسيم است. اين پمپ در کنار کانال نفوذ پتاسيم قرار دارد و سلول با استفاده از اين دو پتانسيل الکتريکي غشاي خود را تنظيم مي‌کند. پمپ آنزيمي سديم - پتاسيم که با انرژي حاصل از هيدروليز ATP کار مي‌کند، سديم را به بيرون و پتاسيم را به داخل پمپ مي‌کند. غلظت پتاسيم درون سلول بيشتر مي‌شود و در خارج کاهش پيدا مي‌کند. در مورد سديم برعکس است. کانال نفوذ پتاسيم، اجازه مي‌دهد که پتاسيم به بيرون تراوش کند و اين باعث مي‌شود که لايه درون سلول بار منفي پيدا کند.
براي انتقال مولکولهاي بزرگ راههاي ديگري وجود دارد
گيرنده هاي غشا
روي غشا تعدادي گيرنده و آنتي ژن قرار دارد. مولکولهايي که بايد به آن سلول خاص برسند به گيرنده هاي سطح سلول مي‌چسبند. گيرنده در اثر چسبيدن اين مولکولها، يک ماده در درون سلول آزاد مي‌کند. آزاد شدن اين ماده رفتار سلول را تغيير مي‌دهد. به اين ترتيب يک پيغام خارجي مي‌تواند با يک واکنش از جانب سلول مواجه شود. آنتي ژن‌ها براي شناسايي بيگانه‌ها به کار مي‌روند. اگر ماده اي خارجي توسط دستگاه ايمني شناسايي شود، پيغامي به سلولهاي T فرستاده مي‌شود. اين سلولها به آن ناحيه مي‌آيند و سلول بيگانه را نابود مي‌کنند
ديواره سلولي
ديواره سلولي مهمترين تفاوت سلول هاي گياهي با ساير يوکاريوتها است. اين ديواره سخت که چندين ميکرون ضخامت دارد، باعث مي‌شود که سلول گياهي شکل ثابتي داشته باشد. بيشتر سلولها غشاي خارجي دارند، اما استحکام هيچکدام از آنها به اندازه سلولهاي گياهي نيست.
همين جداره باعث شده که تفاوت زيادي بين گياهان و جانوران بوجود بيايد، چون به گياه اجازه نمي دهد که سيستم عصبي و سيستم ايمني عمودي داشته باشد. جداره سلولي از الياف سلولز، پلي ساکاريدها و پروتئينها تشکيل شده است. وقتي سلول جوان است، جداره نازک است و چندان سخت نيست. پس اين سلولها مي‌توانند رشد کنند.
اين لايه جداره اوليه ناميده مي‌شود. وقتي سلول پير مي‌شود، لايه هاي ديگري روي اين لايه اضافه مي‌شود. ما اين لايه‌ها را لايه هاي ثانويه مي‌ناميم. پس با گذشت زمان،ضخامت ديواره زياد مي‌شود
جداره سلولها در کنار هم يک اسکلت محکم براي گياه مي‌سازد. با وجود اينکه ديواره سخت و محکم است، اما باز هم امکان ارسال پيام هاي شيميايي بين سلولها و دفع مواد زايد وجود دارد
سيتوپلاسم
يوکاريوتها تعداد زيادي اندام دارند که هر کدام از آنها وظيفه خاصي را بر عهده دارد. به جز هسته، هر چه که در فضاي سلولي قرار دارد، سيتوپلاسم ناميده مي‌شود. پس تمام اندامهاي ديگر سلول مانند ميتوکندري، شبکه اندروپلاسمي و ... در اين بخش قرار دارند. به بخشي از سيتوپلاسم که خارج از اندام هاست، "سيتوزول" مي‌گويند. سيتوزول بزرگترين بخش درون سلول است و حدود 54% حجم سلول را در بر مي‌گيرد. سيتوزول حاوي هزاران آنزيم است که براي کاتاليز کردن گلوکز، بيوسنتز، قندها، اسيدهاي چرب و اسيدهاي آمينه به کار مي‌روند. در سيتوزول مولکولها شکسته مي‌شوند تا اندامها بتوانند از آن استفاده کنند. براي مثال، قبل از شروع تنفس، گلوکز در سيتوزول شکسته مي‌شود و سپس به ميتوکندري مي‌رود
در سيتوزول يک ساختار اسکلتي به نام " اسکلت سلولي" هم وجود دارد. اين اسکلت به سلول شکل مي‌دهد و بسياري از واکنش هاي شيميايي سيتوپلاسم را سازمان دهي مي‌کندعلاوه بر اين، اسکلت سلولي به حرکت سلول نيز کمک مي‌کند
اندامهايي که در سيتوپلاسم وجود دارند، عبارتند از:
ميتوکندري
کلروپلاست
شبکه اندوپلاسمي
دستگاه گلژي
ليزوزوم
اسکلت سلولي
ريبوزوم
واکوئل
ميتوکندري
ميتوکندري چهار بخش اصلي دارد: غشاي خارجي ، فضاي بين غشايي ، غشاي داخلي و ماتريس.
غشاي خارجي
اين غشا داراي تعداد زيادي پروتئين است که به انتقال آسان مولکلول هاي بزرگ کمک مي‌کنند. علاوه بر اين در اين غشا، پروتئين هايي وجود دارد که چربي‌ها را به مواد قابل استفاده در ماتريس تبديل مي‌کند
فضاي بين غشايي
اين فضا شامل آنزيم هايي است که با مصرف ATP، ساير نوکلئوتيدها را فسفره مي‌کنند
غشاي داخلي
اين قسمت داراي پيچ و خم هاي بسيار زيادي است که باعث افزايش سطح آن مي‌شود. اين کار کمک مي‌کند تا کار بيشتري در فضاي کوچکتر انجام شود. در اين قسمت سه پروتئين اصلي وجود دارد: 1. پروتئيني که واکنش هاي اکسيداسيون زنجيره تنفسي را انجام مي‌دهد. 2. يک کمپلکس آنزيمي به نام ATP" سنتتاز " که ATP مي‌سازد. 3- پروتئين هاي انتقال دهنده که ورود و خروج مواد به ماتريس را کنترل مي‌کنند
اينجا همان جايي است که فسفريلاسيون اکسيداسيوني انجام مي‌شود.
ماتريس
سيکل کربس در اينجا اتفاق مي‌افتد. به علاوه، چندين کپي از ژنوم DNA، تعدادي ريبوزوم خاص ميتوکندري، t RNAها و آنزيم هايي که براي انجام فعاليتهاي متيوکندري ضروري است، در اين بخش قرار دارند
کلروپلاست
کلروپلاست، انجام فتوسنتز را بر عهده دارد. ساختمان کلروپلاست بسيار شبيه به ميتوکندري است. کلروپلاست شامل يک غشاي تراواي خارجي، يک غشاي داخلي که تراوايي کمتري دارد، يک فضاي بين غشايي و يک بخش داخلي است که "استروما" نام دارد. ولي کلروپلاست بزرگتر از ميتوکندري است. کلروپلاست بايد بزرگتر باشد، چون غشاي آن مانند ميتوکندري چين خورده نيست. غشاي داخلي آن هم براي زنجير انتقال الکترون به کار نمي رود. سيستم جذب نور، زنجير انتقال الکترون و ATP سنتاز بر يک غشاي سوم که تيلاکويد نام دارد، انجام مي‌شود. تيلاکويد از تعداد زيادي ديسک هاي سطح تشکيل شده است
شبکه اندوپلاسمي
شبکه اندوپلاسمي ( که آن را به اختصار ER مي‌ناميم.) توليد پروتيئن‌ها و چربي هاي تعداد زيادي از اندامهاي سلولي را بر عهده دارد. ER از چين خوردگي هاي فراواني تشکيل شده که يک غشا آنها را در برگرفته است. علاوه بر اين، ER وظيفه دارد تا پروتئينها و ساير کربوهيدارت‌ها را به دستگاه گلژي، غشاي سلول، ليزوزوم و هر جاي ديگري که لازم باشد، منتقل کند
دو نوع ER وجود دارد: نوع زبر که سطح آن با ريبوزوم‌ها پوشيده شده و نوع صاف. نوع زبر محل پروتئين سازي است. پروتئين هايي که در ER زبر ساخته مي‌شوند به ER صاف منتقل مي‌شوند
دستگاه گلژي
دستگاه گلژي داراي بخشهاي کيسه اي شکل فراواني است که با غشاهاي ليپيدي احاطه شده اند. بعلاوه تعداد زيادي آبدانه هم دارد که مواد را به غشاي سلولي منتقل مي‌کنند تا از سلول خارج شوند. تعدادي غده نيز در اين دستگاه وجود دارد که ترشح بعضي مواد خاص را بعهده دارند
گلژي مسوول کنترل ترافيک مولکولي در سلول است. تقريباً تمام مولکولها در دوره اي از زماني که در سلول هستند مجبور مي‌شوند از دستگاه گلژي بگذرند
دسته بندي پروتئينها به کمک آبدانه‌ها انجام مي‌شود. وقتي پروتئين روي گيرنده خاص خود بر روي يک آبدانه مي‌نشيند، به درون آبدانه کشيده مي‌شود و همراه آن به بيرون فرستاده مي‌شود
ليزوزوم
ليزوزوم کيسه اي حاوي آنزيم هاي مختلف است. اين آنزيمها براي هضم مولکول هاي بزرگ به کار مي‌روند. بيش از 40 آنزيم در ليزوزوم وجود دارد که از ميان آنها مي‌توان به پروتئازها، نوکلئازها و فسفوليپازها اشاره کرد. بهترين عملکرد اين آنزيمها در محيط اسيدي (PH=5) صورت مي‌گيرد.
پس اگر اين آنزيمها به سيتوپلاسم نشست کنند، آسيب چنداني نمي رسانند. اين آنزيمها در شبکه اندوپلاسمي ساخته مي‌شوند و پس از ورود به دستگاه گلژي ، توسط آبدانه‌ها به ليزوزوم منتقل مي‌شوند
اگر اين آنزيمها نباشند، به مرور مولکولهاي بزرگي که امکان هضم آنها وجود ندارد، در سيتوزول جمع مي‌شوند. اين مولکولها در فعاليت و واکنش هاي موجود در سلول اختلال ايجاد مي‌کنند و سلول با مشکل مواجه مي‌شود
اسكلت سلولي
يوکاريوتها شکلهاي متنوعي دارند. آنها مي‌توانند اندامکها و شکل خود را تغيير دهند.حتي بعضي از آنها قادرند که از محلي به محل ديگر بروند. اين کار توسط شبکه اي از رشته هاي پروتئيني موجود در سيتوپلاسم انجام مي‌شود که اسکلت سلولي نام دارند
رشته هاي پروتئيني به چند دسته تقسيم مي‌شوند که رشته هاي اکتين و ريزلوله‌ها دو دسته مهم از آنها مي‌باشند. اکتين انقباض را انجام مي‌دهد (شبيه ماهيچه) و ريزلوله‌ها استحکام ساختماني ايجاد مي‌کنند
ريبوزوم
ريبوزوم نقش مهمي در سنتز پروتئين ايفا مي‌کند. وقتي يک زنجير پروتئيني در حال ساخته شدن است، بايد همواره در کنار mRNA و هم سو با آن قرار گيرد. در اينجا گفتيم که هر سه نوکلئوتيد، کد يک اسيد آمينه است
پس هر اسيد آمينه که به زنجير پروتئيني اضافه مي‌شود، بايد سه پله روي mRNA جلو رفت تا تطبيق دو مولکول بهم نخورد. اين کار توسط ترکيب بزرگ و پيچيده اي از RNA و پروتئين انجام مي‌شود که ريبوزوم نام دارد
ريبوزوم يک واحد کوچک دارد و يک بخش بزرگ در حدود نيمي از وزن ريبوزوم يوکاريوتها را RNA تشکيل مي‌دهد. ريبوزوم يک کانال براي هدايت زنجير پروتئيني دارد و يک کانال ديگر هم دارد که مولکول mRNA را نگه مي‌دارد. به اين ترتيب ريبوزوم روند سنتز پروتئين را پيش مي‌برد
واکوئل
واکوئل در سلولهاي گياهي وجود دارد واکوئل مسوول حفظ شکل و ساختمان سلول است. سلولهاي گياهي معمولاً اندازه واکوئل هاي خود را بيشتر مي‌کنند و خيلي کم پيش مي‌آيد که سيتوپلاسمشان را توسعه دهند
واکوئل آبدانه بزرگي است که براي ذخيره و نگهداري مواد مغذي، متابوليت‌ها و حتي مواد زائد به کار مي‌رود.
فشار اعمال شده توسط واکوئل به حفظ اندازه سلول کمک مي‌کند. اگر اين فشار نباشد، سلول چروک مي‌خورد و سست خواهد شد
واکوئل معمولا حدود 50% از حجم سلول را اشغال مي‌کند، اما گاهي تا 95% فضا را نيز به خود اختصاص مي‌دهد
هسته
هسته مرکز کنترل سلول است و فقط در يوکاريوتها وجود دارد. DNA و RNA موجود در هسته، کليه اطلاعات ژنتيکي را در خود ذخيره کرده اند. هسته ارتباط بين اندامهاي موجود در سيتوپلاسم را هم برقرار مي‌کند. هسته با يک غشاي دولايه پوشيده شده است. وقتي هسته پيامي را به اندامها مي‌فرستد، پيام از منافذ اين غشا عبور مي‌کند و به سيتوپلاسم وارد مي‌شود
درون هسته، نوکلئوپلاسم نام دارد. در اين جا، DNA توسط پروتئيني به نام هيستون به هم پيچيده شده و به شکل کروماتين است. اما هنگام رونويسي، کروماتين‌ها متراکم مي‌شوند و ساختارهايي به نام کروموزوم پديد مي‌آورند. علاوه بر اين ها، معمولا يک يا چند اندامک گرد نيز در هسته قرار دارند که "هستک" نام دارد. ريبوزوم‌ها هم در هسته ساخته مي‌شوند
مطالب زير را بخوانيد تا درباره DNA و سازمان دهي آن در هسته بيشتر بياموزيد
کروموزومها
در اين بخش با آرايش DNA در هسته و مراحل مختلف تبديل آن به کروموزوم آشنا مي‌شويد
کروموزوم
کل اطلاعات ژنتيکي سلول در DNA قرار دارد که در هسته قرار گرفته است. فضاي درون هسته محدود است، پس بايد براي جادادن ميليون‌ها کد ژنتيکي در اين فضا فکري کردبراي همين بايد مولکول DNA را مرتب و بسته بندي کرد.
در ابتدا نوکلئوتيدها به صورت دو رشته خطي در کنار هم قرار مي‌گيرند و يک مارپيچ دوتايي مي‌سازند. بعد از آن اين مارپيچ‌ها به دور پروتئينهايي به نام "هيستون" پيچيده مي‌شوند. به هر واحد DNA که به دور يک مولکول هيستون پيچيده شده يک نوکلئوزوم مي‌گوييم. نوکلئوزوم‌ها هم توسط يک رشته بلند DNA به هم وصل مي‌شوند
براي اينکه DNA باز هم فشرده تر شود، نوکلئوزوم‌ها به هم فشرده مي‌شوند و رشته هاي کروماتيني را به وجود مي‌آورند. بعد، رشته هاي کروماتيني با هم تا مي‌خورند و يک شبکه پيچ پيچ به وجود مي‌آورند. هنگام تقسيم سلول اين شبکه‌ها به صورت ساختارهايي به نام "کروموزوم" در مي‌آيند
کروموزم در فرآيند پير شدن و مرگ سلول هم نقش مهمي دارد. در نوک کروموزوم ها، بخشهاي کوچکي به نام تلومر قرار دارند. وقتي DNA يک سلول صدمه مي‌بيند، تلومرها کوتاه مي‌شوند. اگر تلومرها از حد مشخصي کوتاه تر شوند، سلول تصميم مي‌گيرد که ديگر خود را ترميم نکند و فرآيند مرگ سلولي يا آپپتوسيس (Apoptosis) آغاز مي‌شود. امروزه بسياري از دانشمندان مشغول تحقيق راجع به مکانيسم هايي هستند که تلومرها از طريق آنها باعث مرگ سلول مي‌شوند
+ نوشته شده در شنبه هفتم دی ۱۳۸۷ ساعت 17:35 توسط
|