مبانی سلولی و مولکولی

سایت ویستاژن در این مقاله به توضیح اصول  وپایه زیست سلولی به زبان ساده پرداخته است.

سلول چیست؟

سلول‌ها کوچکترین واحد ساختاری حیات هستند که بسته به نوع و کاربردشان دارای شکل‌های مختلفی هستند؛ در حقیقت طی بیش از میلیاردها سال، با طیف گسترده ای از محیط‌ها و نقش‌های عملکردی سازگار شده اند.بعنوان مثال سلول‌های عصبی دارای شکل دراز و باریک هستند تا بتواتند با سرعت بیشتری سیگنال‌های عصبی را به مقصد هدایت کنند. با وجود این تفاوت‌ها بین سلول ها، همه آنها به راهکارهای اساسی مشابهی اتکا می کنند تا مواد مورد نیاز را در خود ایجاد کنند،به مواد لازم اجازه‌ی ورود دهند، سلامتی خود را حفظ کرده و همانند سازی کنند.

همه‌ی سلول‌ها توسط ساختاری به نام غشای سلولی یا غشای پلاسمایی احاطه شده‌اند که بعنوان مرزی بین محیط داخل و خارج سلول عمل می‌کند.پایه‌ی غشای سلولی فسفولیپیدها بوده و همچنین انواعی از پروتئین‌ها نیز در غشا حضور دارند.برخی از این پروتئین‌ها در ساختار منافذ و کانال های موجد در غشای سلولی،در کمک به خاصیت نفوذپذیری انتخابی غشا کمک کننده هستند. انواع دیگری از پروتئین‌ها به عنوان نشانگر عمل کرده و در شناسایی سلول بکار می‌روند.

فضای داخلی سلول نیز از مایعی به نام سیتوپلاسم پر شده است که در برگیرنده‌ی اندامک‌ها و ساختارهای سلولیست.

سلول‌ها بطور کلی به دو دسته‌ی پروکاریوتی و یوکاریوتی تبدیل می‌شوند.سلول‌های یوکاریوتی سلول‌هایی هستند که ماده‌ی ژنتیکی آنها در ناحیه‌ای به نام هسته توسط غشای هسته‌ای احاطه شده است.در عوض ماده‌ی ژنتیکی سلول های پروکاریوتی توسط غشا احاطه نمی‌شود.همچنین سلول‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی در نوع اندامک‌ها نیز تا حدودی با هم متفاوتند.

ساختار DNA  و RNA

مولکول DNA از واحدهایی به نام نوکلئوتید ساخته شده است.هر نوکلئوتید شامل یک گروه فسفات،یک گروه قند و یک باز آلی نیتروژنی است.چهار نوع باز آلی به نام های آدنین (A)، تیمین(T)، سیتوزین (C) و گوانین(G) وجود دارد.DNA انسان ها از حدود 3 بیلیون نوکلئوتید تشکیل شده و بیش از 99 درصد این ژنوم در بین تمام انسان‌ها یکسان است. همچنان که قرارگیری حروف الفبا در کنار یکدیگر سبب ایجاد کلمات می‌شود،از کنار هم قرار گرفتن بازهای نیتروژنی نیز ژن ها ایجاد می‌شوند که تعیین می‌کنند سلول چه نوع پروتئین‌هایی را تولید کند.نوکلئوتیدها توسط پیوند فسفودی‌استر به یکدیگر متصل شده و زنجیره‌ی DNA را شکل می‌دهند. یک مولکول DNA، یک مارپیچ دورشته‌ای است که رشته های آن توسط پیوند هیدروژنی به یکدیگر متصل شده اند. بازهای T و A با یکدیگر مکمل بوده و توسط دو پیوند هیدروژنی به هم متصل می‌شوند؛ بازهای C و G نیز مقابل یکدیگر قرار گرفته و سه پیوند هیدروژنی بین آنها شکل می‌گیرد. مولکول DNA به قدری طولانیست که در حالت عادی درون سلول جا نمی‌گیرد، بنابراین با ایجاد پیچ و تاب های فراوان فضای کمتری را اشغال کرده و داخل سلول قرار می‌گیرد.

مولکول DNA در واقع جهت ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی بین نسل‌ها بکار گرفته می‌‌شود؛در حالیکه RNA  فقط نوعی رابط پیغام‌بر بین DNA و ریبوزوم برای تولید پروتئین است. RNA بر خلاف DNA، مولکولی تک رشته‌ای بوده و در نوع بازهای نیتروژنی با DNA متفاوت است؛بدین صورت که بجای باز آلی T،باز یوراسیل(U)  را داراست. به علاوه،نوع قند بکار رفته در نوکلئوتیدهای RNA از نوع قند ریبوز و قند موجود در نوکلئوتیدهای DNA از نوع دئوکسی ریبوز است.

همانندسازی DNA

مولکول DNA از یک مارپیچ دو رشته‌ای تشکیل شده است.طی همانندسازی، این رشته‌ها از هم جدا می‌شوند و هر یک از دو رشته‌ی اصلی DNA اولیه، به عنوان الگویی برای سنتز رشته‌ی جدید DNA عمل می‌کند.

در ابتدا با عمل آنزیم هایی همچون متیلازها،استیلازها و فسفریلازها، پروتئین های متصل به مولکول DNA از آن جدا می شوند. سپس با کمک آنزیم هلیکاز و در نتیجه‌ی شکست پیوند فسفودی‌استر بین جفت بازها،دو رشته‌ی DNA از هم جدا می‌شوند. در این حالت چنگال همانند سازی در دو طرف ناحیه ‌ی باز ایجاد شده است. سپس توپوایزومرازها وارد عمل شده و با از بین بردن سوپرکویل‌های مثبت و منفی، DNA را به حالت استراحت در می آورند تا امکان اثر آنزیم ها و عوامل همانندسازی فراهم شود. در این حالت پس از ساخت DNA کوتاه اولیه به نام پرایمر توسط پریماز، آنزیم DNA Polymerase وارد عمل شده و سنتز رشته‌ی جدید را ادامه می‌دهد. پس از پایان، آنزیم DNA پلیمراز نوکلئوتیدهای پرایمر را که از جنس RNA هستند، با نوکلئوتیدهای DNAی جایگزین می‌کند.

درنتیجه‌ی این عمل،مولکول جدید DNA، از یک رشته از مولکول اولیه و یک رشته از DNA تازه سنتز شده تشکیل می‌شود.

بیان ژن ها

بیان ژن که در واقع به ساخت پروتئین از روی DNA  گفته می شود شامل دو مرحله ی رونویسی و ترجمه می باشد.چگونگی هریک از این مراحل به اختصار به شرح زیر است:

رونویسی DNA

رونویسی،اولین مرحله‌ی بیان ژن است که طی آن،از روی یک توالی ژنومی از جنس DNA،توالی مکملی از جنس RNA ساخته می‌شود.

برای انجام رونویسی،ابتدا باید آنزیم ویژه‌ی رونویسی موسوم به RNA polymerase و سایر عوامل رونویسی از جمله پروتئین‌های مربوطه،محل شروع رونویسی را شناسایی کرده و به آن متصل شوند.پس از آن،آنزیم پلیمراز شروع به ساخت زنجیره‌ی جدید می‌کند؛ به این صورت که پس از جدا شدن دو رشته‌ی DNA از یکدیگر و قرار گرفتن DNA در حالت استراحت،پلیمراز بر روی رشته‌ی الگو در جهت ‘5 به ‘3 حرکت کرده و نوکلئوتیدهای مکمل را در برابر هر نوکلئوتید DNAی قرار می‌دهد. پس از رسیدن آنزیم به نقاط پایان رونویسی موسوم به خاتمه دهنده، RNA پلیمراز و سایر عوامل رونویسی از RNA جدا شده و رشته‌ی ساخته شده رها می‌شود.

در سلول های پروکاریوتی RNA‌ی ساخته شده می‌تواند مستقیما ترجمه شده و پروتئین مربوطه را تولید کند.اما در سلول های یوکاریوتی پیش از شروع ترجمه،ابتدا باید RNA تولید شده پردازش شود.پردازش فرایندی است که طی آن قطعاتی از RNA به نام اینترون حذف شده و قطعات باقیمانده که اگزون نام دارند به هم متصل می‌شوند.

ترجمه mRNA

فرایندی که طی آن رونویس های DNA منجر به تولید پروتئین می‌شوند ترجمه نام دارد.ترجمه‌ی mRNAها توسط ریبوزوم صورت میگیرد.پس از شناسایی اولین کدون،موسوم به کدون آغازین،ریبوزوم به mRNA متصل شده و ترجمه را آغاز می‌کند. ریبوزوم کدون به کدون در طول RNA حرکت می‌کند. هر سه نوکلئوتید روی mRNA یک کدون نام داشته و به یک آمینو اسید خاص ترجمه می‌شود. اضافه کردن آمینواسیدهای مربوط به هر کدون،توسط آنزیمی به نام Transfer RNA یا به اختصار tRNA انجام می‌گیرد.هر آمینواسید،tRNA مخصوص خود را داراست که به آن متصل می‌شود. همچنین هر tRNA داری یک آنتی کدون است که با کدون موجود در mRNA رابطه‌ی مکملی برقرار کرده و بدینوسیله آمینواسید مربوطه را به جایگاه مناسب فرا می‌خواند. پس از ایجاد پیوند فسفودی‌استر بین آخرین آمینواسید و زنجیره‌ی پلی پپتیدی،اتصال بین آمینو اسید و tRNA شکسته شده و tRNA رها می‌شود تا مجددا با اتصال به آمینواسید دیگری شارژ شود.اتصال tRNA به آمینواسید، توسط آنزیم آمینواسیل‌سنتتاز انجام می‌گیرد. اگر ریبوزوم در طول حرکتش روی mRNA به یکی از کدون های پایان (UGA,UAG,UAA) برسد، فاکتورهای آزاد کننده به جای tRNA به جایگاه آورده شده و در نتیجه ریبوزوم از mRNA جدا شده و ترجمه پایان می‌پذیرد.

بخش یا بخش‌هایی از mRNA که رمزدهی پروتئین را برعهده دارند ORF نامیده می‌شود. هر ORF با یک کدون آغاز شروع و با یک کدون خاتمه پایان می‌یابد. mRNA های پروکاریوتی دارای چند ORF و RNAهای یوکاریوتی دارای چند ORF هستند.

 

گردآورنده: سرکار خانم لیلا تنهائی 

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

1 × 1 =