لیپیدهای غشاء در گذشته و حال

ترجمه: امیر رحمانی

سلول‌های مدرن از غشاهای لیپید استفاده می‌کنند تا ورود و خروج مولکولها به سلول را بطور گزینشی کنترل کنند. غشاء سلول غالباً از فوسفولیپیدها ساخته شده است که شامل یک دُم هایدروفوبیک (آب‌گریز) و یک سر هایدروفیلیک (آب‌دوست) می‌باشد. هنگامی که فوسفولیپیدها در آب قرار می‌گیرند، مولکولهای آن بی‌اختیار بگونه‌ای مرتب می‌شوند که دُمشان از آب محفوظ بماند و در نتیجه ساختارهایی پوسته مانند نظیر میسل، حباب و یا دولایه‌ای راتشکیل می‌دهند.

َشکال اولیه حیات نیز همانند سلول‌های مدرن احتمالاً به محفظه‌ای غشادار نیاز داشتند که مولکولهای مهم و حیاتی برای رشد و بقای سلول را هر زمان که نیاز بود در اختیار قرار دهند و مولکول‌های غیرلازم و بالقوه مضر را خارج از سلول نگهدارند. اما با این وجود، غشاهای اولیه ممکن است بجای فوسفولیپید از اسیدهای چرب ساخته شده بودند. اسیدهای چرب نیز همانند فوسفولیپیدها یک دم آب‌گریز و یک سر آب‌دوست دارند و بنابراین ساختارهای مشابهی همانند دولایه‌ای‌ها، حباب‌ها و میسلها را می‌توانند بسازند اما ساختار ساده‌تری دارند و احتمال شکل‌گیری آنها در یک محیط پیشازیستی محتمل‌تر است.


چرا حیات به یک محفظه غشادار نیاز دارد؟

چرا غشاء داشتن در دنیای آر.ان.ای تا این حد مهم است؟ یک همتاساز (رپلیکاز) اولیه احتمالا روشی درونی برای تمایز توالی‌های همتاساز (رپلیکاز) و غیرهمتاساز نداشته است و در نتیجه هر آر.ان.ای که در نزدیکی آن بوده را همتاسازی میکرده است. در غیاب ابزاری برای جداسازی همتاسازها از غیرهمتاسازها، بعید است که جمعیت همتاسازها رشد و پیشرفت کند. این مشکل با قرار دادن همتاسازها در درون یک محفظه نظیر حباب برطرف می‌شود که بطور فیزیکی همتاسازها را از سایر آر.ان.ای ها جدا می‌سازد. این مفهوم در انیمیشن سمت چپ به نمایش آمده است.

علاوه بر آن، یک غشاء ممکن است که نقش مهمی در توانایی سلول در ذخیره سازی انرژی در قالب گرادیان شیمیایی بازی کرده باشد. در سلول‌های مدرن یوکاریوت، میتوکندری که غالبا موتورخانه سلول نامیده می‌شود از گرادیان درونی شیمیایی استفاده می‌کند تا سلولهایی نظیر ای.تی.پی بسازد که انرژی را ذخیره می‌کنند.


شکل گرفتن اسیدهای چرب در زمین اولیه

چگونه ممکن است که اسیدهای چرب در زمین اولیه شکل گرفته باشند؟ بعضی دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که دهانه‌های آب گرم ممکن است مناطقی باشند که مولکولهای مهم پیش‌حیاتی نظیر اسیدهای چرب آنجا شکل گرفته‌اند. انیمیشن سمت چپ یک سناریوی فرضی را نمایش می‌دهد که اسیدهای چرب در امتداد خروجی یک چشمه آب گرم تشکیل میابند. تحقیقات نشان داده است که برخی کانیها می‌توانند تشکیل دُم هیدروکربن اسیدهای چرب از گازهای مونوکسید کربن و هیدروژن را بصورت مرحله‌ای تسریع کنند. اینها گازهایی هستند که ممکن است از دهانه‌های آب گرم خارج شوند. اسیدهای چرب در طول‌های مختلف نهایتا تولید و به آبهای مجاور وارد شده‌اند.

اسیدهای چربی که بدین طریق تولید می‌گردند تنها در غلظت‌های کم یافت می‌شوند. اما برای تولید ساختارهایی نظیر میسل و یا حباب به غلظت‌های بیشتری از اسیدهای چرب نیاز است. توده‌هایی از اسیدهای چرب در طی سیکلهای انقباض و تبخیر ممکن است به آهستگی در حوضچه‌های آب تجمع یافته باشند. همچنین ممکن است که قطرات ریز از اسید چرب توسط جریان هوا به مناطقی دور از محل تشکیل خود حمل شده باشند همانگونه که در انیمیشن سمت چپ میبینید. در طی زمان، محتمل است که در حوضچه‌های کوچک آبی اسیدهای چرب با غلظت بالا تجمع یافته باشند.


مطالعه حباب‌های اسید چرب در آزمایشگاه

آزمایشگاه شوستاک در بیمارستان مرکزی ماساچوست مطالعات متعددی را انجام داده است با این هدف که مشخص شود چگونه اسیدهای چرب و حباب‌ها ممکن است شکل گیرند، رشد کنند و تقسیم شوند. در غلظت‌های نسبتا پایین، اسیدهای چرب میسلها را فرم خواهند داد که می‌توان آنها را همانند گویهایی از اسید چرب تصور کرد که بگونه‌ای قرار گرفته‌اند که دم هر مولکول از اسید چرب به سمت مرکز گوی است. پژوهشهای انجام شده در آزمایشگاه شوستاک نشان داده است که در غلظت‌های بالاتر و تحت شرایط ph مناسب، اسیدهای چرب میسلها می‌توانند به حباب تغییر فرم دهند. فرایندی که تصور می‌شود در چنین شرایطی رخ می‌دهد در انیمیشن سمت چپ نشان داده شده است.

آزمایشگاه شوستاک همچنین نشان داده است که فرم یافتن حباب‌ها ممکن است همچنین توسط نوعی خاک رس که مونتموریلونیت خوانده می‌شود تسریع یابد. مشخص شده است که مونتمورینت شکل یافتن رشته‌های آر.ان.ای از نوکلئوتیدهای تکی را نیز تسریع می‌کند. خاکهایی نظیر مونتموریلونیت کاملا محتمل است که کلید شکل یافتن اولین پیش‌سلول‌ها باشند.

حباب‌های درست شده از اسید چرب پس از شکل گیری بسیار پایدار هستند و بعد از گذشت روزها و حتی ماه‌ها، ظاهر بیرونی آنها بنظر نمیرسد که تغییر کند. اما در سطح مولکولی، این اسیدهای چرب بسیار فعال می‌باشند و مدام داخل حباب و دولایه‌ای شده و یا از آن خارج می‌شوند. آنها حتی جایگیری خود بین سطوح داخلی و خارجی غشاء را نیز وارونه می‌کنند. اما از طرف دیگر فوسفولیپیدها غالبا جایگیری خود را وارونه نمی‌‌کنند. خواص دینامیکی اسیدهای چرب در انیمیشن سمت چپ نمایش داده شده‌اند.

وارونه شدن اسیدهای چرب ممکن است که نقش مهمی در برخی تواناییهای مولکولهای کوچک نظیر نوکلئوتیدهای آر.ان.ای داشته باشد که قادرند وارد حباب شوند. این فرایند در انیمیشن سمت چپ نشان داده شده است. اگر نوکلئوتیدها در یک رشته از آر.ان.ای جای گیرند، دیگر در داخل حباب بدام افتاده‌اند چرا که پلیمر طویل آر.ان.ای بعید است که بتواند از همان مکانیزم برای خارج شدن از غشاء اسید چرب استفاده کند.

اما از طرف دیگر، فوسفولیپیدهای دولایه‌ای برای مولکولهایی نظیر نوکلئوتیدها غیر قابل نفوذ می‌باشند و به حامل‌های ویژه‌ای نیاز است که به مولکولهای کوچک اجازه دهد تا از غشاء عبور کنند. حباب‌های اسید چرب چگونه رشد می‌کنند؟ پژوهش‌های انجام شده در آزمایشگاه شوستاک نشان میدهد هنگامی که میسل‌های اسید چرب به محلولی حاوی حباب‌های پیش-فرم یافته اضافه شود، حباب‌ها به سرعت رشد می‌کنند. یک مدل مولکولی از این مشاهده در سمت چپ نشان داده شده است. تصور می‌شود که رشد حباب هنگامی رخ میدهد که پوسته‌ای از میسل‌ دور حباب شکل می‌گیرد. سپس هر مولکولهای اسید چرب بطور جداگانه از میسل به سطح بیرونی غشاء حباب منتقل می‌شوند. اسیدهای چرب سپس ممکن است که با وارونه شدن از سطح بیرونی به سطح درونی منتقل شوند. (که در انیمیشن قبلی مربوط به دینامیک اسیدهای چرب نشان داده شده است)

بعدی : جمع شدن همه در پروتوسل
برای آموختن بیشتر در مورد آر.ان.ای این لینک را ببینید

استفاده از مطالب سايت دانش آگاهی فقط برای مقاصد غیر تجاری و با ذکر منبع بلامانع است. کليه حقوق اين سايت به گروه دانش آگاهی تعلق دارد.