سلول اساسی‌ترین ساختار تشکیل دهنده موجودات زنده است. ساده‌ترین شکل حیات، یک سلول تنهاست و بدن جانداران پیچیده‌تر نیز از تعداد زیادی سلول که در کنار هم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. هر سلول از تعدادی مولکول مختلف ساخته شده است. روزگاری این مولکول‌ها در کنار هم قرار گرفته‌اند و نخستین موجود زنده کره ما را شکل داده‌اند.
اسیدهای نوکلئیک
در هسته هر سلول مولکول‌هایی قرار دارند که اساسی‌ترین اطلاعات حیات را در خود ذخیره کرده‌اند. این مولکول‌ها، دئوکسی ریبو نوکلئیک اسید (DNA) نام دارند. DNA از چهار نوع مولکول ساخته شده است، که به آنها «نوکلئوتید» می‌گوییم. این چهار نوکلئوتید عبارتند از: ادنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و تیمین(T). این مولکول‌ها خود به 2 زیرگروه تقسیم می‌شوند: ادنین و گوانین در گروه پیورین قرار می‌گیرند و سیتوزین و تیمین در گروه پیریمیدین جای داده می‌شوند. هنگام سنتز (ساخته شدن) مولکولDNA، نوکلئوتیدها به اسیدهای نوکلئیک تبدیل می‌شوند که بعدا به هم متصل می‌شوند و رشته‌های DNA را می‌سازند. در نهایت یک مارپیچ دوتایی ساخته می‌شود.
نوکلئوتیدها حلقه‌های مسطحی دارند که اندازه آنها بین 3 تا 4 آنگستروم (هر آنگستروم يك دهم نانومتر است) است. وقتی مارپیچ دوتایی تشکیل می‌شود، مولکول‌های A با مولکول‌های T رشته مقابل و مولکول G با مولکول C رشته روبه‌رو پیوند هیدروژنی برقرار می‌کنند و جفت‌های قلیایی ایجاد می‌شود. این جفت‌های قلیایی باعث می‌شوند مارپیچ پایدار باقی بماند. تصاویری که با استفاده از اشعه X از مولکول DNA گرفته شده است، نشان می‌دهد که در هر دور از مارپیچ 10 جفت قلیایی وجود دارد.
مدل مارپیچی می‌تواند نحوه رونویسی از مولکول DNA در هنگام تقسیم سلول را نیز توجیه کند. جیمز واتسون وقتی این مدل را ارائه کرد، آن را «مدل خوش نما» نامید، چون معتقد بود که هر کس این مدل را ببیند می‌تواند به راحتی نحوه رونویسی از آن را نیز بفهمد. در هنگام تقسیم سلول، باید نسخه مشابهی از DNA تهیه شود تا در سلول‌های جدید قرار گیرد. این فرآیند اصطلاحا «رونویسی» نامیده می‌شود.
برای انجام این کار، اتصالات هیدروژنی بین نوکلئوتیدها باز می‌شود و در نتیجه دو رشته مارپیچ از هم باز می‌شوند. سپس هر یک از این رشته‌ها بهعنوان پایه‌ای برای ساخت رشته مقابل استفاده می‌شود. به این ترتیب 2 مارپیچ کاملا یکسان DNA ساخته می‌شوند و هر کدام از آنها در یکی از 2 سلول نوزاد قرار می‌گیرد. چون در هر بار رونویسی، نیمی از مولکول DNA قبلی حفظ می‌شود، می‌گوییم رونویسی DNA، نیمه پایستار است.
اگرچه DNA اطلاعات ژنتیکی جاندار زنده را در خود دارد، اما برای عملکرد موفق به وجود ریبونوکلئیک اسید (RNA) نیاز دارد. RNAهم مانند DNA از رشته‌های اسید نوکلئیکی تشکیل شده که با پیوندهای مشابهی به هم متصل شده‌اند اما 2 تفاوت عمده با DNA دارد؛ یکی اینکه در ساختار آن به جای تیمین، از اوراسیل(u) استفاده شده و دوم اینکه مارپیچی نیست و فقط از یک رشته تنها ساخته شده است. برای انجام بعضی کارها، DNA به رشته‌های RNA تبدیل می‌شود و سپس این مولکول‌های RNA ، پیغام‌هایی را به ریبوزوم (مرکز پروتئین‌سازی سلول) می‌برند. برای همین این مولکول‌ها را
(mRNA(messenger RNA یا RNA پیغام‌رسان می‌نامند. در واقع DNA با فرستادن mRNA، فرآیند پروتئین‌سازی را هدایت می‌کند.
اسیدهای آمینه
اسیدهای آمینه واحدهای تشکیل دهنده پروتئین‌ها هستند. هر پروتئین زنجیری از اسیدهای آمینه است که با پیوند شیمیایی در کنار هم قرار گرفته‌اند. این زنجیر پروتئینی می‌تواند شکل‌های فضایی مختلفی داشته باشد. همین شکل‌های متعدد به پروتئین این قابلیت را می‌دهد که کارهای متفاوتی را در سلول انجام دهد. در تمام اسیدهای آمینه، یک گروه شیمیایی ثابت وجود دارد، اما باقی مولکول در اسید آمینه‌های مختلف، متفاوت است. حدود 20 نوع اسید آمینه در ساخت پروتئین به کار می‌رود. این اسیدها بر حسب ساختمان شیمیایی به چهار گروه طبقه‌بندی می‌شوند: اسیدی، بازی، قطبی بدون بار و غیر قطبی.
پروتئین‌ها
پروتئین‌ها رشته‌هایی از اسیدهای آمینه هستند که شکل‌های فضایی مختلفی دارند. پروتئین را می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد. هر یک از این دسته‌ها، از کنار هم گذاشتن دسته قبلی ایجاد می‌شود.
پروتئین‌های اولیه: این پروتئین‌ها یک رشته ساده از اسیدهای آمینه هستند.
پروتئین‌های ثانویه: اگر بین چند رشته پروتئین اولیه، پیوندهای هیدروژنی تشکیل شود، این رشته‌ها پیچ می‌خورند. در اثر این پیچ خوردن، دو شکل جدید ایجاد می‌شود: یکی صفحات چین خورده که «صفحات‌بتا» نامیده می‌شوند و دیگری آرایش مارپیچی که اصطلاحا «مارپیچ آلفا» نام دارد.
پروتئین‌های نوع سوم: از ترکیب مارپیچ‌ها و چین‌خوردگی‌های قبلی، پروتئین‌های کوچک کروی ایجاد می‌شود. ترکیب این نوع تا خوردن با چین‌خوردگی‌های قبلی، پروتئین‌های دسته چهارم را شکل می‌دهد.
پروتئین‌های دسته چهارم: برای افزایش کارآیی پروتئین‌ها، گاهی پروتئین‌های نوع سوم در کنار هم قرار می‌گیرند و آرایش فضایی پیچیده‌ای ایجاد می‌کنند .
یک مثال معروف از این نوع پروتئین‌ها، مولکول هموگلوبین است. می‌دانید این اشکال پیچیده به چه درد می‌خورد؟ این اشکال باعث می‌شود که پروتئین بهعنوان گیرنده مواد مختلف عمل کند. در غشای سلول کانال‌های پروتئینی وجود دارد که فقط به بعضی مواد اجازه عبور می‌دهد. در مولکول هموگلوبین نیز محل‌های خاصی قرار دارد که اتم اکسیژن روی آن می‌نشیند و همراه جریان خون می‌رود تا به سلول‌های بدن برسد. بسیاری از آنزیم‌ها از پروتئین ساخته می‌شوند.
قندها
قند اصلی‌ترین منبع انرژی سلول است. ساده‌ترین قند – از نظر ساختار مولکولی – گلوکز است که از یک حلقه شش‌تایی از اتم‌های کربن تشکیل شده است. گلوکز اصلی‌ترین منبع غذایی سلول‌هاست. قندهای بزرگ‌تر هم پیش از آنکه به مصرف سلول برسند، هضم می‌شوند و به صورت گلوکز درمی‌آیند. مولکول‌های قند بزرگ‌تر، برای ذخیره انرژی در سلول به کار می‌روند. این مولکول‌های بزرگ «پلی ساکارید» نامیده شده و از قرار گرفتن تعداد زیادی گلوکز در کنار هم ساخته می‌شوند. در سلول‌های جانوری، پلی‌ساکاریدی به نام گلیکوژن ذخیره انرژی را به عهده دارد. سلول‌های گیاهی انرژی خود را در مولکول‌های نشاسته ذخیره می‌کنند.
چربی‌ها (لیپیدها)
بخش عمده غشای سلول از لیپیدها ساخته شده است. به علاوه، چربی برای ذخیره انرژی در سلول حیوانی هم به کار می‌رود. چربی‌ها وظایف مختلفی را در سلول بر عهده دارند. چربی گاهی برای ذخیره انرژی به کار می‌رود. در دیواره سلول هم مولکول‌های لیپید به کار رفته است. چربی‌ها از واحدهای ساختمانی کوچک‌تری به نام اسید چرب تشکیل شده‌اند. هر مولکول اسید چرب از 2 قسمت تشکیل شده است: یک زنجیر هیدروکربنی بلند و یک گروه اسیدی کربوکسیلیک. زنجیر هیدروکربنی آب‌گریز است و سر اسیدی مولکول، آب‌دوست. اسیدهای چرب منابع غذایی بسیار خوبی هستند. انرژی‌ای که از یک مولکول اسید چرب به دست می‌آید، تقریبا 2 برابر انرژی حاصل از مولکول گلوکز است.
مهم‌ترین ویژگی اسیدهای چرب این است که می‌توانند در کنار هم قرار گیرند و یک لایه 2 جداره را ایجاد کنند. این لایه غیر‌تراوا است، یعنی اجازه نمی‌دهد مواد بدون کنترل از آن عبور کنند. همین لایه است که غشای سلول را می‌سازد و مرز سلول با محیط اطرافش را مشخص می‌کند. خاصیت آب‌گریزی این غشای لیپیدی باعث می‌شود انتقال مولکول‌های محلول در چربی‌ها آسان شود.
آب
اگر آب نبود، زندگی روی زمین به وجود نمی‌آمد. مولکول آب از یک اتم اکسیژن و 2 اتم هیدروژن تشکیل شده است. شکل مولکول آب تقریبا شبیه سر میکی موس است.
با اینکه مولکول آب، ترکیب شیمیایی ساده‌ای دارد، ویژگی‌های آن باعث شده که اثر زیادی در زندگی جانداران داشته باشد. مولکول آب قطبی است، یعنی یک سر آن بار مثبت و طرف دیگر آن بار منفی دارد. اتم‌های هیدروژن بار مثبت و مولکول آب بار منفی دارد. وقتی چند مولکول آب در کنار هم قرار بگیرند، سر منفی یکی در کنار سر مثبت دیگری قرار می‌گیرد و این مولکول‌ها با پیوند هیدروژنی در کنار هم قرار می‌گیرند. قطبیت مولکول آب، موجب می‌شود که دیگر مولکول‌های در تماس با آن، دو رفتار داشته باشند، دسته‌ای از آنها آب دوست هستند، یعنی به راحتی جذب مولکول‌های آب می‌شوند، دسته‌ای دیگر آب‌گریز هستند و در آب حل نمی‌شوند. پس بعضی از مولکول‌ها در آب حل می‌شوند ولی باقی آنها نمی‌توانند وارد سلول شوند، اما وقتی مولکول‌های آب‌گریز در یک محلول آبی قرار گیرند، دور هم جمع می‌شوند.
ویژگی دیگر آب این است که انتقال مولکول‌ها از طریق اسمز را آسان‌تر می‌کند. یک سلول برای زنده ماندن باید مواد غذایی را از محیط اطراف بگیرد و مواد زائد را از درون خود خارج کند. پس انتقال مواد، نقش مهمی در زندگی سلولی دارد. وقتی دو محلول آبی که بین آنها یک غشای تراوا (غشایی که مواد می‌توانند از آن تراوش کنند) قرار دارد، دارای غلظت‌های متفاوتی باشند، آب از محیط رقیق‌تر به محیط غلیظ‌تر می‌رود. این فرآیند، غلظت دو ناحیه را به هم نزدیک می‌کند. در حین این فرآیند ممکن است حجم سلول هم تغییر کند. آب گریزی مولکول‌ها می‌تواند آنها را در کنار هم نگه‌دارد. وقتی دو یا چند گروه آب‌گریز در محاصره مولکول‌های آب باشند، نیروی دامنه میان آنها و آب و نیروی جاذبه میان آنها موجب می‌شود که این مولکول‌ها در کنار هم جمع شوند و مانند یک بسته در کنار هم قرار گیرند.
آن روزها اوضاع چطور بود؟
در ابتدا اکسیژن آزاد موجود در جو کم بود. ازن هم نبود که تابش ماوراءبنفش آفتاب را جذب کند. این شرایط موجب شد که نخستین مولکول‌های آلی ساده تشکیل شوند. آزمایش‌هایی که در شرایط مشابهی در لابراتورها انجام شده، نشان می‌دهد که امکان شکل‌گیری مولکول‌های آلی در این شرایط بسیار بالاست. اگر گازهایی مثل CO2، CH4، NH3 و H2 را به همراه آب حرارت دهیم و سپس با تابش ماوراءبنفش به آنها انرژی بدهیم، مولکول‌ها با هم واکنش می‌دهند و مواد آلی ایجاد می‌کنند. جالب است که این مواد، اساسی‌ترین مواد درون سلول هستند، یعنی اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها، قند و اسیدهای چرب.مولکول‌های نوکلئوتید می‌توانند تکثیر شوند. اسیدهای نوکلئیک و اسیدهای آمینه می‌توانند در کنار هم قرار گیرند و مولکول‌های بلندی تشکیل دهند. مولکول بزرگ حاصل از اسیدهای آمینه، پلی‌پپتید و مولکول حاصل از اسیدهای نوکلئیک، پلی‌نوکلئوتید نامیده می‌شوند. این مولکول‌ها می‌توانند فرآیند سنتز خودشان را هدایت کنند. سنتز یعنی ساخت یک ماده شیمیایی. برای مثال، یک پلی‌نوکلئوتید در شرایط مناسب، پایه‌ای برای ساخت یک مولکول مشابه دیگر خواهد بود.
برای اینکه یک مولکول پلی‌نوکلئوتید از روی دیگری ساخته شود، حضور کاتالیزورهای پروتئینی (آنزیم‌ها) ضروری است، چون این روند بسیار کند است. در زمان‌های دور، چنین مولکول‌هایی وجود نداشت؛ در عوض یون‌های فلزی و مواد معدنی نقش کاتالیزور را ایفا کردند. با گذشت زمان، به مرور پلی‌نوکلئوتیدهای بیشتری ایجاد شد. انتخاب طبیعت دست به کار می‌شود.
وقتی یک پلی‌نوکلئوتید با رونویسی از یک مولکول مشابه ایجاد می‌شود، امکان اشتباه نیز هست. هر یک از این اشتباه‌ها موجب تغییر ساختار مولکول جدید می‌شود. پس همه پلی‌نوکلئوتیدهای تولید شده مثل هم نیستند و خواص متفاوتی دارند. وقتی این مولکول‌ها در شرایط مختلف طبیعی از قبیل دماهای بالا، اسیدها، قلیاها و مواد شیمیایی، تابش نور و... قرار می‌گیرند، عده‌ای از آنها از بین می‌روند و عده‌ای دیگر باقی می‌مانند. در آخر، مولکول‌هایی باقی می‌مانند که بهتر بتوانند خود را با شرایط محیط وفق دهند. هیچ کس مطمئن نیست که نخستین سلول چگونه به وجود آمد، اما اکثر دانشمندان معتقدند که روند طی شده چیزی شبیه این بود:
حدود 5/3 الی 4 بیلیون سال قبل، تحول جدیدی ایجاد شد؛ زنجیرهای مختلف نوکلئوتیدی به دنبال منابع بیشتری بودند تا هر کدام تکثیر خود را سرعت دهند. برای این کار دیگر نمی‌شد به کاتالیزورهای قبلی اکتفا کرد.
پس هر پلی‌نوکلئوتیدی شروع به تولید پلی‌پپتیدهایی کرد که فرآیند تکثیر از روی خودش را تسریع کند. نمی‌دانیم این تغییر و تحول چگونه ایجاد شد و چطور مولکول‌های نوکلئوتیدی این توانایی را یافتند که سنتز پلی‌پپتیدها را کنترل کنند، اما این اساسی‌ترین قدم به سمت ایجاد نخستین سلول بود.
نخستین سلول
برای اینکه تکثیر پلی‌نوکلئوتیدها به کمک پلی‌پپتید با اطمینان بیشتری انجام شود، باید پلی نوکلئوتید جدید به همراه آنزیم‌های مورد نیاز آن در یک محیط مناسب و بسته قرار می‌گرفت. این همان چیزی است که ما امروز هم می‌بینیم. کار غشای سلول این است که اطراف اندام‌های سلولی را فراگیرد و از آنها محافظت کند. از آنجایی که مواد شیمیایی نمی‌توانند به راحتی وارد این محیط شوند، امکان کنترل واکنش‌های شیمیایی درون سلول وجود دارد. شاید نخستین غشای سلولی به طور کاملا اتفاقی از کنار هم قرار گرفتن چند مولکول فسفولیپید (چربی‌هایی که فسفر هم در مولکول‌شان وجود دارد) شکل گرفته است. شاید هم حقیقت چیز دیگری باشد. سلول چگونه ساخته شد؟
سلول اساسی‌ترین ساختار تشکیل دهنده موجودات زنده است. ساده‌ترین شکل حیات، یک سلول تنهاست و بدن جانداران پیچیده‌تر نیز از تعداد زیادی سلول که در کنار هم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. هر سلول از تعدادی مولکول مختلف ساخته شده است. روزگاری این مولکول‌ها در کنار هم قرار گرفته‌اند و نخستین موجود زنده کره ما را شکل داده‌اند.
اسیدهای نوکلئیک
در هسته هر سلول مولکول‌هایی قرار دارند که اساسی‌ترین اطلاعات حیات را در خود ذخیره کرده‌اند. این مولکول‌ها، دئوکسی ریبو نوکلئیک اسید (DNA) نام دارند. DNA از چهار نوع مولکول ساخته شده است، که به آنها «نوکلئوتید» می‌گوییم. این چهار نوکلئوتید عبارتند از: ادنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و تیمین(T). این مولکول‌ها خود به 2 زیرگروه تقسیم می‌شوند: ادنین و گوانین در گروه پیورین قرار می‌گیرند و سیتوزین و تیمین در گروه پیریمیدین جای داده می‌شوند. هنگام سنتز (ساخته شدن) مولکولDNA، نوکلئوتیدها به اسیدهای نوکلئیک تبدیل می‌شوند که بعدا به هم متصل می‌شوند و رشته‌های DNA را می‌سازند. در نهایت یک مارپیچ دوتایی ساخته می‌شود.
نوکلئوتیدها حلقه‌های مسطحی دارند که اندازه آنها بین 3 تا 4 آنگستروم (هر آنگستروم يك دهم نانومتر است) است. وقتی مارپیچ دوتایی تشکیل می‌شود، مولکول‌های A با مولکول‌های T رشته مقابل و مولکول G با مولکول C رشته روبه‌رو پیوند هیدروژنی برقرار می‌کنند و جفت‌های قلیایی ایجاد می‌شود. این جفت‌های قلیایی باعث می‌شوند مارپیچ پایدار باقی بماند. تصاویری که با استفاده از اشعه X از مولکول DNA گرفته شده است، نشان می‌دهد که در هر دور از مارپیچ 10 جفت قلیایی وجود دارد.
مدل مارپیچی می‌تواند نحوه رونویسی از مولکول DNA در هنگام تقسیم سلول را نیز توجیه کند. جیمز واتسون وقتی این مدل را ارائه کرد، آن را «مدل خوش نما» نامید، چون معتقد بود که هر کس این مدل را ببیند می‌تواند به راحتی نحوه رونویسی از آن را نیز بفهمد. در هنگام تقسیم سلول، باید نسخه مشابهی از DNA تهیه شود تا در سلول‌های جدید قرار گیرد. این فرآیند اصطلاحا «رونویسی» نامیده می‌شود.
برای انجام این کار، اتصالات هیدروژنی بین نوکلئوتیدها باز می‌شود و در نتیجه دو رشته مارپیچ از هم باز می‌شوند. سپس هر یک از این رشته‌ها بهعنوان پایه‌ای برای ساخت رشته مقابل استفاده می‌شود. به این ترتیب 2 مارپیچ کاملا یکسان DNA ساخته می‌شوند و هر کدام از آنها در یکی از 2 سلول نوزاد قرار می‌گیرد. چون در هر بار رونویسی، نیمی از مولکول DNA قبلی حفظ می‌شود، می‌گوییم رونویسی DNA، نیمه پایستار است.
اگرچه DNA اطلاعات ژنتیکی جاندار زنده را در خود دارد، اما برای عملکرد موفق به وجود ریبونوکلئیک اسید (RNA) نیاز دارد. RNAهم مانند DNA از رشته‌های اسید نوکلئیکی تشکیل شده که با پیوندهای مشابهی به هم متصل شده‌اند اما 2 تفاوت عمده با DNA دارد؛ یکی اینکه در ساختار آن به جای تیمین، از اوراسیل(u) استفاده شده و دوم اینکه مارپیچی نیست و فقط از یک رشته تنها ساخته شده است. برای انجام بعضی کارها، DNA به رشته‌های RNA تبدیل می‌شود و سپس این مولکول‌های RNA ، پیغام‌هایی را به ریبوزوم (مرکز پروتئین‌سازی سلول) می‌برند. برای همین این مولکول‌ها را
(mRNA(messenger RNA یا RNA پیغام‌رسان می‌نامند. در واقع DNA با فرستادن mRNA، فرآیند پروتئین‌سازی را هدایت می‌کند.
اسیدهای آمینه
اسیدهای آمینه واحدهای تشکیل دهنده پروتئین‌ها هستند. هر پروتئین زنجیری از اسیدهای آمینه است که با پیوند شیمیایی در کنار هم قرار گرفته‌اند. این زنجیر پروتئینی می‌تواند شکل‌های فضایی مختلفی داشته باشد. همین شکل‌های متعدد به پروتئین این قابلیت را می‌دهد که کارهای متفاوتی را در سلول انجام دهد. در تمام اسیدهای آمینه، یک گروه شیمیایی ثابت وجود دارد، اما باقی مولکول در اسید آمینه‌های مختلف، متفاوت است. حدود 20 نوع اسید آمینه در ساخت پروتئین به کار می‌رود. این اسیدها بر حسب ساختمان شیمیایی به چهار گروه طبقه‌بندی می‌شوند: اسیدی، بازی، قطبی بدون بار و غیر قطبی.
پروتئین‌ها
پروتئین‌ها رشته‌هایی از اسیدهای آمینه هستند که شکل‌های فضایی مختلفی دارند. پروتئین را می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد. هر یک از این دسته‌ها، از کنار هم گذاشتن دسته قبلی ایجاد می‌شود.
پروتئین‌های اولیه: این پروتئین‌ها یک رشته ساده از اسیدهای آمینه هستند.
پروتئین‌های ثانویه: اگر بین چند رشته پروتئین اولیه، پیوندهای هیدروژنی تشکیل شود، این رشته‌ها پیچ می‌خورند. در اثر این پیچ خوردن، دو شکل جدید ایجاد می‌شود: یکی صفحات چین خورده که «صفحات‌بتا» نامیده می‌شوند و دیگری آرایش مارپیچی که اصطلاحا «مارپیچ آلفا» نام دارد.
پروتئین‌های نوع سوم: از ترکیب مارپیچ‌ها و چین‌خوردگی‌های قبلی، پروتئین‌های کوچک کروی ایجاد می‌شود. ترکیب این نوع تا خوردن با چین‌خوردگی‌های قبلی، پروتئین‌های دسته چهارم را شکل می‌دهد.
پروتئین‌های دسته چهارم: برای افزایش کارآیی پروتئین‌ها، گاهی پروتئین‌های نوع سوم در کنار هم قرار می‌گیرند و آرایش فضایی پیچیده‌ای ایجاد می‌کنند .
یک مثال معروف از این نوع پروتئین‌ها، مولکول هموگلوبین است. می‌دانید این اشکال پیچیده به چه درد می‌خورد؟ این اشکال باعث می‌شود که پروتئین بهعنوان گیرنده مواد مختلف عمل کند. در غشای سلول کانال‌های پروتئینی وجود دارد که فقط به بعضی مواد اجازه عبور می‌دهد. در مولکول هموگلوبین نیز محل‌های خاصی قرار دارد که اتم اکسیژن روی آن می‌نشیند و همراه جریان خون می‌رود تا به سلول‌های بدن برسد. بسیاری از آنزیم‌ها از پروتئین ساخته می‌شوند.
قندها
قند اصلی‌ترین منبع انرژی سلول است. ساده‌ترین قند – از نظر ساختار مولکولی – گلوکز است که از یک حلقه شش‌تایی از اتم‌های کربن تشکیل شده است. گلوکز اصلی‌ترین منبع غذایی سلول‌هاست. قندهای بزرگ‌تر هم پیش از آنکه به مصرف سلول برسند، هضم می‌شوند و به صورت گلوکز درمی‌آیند. مولکول‌های قند بزرگ‌تر، برای ذخیره انرژی در سلول به کار می‌روند. این مولکول‌های بزرگ «پلی ساکارید» نامیده شده و از قرار گرفتن تعداد زیادی گلوکز در کنار هم ساخته می‌شوند. در سلول‌های جانوری، پلی‌ساکاریدی به نام گلیکوژن ذخیره انرژی را به عهده دارد. سلول‌های گیاهی انرژی خود را در مولکول‌های نشاسته ذخیره می‌کنند.
چربی‌ها (لیپیدها)
بخش عمده غشای سلول از لیپیدها ساخته شده است. به علاوه، چربی برای ذخیره انرژی در سلول حیوانی هم به کار می‌رود. چربی‌ها وظایف مختلفی را در سلول بر عهده دارند. چربی گاهی برای ذخیره انرژی به کار می‌رود. در دیواره سلول هم مولکول‌های لیپید به کار رفته است. چربی‌ها از واحدهای ساختمانی کوچک‌تری به نام اسید چرب تشکیل شده‌اند. هر مولکول اسید چرب از 2 قسمت تشکیل شده است: یک زنجیر هیدروکربنی بلند و یک گروه اسیدی کربوکسیلیک. زنجیر هیدروکربنی آب‌گریز است و سر اسیدی مولکول، آب‌دوست. اسیدهای چرب منابع غذایی بسیار خوبی هستند. انرژی‌ای که از یک مولکول اسید چرب به دست می‌آید، تقریبا 2 برابر انرژی حاصل از مولکول گلوکز است.
مهم‌ترین ویژگی اسیدهای چرب این است که می‌توانند در کنار هم قرار گیرند و یک لایه 2 جداره را ایجاد کنند. این لایه غیر‌تراوا است، یعنی اجازه نمی‌دهد مواد بدون کنترل از آن عبور کنند. همین لایه است که غشای سلول را می‌سازد و مرز سلول با محیط اطرافش را مشخص می‌کند. خاصیت آب‌گریزی این غشای لیپیدی باعث می‌شود انتقال مولکول‌های محلول در چربی‌ها آسان شود.
آب
اگر آب نبود، زندگی روی زمین به وجود نمی‌آمد. مولکول آب از یک اتم اکسیژن و 2 اتم هیدروژن تشکیل شده است. شکل مولکول آب تقریبا شبیه سر میکی موس است.
با اینکه مولکول آب، ترکیب شیمیایی ساده‌ای دارد، ویژگی‌های آن باعث شده که اثر زیادی در زندگی جانداران داشته باشد. مولکول آب قطبی است، یعنی یک سر آن بار مثبت و طرف دیگر آن بار منفی دارد. اتم‌های هیدروژن بار مثبت و مولکول آب بار منفی دارد. وقتی چند مولکول آب در کنار هم قرار بگیرند، سر منفی یکی در کنار سر مثبت دیگری قرار می‌گیرد و این مولکول‌ها با پیوند هیدروژنی در کنار هم قرار می‌گیرند. قطبیت مولکول آب، موجب می‌شود که دیگر مولکول‌های در تماس با آن، دو رفتار داشته باشند، دسته‌ای از آنها آب دوست هستند، یعنی به راحتی جذب مولکول‌های آب می‌شوند، دسته‌ای دیگر آب‌گریز هستند و در آب حل نمی‌شوند. پس بعضی از مولکول‌ها در آب حل می‌شوند ولی باقی آنها نمی‌توانند وارد سلول شوند، اما وقتی مولکول‌های آب‌گریز در یک محلول آبی قرار گیرند، دور هم جمع می‌شوند.
ویژگی دیگر آب این است که انتقال مولکول‌ها از طریق اسمز را آسان‌تر می‌کند. یک سلول برای زنده ماندن باید مواد غذایی را از محیط اطراف بگیرد و مواد زائد را از درون خود خارج کند. پس انتقال مواد، نقش مهمی در زندگی سلولی دارد. وقتی دو محلول آبی که بین آنها یک غشای تراوا (غشایی که مواد می‌توانند از آن تراوش کنند) قرار دارد، دارای غلظت‌های متفاوتی باشند، آب از محیط رقیق‌تر به محیط غلیظ‌تر می‌رود. این فرآیند، غلظت دو ناحیه را به هم نزدیک می‌کند. در حین این فرآیند ممکن است حجم سلول هم تغییر کند. آب گریزی مولکول‌ها می‌تواند آنها را در کنار هم نگه‌دارد. وقتی دو یا چند گروه آب‌گریز در محاصره مولکول‌های آب باشند، نیروی دامنه میان آنها و آب و نیروی جاذبه میان آنها موجب می‌شود که این مولکول‌ها در کنار هم جمع شوند و مانند یک بسته در کنار هم قرار گیرند.
آن روزها اوضاع چطور بود؟
در ابتدا اکسیژن آزاد موجود در جو کم بود. ازن هم نبود که تابش ماوراءبنفش آفتاب را جذب کند. این شرایط موجب شد که نخستین مولکول‌های آلی ساده تشکیل شوند. آزمایش‌هایی که در شرایط مشابهی در لابراتورها انجام شده، نشان می‌دهد که امکان شکل‌گیری مولکول‌های آلی در این شرایط بسیار بالاست. اگر گازهایی مثل CO2، CH4، NH3 و H2 را به همراه آب حرارت دهیم و سپس با تابش ماوراءبنفش به آنها انرژی بدهیم، مولکول‌ها با هم واکنش می‌دهند و مواد آلی ایجاد می‌کنند. جالب است که این مواد، اساسی‌ترین مواد درون سلول هستند، یعنی اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها، قند و اسیدهای چرب.مولکول‌های نوکلئوتید می‌توانند تکثیر شوند. اسیدهای نوکلئیک و اسیدهای آمینه می‌توانند در کنار هم قرار گیرند و مولکول‌های بلندی تشکیل دهند. مولکول بزرگ حاصل از اسیدهای آمینه، پلی‌پپتید و مولکول حاصل از اسیدهای نوکلئیک، پلی‌نوکلئوتید نامیده می‌شوند. این مولکول‌ها می‌توانند فرآیند سنتز خودشان را هدایت کنند. سنتز یعنی ساخت یک ماده شیمیایی. برای مثال، یک پلی‌نوکلئوتید در شرایط مناسب، پایه‌ای برای ساخت یک مولکول مشابه دیگر خواهد بود.
برای اینکه یک مولکول پلی‌نوکلئوتید از روی دیگری ساخته شود، حضور کاتالیزورهای پروتئینی (آنزیم‌ها) ضروری است، چون این روند بسیار کند است. در زمان‌های دور، چنین مولکول‌هایی وجود نداشت؛ در عوض یون‌های فلزی و مواد معدنی نقش کاتالیزور را ایفا کردند. با گذشت زمان، به مرور پلی‌نوکلئوتیدهای بیشتری ایجاد شد. انتخاب طبیعت دست به کار می‌شود.
وقتی یک پلی‌نوکلئوتید با رونویسی از یک مولکول مشابه ایجاد می‌شود، امکان اشتباه نیز هست. هر یک از این اشتباه‌ها موجب تغییر ساختار مولکول جدید می‌شود. پس همه پلی‌نوکلئوتیدهای تولید شده مثل هم نیستند و خواص متفاوتی دارند. وقتی این مولکول‌ها در شرایط مختلف طبیعی از قبیل دماهای بالا، اسیدها، قلیاها و مواد شیمیایی، تابش نور و... قرار می‌گیرند، عده‌ای از آنها از بین می‌روند و عده‌ای دیگر باقی می‌مانند. در آخر، مولکول‌هایی باقی می‌مانند که بهتر بتوانند خود را با شرایط محیط وفق دهند. هیچ کس مطمئن نیست که نخستین سلول چگونه به وجود آمد، اما اکثر دانشمندان معتقدند که روند طی شده چیزی شبیه این بود:
حدود 5/3 الی 4 بیلیون سال قبل، تحول جدیدی ایجاد شد؛ زنجیرهای مختلف نوکلئوتیدی به دنبال منابع بیشتری بودند تا هر کدام تکثیر خود را سرعت دهند. برای این کار دیگر نمی‌شد به کاتالیزورهای قبلی اکتفا کرد.
پس هر پلی‌نوکلئوتیدی شروع به تولید پلی‌پپتیدهایی کرد که فرآیند تکثیر از روی خودش را تسریع کند. نمی‌دانیم این تغییر و تحول چگونه ایجاد شد و چطور مولکول‌های نوکلئوتیدی این توانایی را یافتند که سنتز پلی‌پپتیدها را کنترل کنند، اما این اساسی‌ترین قدم به سمت ایجاد نخستین سلول بود.
نخستین سلول
برای اینکه تکثیر پلی‌نوکلئوتیدها به کمک پلی‌پپتید با اطمینان بیشتری انجام شود، باید پلی نوکلئوتید جدید به همراه آنزیم‌های مورد نیاز آن در یک محیط مناسب و بسته قرار می‌گرفت. این همان چیزی است که ما امروز هم می‌بینیم. کار غشای سلول این است که اطراف اندام‌های سلولی را فراگیرد و از آنها محافظت کند. از آنجایی که مواد شیمیایی نمی‌توانند به راحتی وارد این محیط شوند، امکان کنترل واکنش‌های شیمیایی درون سلول وجود دارد. شاید نخستین غشای سلولی به طور کاملا اتفاقی از کنار هم قرار گرفتن چند مولکول فسفولیپید (چربی‌هایی که فسفر هم در مولکول‌شان وجود دارد) شکل گرفته است. شاید هم حقیقت چیز دیگری باشد. ارسال نظر
پربیننده