راهی جدید برای ذخیره انرژی در سلول‌ها

بیگ بنگ: با اثبات نظریه‌­ای که برای اولین‌بار در حدود ۴٠ سال پیش پیشنهاد شده بود، محققان راهی جدید برای ذخیره انرژی در سلول­‌ها را تأیید کردند.

cellبه گزارش بیگ بنگ، این مطالعه، به سرپرستی ویلیام متکالف، جی. ویلیام آرندس استاد زیست­‌شناسی مولکولی و سلولی و رئیس معاونت پژوهشی ژنوم میکروبی معدن در دانشگاه ایلینوی، مؤسسه کارل آر. ووسه انجام شد و به دانشمندان درک بهتری از چگونگی ذخیره انرژی در ارگانیسم­‌ها و عملکرد آنها بعنوان بخشی از چرخه جهانی کربن را می ­دهد. همه موجودات زنده برای حرکت، رشد و تکثیر نیازمند ذخیره انرژی هستند. سلول‌­ها با ایجاد مولکولی به نام ATP انرژی را ذخیره می­ کنند و معمولاً این کار را با ایجاد تغییری شیمیایی در غشاء سلولی‌­شان انجام می دهند، که به آنها انرژی لازم برای ایجاد ATP را می­‌دهد.

چندین روش برای ایجاد این تغییر وجود دارد – گیاهان از طریق فتوسنتز از انرژی نور استفاده می­ کنند و انسان‌­ها و حیوانات از انرژی شیمیایی استفاده می­ کنند. این روش‌­ها به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته‌­اند، اما در سال ١٩٨١، دانشمندی به نام “هری پک” روشی دیگر برای ذخیره انرژی پیشنهاد داد، فرآیندی به نام چرخۀ هیدروژن. هیدروژن به آسانی می­ تواند در تمام غشاء­های سلولی حرکت کند. پک پیشنهاد داد که هیدروژن موجود در سلول می­تواند در خارج از سلول پخش شده، و در آنجا آنزیم­‌ها دوباره آنها را جذب کرده و سبب ایجاد یون‌­های هیدروژنی می­ شوند که تغییر شیمیایی موردنیاز برای ذخیره انرژی را به وجود می­ آورند.

این نظریه به طور گسترده‌­ای مورد انتقاد شدید قرار گرفت. منتقدان می ­گفتند که جذب هیدروژن از این طریق برای سلول بسیار مشکل خواهد بود. متکالف گفت: «هیچکس واقعاً این نظر را باور نمی­ کرد. اکثر مردم واقعاً درباره آن شک داشتند.» هشت سال پیش، متکالف و همکارانش در حال مطالعه ارگانیسم­‌های تولیدکنندۀ متانی بودند که از گاز هیدروژن برای رشد آن استفاده می­ کردند. این ارگانیسم‌­ها از مجموعه‌­ای از آنزیم‌­ها به نام Hydrogenases برای تولید و مصرف هیدروژن استفاده می ­کردند. متکالف و همکارانش شروع به ایجاد جهش‌­هایی در این Hydrogenases کردند و دریافتند زمانی­ که فعالیت ژن Hydrogenases متوقف می­ شود، سلول‌­ها می­ میرند – اما این سلول­‌ها شروع به تولید مقدار زیادی هیدروژن می­ کنند.

متکالف گفت: «این باعث شد که ما به این فکر کنیم که عملکرد سلول­‌های تولیدکنندۀ متان در چرخه تولید هیدروژن چگونه است. هیچکس باور نداشت ایده‌­ای که هری پک در دهه ٨٠ پیشنهاد داده بود، احتمالاً روزی درست از آب در آید.» آزمایش‌­های بیشتر نشان دادند که سلول­‌ها به خاطر اینکه توانایی باز جذب هیدروژن را از دست می ­دهند، می­ میرند. متکالف اضافه کرد: «می­ توانیم نشان دهیم زمانی ­که سلول­‌ها توانایی باز جذب هیدروژن را از دست می­ دهند، نه تنها می­ میرند، بلکه مقدار زیادی هیدروژن را ترشح می ­کنند. این واقعاً اولین شواهد تجربی است که به طور قانع ­کننده‌­ای نشان می­دهد که چرخه هیدروژن، مکانیزمی برای ذخیره انرژی می­ باشد.»

پس از سال­‌ها انتقاد، صحت ایده پک حداقل برای این سلول­‌های تولیدکنندۀ متان به اثبات رسید. با این حال، متکالف گفت: «چرخه­ هیدروژنی مشابه دیگر چرخه­‌های رایج در سایر موجودات است. نه فقط هری پک درست می ­گفت، بلکه احتمالاً این موضوع هر لحظه در طبیعت رخ می­ دهد. در بسیاری از حالات، جهش­‌ها مرگبار بوده و از این‌رو راهی برای اثبات برای مردم وجود ندارد که این موضوع در حالت رخ دادن است.»

آن همچنین غیر قابل آشکارسازی بود زیرا سلول‌­ها دارای روشی پشتیبان برای ذخیره انرژی هستند که اگر قادر به انجام چرخه هیدروژن نیز نباشند، آنها را زنده نگاه می­ دارد. متکالف گفت:«سلول­‌ها ترجیح می­ دهند که چرخه هیدروژن را انجام دهند، اما دارای جایگزین­‌هایی هستند. و بنابراین، این مکانیزم جالب برای ذخیره انرژی، که تمامی سلول­‌ها خواهان انجام دادن آن هستند، به نوعی پنهان شدن در چشم‌­انداز است.»

متکالف گفت که درک این مکانیزم بسیار حیاتی و مهم است زیرا ارگانیسم­‌هایی که این چرخه هیدروژن را انجام می­ دهند، بازیگرانی کلیدی در چرخه جهانی کربن می­ باشند. اگر دانشمندان می ­خواهند توازن عناصر و مولکول­‌ها در محیط را درک کنند، نیازمند به درک مکانیزم­‌های پایه‌­ای می ­باشند. او گفت: «این، بخش کلیدی ذخیرۀ انرژی، و بنابراین، چگونگی انطباق و رشد ارگانیسم‌­ها است. این شکاف در دانش با درک چگونگی عملکرد این ارگانیسم‌­ها پر می­ شود.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ mBio منتشر شده است.

ترجمه: سوران زوراسنا/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: Phys.org

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *