Athchló ó Bridges, 2001 Imleabhar 12(1):5 ISSEEM
Cé go bhfuil os cionn caoga trilliún cill ag duine, níl aon fheidhmeanna fiseolaíocha inár gcorp nach raibh ann cheana féin i mbitheolaíocht na cille singil núicléiche (eucaryotic). Tá na coibhéisí cíteolaíochta de chóras díleácha, de chóras eisfheartha, de chóras riospráide, de chóras mhatánchnámharlaigh, de chóras imdhíonachta, de chóras atáirgthe agus de chóras cardashoithíoch ag orgánaigh aoncheallacha, amhail an amoeba nó paramecium, i measc daoine eile. Sna daoine, tá baint ag na feidhmeanna fiseolaíocha seo le gníomhaíocht orgáin ar leith. Déantar na próisis fiseolaíocha céanna seo i gcealla trí chórais orgán laghdaitheacha ar a dtugtar organelles.
Déantar an saol cille a chothú trí fheidhmeanna córais fiseolaíocha na cille a rialú go docht. Tugann léiriú repertoires iompraíochta intuartha le tuiscint go bhfuil “córas néarógach ceallach” ann. Freagraíonn an córas seo do spreagthaí comhshaoil trí fhreagraí iompraíochta cuí a mhealladh. Is ionann an orgánail a chomhordaíonn coigeartuithe agus frithghníomhartha cille dá timpeallachtaí inmheánacha agus seachtracha do choibhéis cíteaplasma na “inchinn.”
Ó briseadh an chóid ghéiniteach go luath sna 1950idí, tá bitheolaithe ceall i bhfabhar coincheap an chinnidh ghéiniteach, an nóisean go ndéanann géinte an bhitheolaíocht a “rialú”. Tá beagnach gach géinte na cille laistigh den orgánail is mó sa chill, an núicléas. Measann tuairim thraidisiúnta gurb é an núicléas “ionad ceannais” na cille. Mar sin, is ionann an núicléas agus an choibhéis cheallacha den “inchinn.”
Tá sé le tuiscint ó chinntitheacht ghéiniteach go bhfuil léiriú agus cinniúint orgánaigh “réamhchinnte” go príomha ina chód géiniteach. Tá bunús géiniteach an tsloinneadh orgánaigh fite fuaite sna heolaíochtaí bitheolaíocha mar fhírinne comhthoiliúil, creideamh trína ndéanaimid ár dtagairt do shláinte agus do ghalair a fhrámú. Dá bhrí sin an nóisean go bhfuil baint go ginearálta le so-ghabhálacht i leith tinnis áirithe nó léiriú iompar míshásta le lineage géiniteach agus, uaireanta, sócháin spontáineacha. Mar bhreis air sin, feictear freisin ag tromlach na n-eolaithe go bhfuil aigne agus comhfhios an duine “ionchódaithe” i móilíní an néarchórais. Spreagann sé seo ar a sheal an coincheap go léiríonn teacht chun cinn an chonaic an "taibhse sa mheaisín."
Tá príomhacht DNA maidir le tionchar a imirt ar iompar agus éabhlóid bhitheolaíoch agus é a rialú bunaithe ar thoimhde gan bhunús. Déanann alt tábhachtach le HF Nijhout (BithEssays 1990, 12 (9): 441-446) cur síos ar conas a ceapadh coincheapa a bhaineann le “rialuithe” géiniteacha agus “cláir” mar mheafair ar dtús chun cabhrú le bealaí taighde a shainiú agus a threorú. Mar gheall ar athrá forleathan ar an hipitéis láidir seo thar caoga bliain, tháinig “meafar na samhla” mar “fhírinne na meicníochta,” in ainneoin easpa fianaise tacaíochta shubstaintiúil. Ós rud é go leagann an toimhde béim ar an gclár géiniteach mar an “réim uachtarach” ar an dréimire rialaithe bitheolaíoch, tá stádas oibreán cúiseach faighte ag géinte chun léiriú agus iompar bitheolaíoch a fháil (m.sh., géinte is cúis le hailse, alcólacht, fiú coiriúlacht).
Is hipitéis neamh-inbhuanaithe agus neamhloighciúil é an nóisean gurb é an núicléas agus a ghéinte “inchinn” na cille. Má bhaintear an inchinn ó ainmhí, thiocfadh bás an orgánaigh láithreach dá gcuirfí isteach ar chomhtháthú fiseolaíoch. Dá mba ionann an núicléas agus inchinn na cille go fírinneach, bheadh scor d'fheidhmeanna na cille agus bás láithreach cille mar thoradh ar bhaint an núicléis. Mar sin féin, féadfaidh cealla enucleated turgnamhacha maireachtáil ar feadh dhá mhí nó níos mó gan géinte amach, agus fós in ann freagairtí casta a chur i bhfeidhm ar spreagthaigh comhshaoil agus cíteaplasma (Lipton, et al., Difreáil 1991, 46:117-133). Nochtann an loighic nach féidir leis an núicléas a bheith mar inchinn na cille!
Thug staidéir ar chealla daonna clónáilte ar an eolas dom gurb ionann plasmalemma na cille, ar a dtugtar an chillscannán de ghnáth, agus “inchinn” na cille. Is iad na seicní cille, an chéad orgánaigh bhitheolaíoch a tháinig chun solais san éabhlóid, an t-aon orgánaigh atá i gcoiteann ag gach orgánach beo. Déanann seicní cille an cíteaplasma a roinnt, agus é á scaradh ó vagaries na timpeallachta seachtraí. Ina acmhainn bhacainn, cuireann an scannán ar chumas na cille “smacht” docht a choinneáil ar an timpeallacht cíteaplasmach, rud atá riachtanach chun imoibrithe bitheolaíocha a dhéanamh. Tá na seicní cille chomh tanaí sin nach féidir iad a fheiceáil ach trí úsáid a bhaint as an leictreonmhicreascóp. Mar thoradh air sin, níor bunaíodh go soiléir ach timpeall 1950 go raibh struchtúr an scannáin ann agus gur léiriú uilíoch é.
I micreagraif leictreon, feictear an chillscannán mar “chraiceann” tanaí (<10nm), trí-shraith (dubh-bán-dubh) a chlúdaíonn na cille. Chuir simplíocht struchtúrach bhunúsach an membrane cille, atá comhionann le gach orgánach bitheolaíoch, bitheolaithe cille beguled. Ar feadh an chuid is mó de na caoga bliain anuas, breathnaíodh ar an scannán mar bhacainn “éighníomhach,” leath-thréscaoilteach, cosúil le “timfhilleadh plaisteach” breathable a raibh sé mar fheidhm aige an cíteaplasma a choinneáil.
Léiríonn cuma cisealta an scannáin eagrú a bloic thógála fosfailipidí. Tá na móilíní seo atá i gcruth líreacáin amfafaiteach, agus tá ceann fosfáite polach cruinneach acu (Fíor A) agus dhá chos neamhpholacha cosúil le bata (Fíor B). Nuair a chroitear iad i dtuaslagán, cruinníonn na fosfailipidí iad féin le chéile i déchiseal criostalach cobhsaithe (Fíor C).
Soláthraíonn na cosa lipid atá comhdhéanta de chroílár an scannáin bacainn hidreafóbach (Fíor D) a scarann an cíteaplasma ón timpeallacht sheachtrach atá ag síorathrú. Cé go bhfuil sláine cíteaplasma á chothabháil ag feidhm bhacainn éighníomhach an lipid, éilíonn próisis saoil malartú gníomhach meitibilítí agus faisnéise idir an cíteaplasma agus an timpeallacht máguaird. Déantar gníomhaíochtaí fiseolaíocha an plasmalemma a idirghabháil ag próitéiní an scannáin .
Tá gach ceann de na thart ar 100,000 próitéin éagsúil a sholáthraíonn don chorp daonna comhdhéanta de shlabhra líneach aimínaigéid nasctha. Tá na “slabhraí” le chéile ó dhaonra fiche aimínaigéad éagsúil. Sainmhínítear struchtúr agus feidhm uathúil gach próitéine ag an seicheamh sonrach aimínaigéid ina slabhra. Sintéisithe mar theaghrán líneach, fillteann na slabhraí aimínaigéad ina dhiaidh sin ina globules uathúla tríthoiseacha. Léiríonn comhfhoirmiú deiridh (cruth) an phróitéin cothromaíocht na dtáillí leictreach i measc aimínaigéid chomhábhair.
Mar gheall ar mhoirfeolaíocht thríthoiseach na bpróitéiní fillte, cuirtear scoilteanna agus pócaí atá múnlaithe go sonrach ar a gcuid dromchlaí. Ceanglóidh móilíní agus iain a bhfuil cruthanna fisiceacha comhlántacha acu agus luchtanna leictreacha le scoilteanna agus pócaí dromchla próitéine le sainiúlacht glas agus eochair. Athraíonn ceangal móilín eile dáileadh lucht leictreach na próitéine. Mar fhreagra air sin, déanfar slabhra aimínaigéad an phróitéin a athfhilleadh go spontáineach chun an dáileadh muirear a athchothromú. Athraíonn refolding comhfhoirmiú na próitéine. Agus é ag aistriú ó chomhfhoirmiú amháin go dtí an chéad cheann eile, cuireann an próitéin gluaiseacht in iúl. Déanann an chill gluaiseachtaí comhfhoirmithe próitéine a úsáid chun feidhmeanna fiseolaíocha a dhéanamh. Tá an obair a ghineann gluaiseacht próitéin freagrach as "saol."
Tá roinnt de na fiche aimínaigéad atá comhdhéanta de shlabhra an phróitéin neamhpholach (hidreafóbach, grámhar le hola). Féachann na codanna hidreafóbach de phróitéiní le cobhsaíocht trí iad féin a chur isteach i gcroílár lipid an scannáin. Síneann na codanna polacha (uisce-ghrámhar) de na próitéiní seo ó cheachtar de dhromchlaí uisce-clúdaithe an scannáin nó ón dá cheann. Tugtar próitéiní lárnacha membrane (IMPanna) ar phróitéiní atá corpraithe laistigh den scannán.
Is féidir IMP membrane a fhoroinnt go feidhmiúil ina dhá rang: gabhdóirí agus éifeachtóirí. Is gléasanna ionchuir iad gabhdóirí a fhreagraíonn do chomharthaí comhshaoil. Is feistí aschuir iad éifeachtaí a ghníomhaíonn próisis cheallacha. Déanann teaghlach de phróitéiní próiseálaithe, atá lonnaithe sa chíteaplasma faoin scannán, gabhdóirí glactha comharthaí a nascadh le héifeachtóirí a tháirgeann gníomh.
Is “antenna” móilíneacha iad gabhdóirí a aithníonn comharthaí comhshaoil. Síneann roinnt antennas gabhdóirí isteach ó aghaidh cíteaplasma an scannáin. “Léann” na gabhdóirí seo an milieu inmheánach agus cuireann siad feasacht ar choinníollacha cíteaplasma ar fáil. Soláthraíonn gabhdóirí eile a shíneann ó dhromchla seachtrach na cille feasacht ar chomharthaí comhshaoil seachtracha.
Is é tuairim na n-eolaíochtaí bithleighis traidisiúnta nach féidir “faisnéis” comhshaoil a iompar ach trí shubstaint na móilíní (Eolaíocht 1999, 284:79-109). De réir an nóisin seo, ní aithníonn gabhdóirí ach “comharthaí” a chomhlánaíonn a ngnéithe dromchla go fisiciúil. Coimeádtar an creideamh ábharaíoch seo cé go bhfuil sé léirithe go soiléir go bhfreagraíonn gabhdóirí próitéine do mhinicíochtaí creathadh. Trí phróiseas ar a dtugtar cúpláil leictrea-chomhfhoirmithe (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14:89-92), is féidir le réimsí fuinnimh tonnchreatha athshondach cothromaíocht na muirear i bpróitéin a athrú. I réimse fuinnimh armónach, athróidh gabhdóirí a gcomhfhoirmiú. Mar thoradh air sin, freagraíonn gabhdóirí membrane d'eolas comhshaoil fisiceach agus fuinniúil.
Cuireann comhfhoirmiú “gníomhachtaithe” gabhdóra in iúl don chill go bhfuil comhartha ann. Soláthraíonn athruithe ar chomhfhoirmiú na ngabhdóirí “feasacht cheallacha.” Ina chomhfhoirmiú “gníomhachtaithe”, féadfaidh gabhdóir glactha comharthaí ceangal a dhéanamh le próitéin éifeachteora a tháirgeann feidhm shonrach nó le próitéin próiseálaí idirghabhálaí. Filleann próitéiní gabhdóirí go dtí a gcomhfhoirmiú “neamhghníomhach” bunaidh agus scarann siad ó phróitéiní eile nuair a scoireann an comhartha.
Is ionann an teaghlach próitéiní éifeachtóra agus feistí “aschur”. Tá trí chineál éagsúla éifeachtóirí ann, próitéiní iompair, einsímí agus próitéiní cítea-chnámharlaigh. Freastalaíonn iompróirí, lena n-áirítear an teaghlach fairsing de chainéil, chun móilíní agus faisnéis a iompar ó thaobh amháin den bhacainn membrane go dtí an taobh eile. Tá einsímí freagrach as sintéis meitibileach agus díghrádú. Rialaíonn próitéiní citoskeletal cruth agus motility na gceall.
Go ginearálta bíonn dhá chomhréir ag próitéiní éifeacht: cumraíocht ghníomhach ina gcuireann an phróitéin a feidhm in iúl; agus cruth “scíthe” ina bhfuil an phróitéin neamhghníomhach. Mar shampla, tá pore oscailte ag próitéin cainéil ina comhfhoirmiú gníomhach trína dtrasnaíonn iain nó móilíní sonracha bacainn an scannáin. Le filleadh ar chomhfhoirmiú neamhghníomhach, cuireann athfhillteach próitéin srian ar an gcainéal seolta agus scoireann sreabhadh na n-ian nó na móilíní.
Agus na píosaí go léir á gcur le chéile againn tugtar léargas dúinn ar an gcaoi a bpróiseálann “inchinn” na cille faisnéis agus a spreagann iompar. Cruthaíonn na comharthaí fuinnimh móilíneacha agus radanta gan líon i dtimpeallacht cille cacophony fíorúil faisnéise. Ar bhealach atá cosúil le claochlú Fourier bitheolaíochta, mothaíonn gabhdóirí dromchla aonair (Fíor H) an timpeallacht chaotic de réir dealraimh agus scagtar amach minicíochtaí sonracha mar chomharthaí iompraíochta. Má fhaightear comhartha athshondach (Fíor I, saighead) spreagann sé athrú comhfhoirmiúil sa chuid cíteaplasma den ghabhdóir (Fíor I, ceann saighde). Cuireann an t-athrú conformational seo ar chumas an ghabhdóra casta a dhéanamh le héifeachtóir ar leith IMP (Fíor J, sa chás seo IMP cainéal). Ceanglaítear an próitéin receptor (Fig. K) ina dhiaidh sin go bhfuil athrú conformational sa phróitéin éifeachtóra (Fíor L, osclaíonn cainéal). Is féidir le gabhdóirí gníomhachtaithe cosáin einsímí a chasadh, atheagrú struchtúrach agus soghluaiseacht a spreagadh nó iompar comharthaí leictreacha agus iain uathúla bíogacha trasna an scannáin a ghníomhachtú.
Feidhmíonn próitéiní próiseálaí mar ghléasanna “ilphléacsacha” sa mhéid is gur féidir leo solúbthacht an chórais chomharthaí a mhéadú. Comhéadann próitéiní den sórt sin gabhdóirí le próitéiní éifeachtóra (P i bhfíor M). Trí chúpláil próitéine próiseálaí “a ríomhchlárú”, is féidir ionchuir éagsúla a nascadh le haschuir éagsúla. Soláthraíonn próitéiní próiseálaí do stór mór iompraíochta ag baint úsáide as líon teoranta IMPanna.
Tiontaíonn IMPanna éifeachtóra comharthaí comhshaoil receptor-mediated go hiompar bitheolaíoch. D'fhéadfadh feidhm aschuir roinnt próitéiní éifeachtóra méid iomlán iompair a fuarthas a léiriú. I bhformhór na gcásanna, áfach, feidhmíonn aschur IMPanna éifeachtóra mar “comhartha” tánaisteach a théann isteach sa chill agus a ghníomhaíonn iompar bealaí próitéine cíteaplasmacha eile. Feidhmíonn próitéiní éifeachtóra gníomhachtaithe mar fhachtóirí trascríobh freisin, comharthaí a spreagann léiriú géine.
Tá iompar na cille á rialú ag gníomhartha comhcheangailte na ngabhdóirí cúpláilte agus na IMPanna éifeachtóra. Soláthraíonn gabhdóirí “feasacht ar an gcomhshaol” agus déanann próitéiní éifeachtóra an fheasacht sin a thiontú ina “mothú fisiceach”. Trí shainmhíniú docht, is aonad bunúsach braistintí é coimpléasc gabhdóra-éifeachtaí. Soláthraíonn aonaid dearcadh próitéine bunús an chonaic bhitheolaíoch. Tuairimí “rialú” iompar cille, ach i bhfírinne, tá cill i ndáiríre “rialaithe” ag creidimh, ós rud é nach gá go mbeadh braistintí cruinn.
Is próiseálaí faisnéise orgánach é an membrane cille. Mothaíonn sé an comhshaol agus déanann sé an fheasacht sin a thiontú ina “fhaisnéis” a d’fhéadfadh tionchar a imirt ar ghníomhaíocht conairí próitéine agus a rialaíonn slonn na ngéinte. Léann cur síos ar struchtúr agus ar fheidhm an scannáin mar seo a leanas: (A) bunaithe ar eagrú a mhóilíní fosfailipidí, is criostail leachtach é an scannán; B) má iompar rialáilte faisnéise ar fud an bhacainn hidreafóbach ag próitéiní éifeachtóra IMP is leathsheoltóir an scannán; agus © tá IMPanna a fheidhmíonn mar gheataí (gabhdóirí) agus mar chainéil ag an scannán. Mar leathsheoltóir criostail leachtach le geataí agus bealaí, is trasraitheoir próiseála faisnéise é an membrane, sliseanna ríomhaire orgánach.
Seasann gach coimpléasc receptor-éifeachtaí do BIT bitheolaíoch, aonad braite amháin. Cé gur cuireadh an hipitéis seo i láthair go foirmiúil den chéad uair i 1986 (Lipton 1986, Planetary Assoc. for Clean Energy Newsletter 5:4), tá an coincheap seo fíoraithe ó thaobh na teicneolaíochta de. Cheangail Cornell agus daoine eile (Nature 1997, 387:580-584), scannán le foshraith scragall óir. Trí na electrolytes idir an membrane agus an scragall a rialú, bhí siad in ann oscailt agus dúnadh bealaí receptor-gníomhachtaithe a dhigitiú. Is struchtúir homalógacha iad an chill agus an tslis.
Is “sliseanna ríomhaire” carbóinbhunaithe í an chill a léann an timpeallacht. Tá a “mhéarchlár” comhdhéanta de ghabhdóirí. Cuirtear faisnéis chomhshaoil isteach trína “eochracha” próitéine. Aistrítear na sonraí go hiompar bitheolaíoch ag próitéiní éifeachtóra. Feidhmíonn na BITanna IMP mar lasca a rialaíonn feidhmeanna cille agus léiriú géine. Seasann an núicléas do “dhiosca crua” le bogearraí códaithe DNA. Cuireann dul chun cinn le déanaí sa bhitheolaíocht mhóilíneach béim ar nádúr léite/scríofa an tiomántáin chrua seo.
Suimiúil go leor, tá tiús an scannáin (thart ar 7.5 nm) socraithe ag toisí an déchiseal fosfailipíd. Ós rud é go bhfuil trastomhas IMPs membrane thart ar 6-8 nm, ní féidir leo ach monolayer a dhéanamh sna haonaid membrane.Ní féidir le haonaid IMP cruachta a dhéanamh ar a chéile, tá níos mó aonad braite a chur leis ceangailte go díreach le méadú ar achar dromchla an scannáin. De réir na tuisceana seo, is éifeachtaí a dhéanfaí éabhlóid, leathnú na feasachta (.i. breisIMPanna a chur leis) a mhúnlú trí úsáid a bhaint as céimseata fractal. Is féidir nádúr fractal na bitheolaíochta a thabhairt faoi deara sna hathbhreithnithe struchtúracha agus feidhmiúla a breathnaíodh i measc ordlathas na cille, orgánaigh ilcheallacha (duine) agus pobail na n-orgánach ilcheallach (an tsochaí dhaonna).
Fágann an dearcadh nua seo ar mheicníochtaí rialaithe cille sinn ó na teorainneacha a bhaineann le cinntitheacht ghéiniteach. Seachas a bheith ag iompar mar uathoibrithe géiniteacha ríomhchláraithe, tá iompar bitheolaíoch nasctha go dinimiciúil leis an gcomhshaol. Cé gur leag an cur chuige laghdaitheach seo béim ar mheicníocht na bpróitéiní braite aonair, cuireann tuiscint ar an meicníocht phróiseála béim ar nádúr iomlánaíoch na n-orgánach bitheolaíoch. Léiríonn léiriú na cille aitheantas gach spreagadh comhshaoil a bhraitear, idir fhisiciúil agus fuinniúil. Mar thoradh air sin, d'fhéadfadh "Croí an Leighis Fuinnimh" a fháil go fírinneach i draíocht an scannáin.