Ji Bridges, 2001 Vol 12 (1): 5 ISSEEM
Her çend mirovek ji pêncî trîlyon şaneyî pêk tê jî, di laşên me de fonksiyonên fîzyolojîk ên ku berê di biyolojiya şaneya yek, nukleer (eukaryotî) de ne berê bûn, tune. Organîzmayên yek-şaneyî, wekî amîba an paramesiyûm, xwedan hevberên sîtolojîk ên pergala digestive, pergalek derxistî, pergalek nefesê, pergalek mûzîk-îskeletî, pergala parastinê, pergala hilberandinê û pergala dil-reh, di nav yên din de. Di mirovan de, van fonksiyonên fîzyolojîk bi çalakiya organên taybetî re têkildar in. Heman pêvajoyên fîzyolojîk di şaneyan de ji hêla pergalên organên piçûk ên ku organel têne gotin ve têne kirin.
Jiyana hucreyî bi rêkûpêk birêkûpêkkirina fonksiyonên pergalên fîzyolojîkî yên şaneyê tê domandin. Vegotina repertuarên tevgerî yên pêşbînî tê wateya hebûna "pergala rehikan" a şaneyê. Vê pergalê li hember teşwîqên hawîrdorê bertekên tevgerî yên guncan digire. Organela ku lihevanîn û bertekên şaneyê li hawîrdorên wê yên hundurîn û derveyî hevrêz dike dê hevkêşeya sîtoplazmiya "mêjî" temsîl bike.
Ji ber ku di destpêka 1950-an de kodika genetîkî şikest, biyolojîstên şaneyê ji têgîna diyarkeriya genetîkî re, ya ku gen biolojî "kontrol" dikin, ecibandin. Bi rastî hemî genên şaneyê di organeza herî mezin a şaneyê de, navikê de hene. Ramana kevneşopî nukleerê wekî "navenda ferman" a şaneyê dihesibîne. Bi vî rengî, navok dê hevkêşeya hucreyê ya "mejî" temsîl bike.
Determînîzma genetîkî destnîşan dike ku derbirîn û çarenûsa organîzmayek di koda wê ya genetîkî de di serî de "pêşîn" e. Bingeha genetîkî ya derbirîna organîzmayê di zanistên biyolojîkî de wekî rastiyek lihevhatî ye, baweriyek ku em referansa xwe ji bo tenduristî û nexweşiyê vedihewînin. Ji ber vê yekê têgihiştin ku hestiyariya li hember hin nexweşiyan an derbirîna tevgera bêserûber bi gelemperî bi xêza genetîkî ve girêdayî ye, û carinan jî, mutasyonên jixweber. Bi dirêjkirinê, di heman demê de ji hêla pirraniya zanyariyan ve jî tê fêhm kirin ku hiş û hişmendiya mirovan di molekulên pergala rehikan de "kodkirî" ne. Ev di serî de feraseta ku derketina hişmendiyê "xiyala di makîneyê de" nîşan dide, pêş dixe.
Pêşengtiya DNA-yê di bandor û serastkirina tevger û peresana biyolojîkî de li ser ramanek bêbingeh bingeh digire. Gotarek bingehîn a HF Nijhout (BioEssays 1990, 12 (9): 441-446) vedibêje ka têgihên di derheqê "kontrol" û "bernameyên" genetîkî de di destpêkê de wekî metelok hatine fêr kirin ku ji bo diyarkirina rêberên lêkolînê bibin alîkar. Vê hîpoteza mecbûrî ya ji pêncî salan de dubarekirina berbelav ev e ku "metafora modelê" dibe "rastiya mekanîzmayê", tevî tunebûna delîlên piştrastker ên berbiçav. Ji ber ku raman bernameya genetîkî wekî "pileya jorîn" li ser nêrdewana kontrola biyolojîkî giran dike, genan statûya ajanên sedemkar di derxistina derbirîn û tevgera biyolojîkî de stendin (mînakî, genên sedema kanserê, alkolîzm, heta tawanbarî).
Têgihiştina ku navok û genên wê "mejiyê" şaneyê ne, hîpotezek neguhêzbar û ne mentiqî ye. Ger mêjî ji heywanek were derxistin, têkçûna entegrasyona fîzyolojîk dê tavilê bibe sedema mirina organîzmayê. Ger nukle bi rastî mejiyê şaneyê temsîl dikir, wê hingê rakirina nukleerê dê bibe sedema sekinandina fonksiyonên xaneyê û tavilê mirina xaneyê. Lêbelê, şaneyên bi ezmûnî enekirî dibe ku du an jî zêdetir mehan bi derketina genan re bijîn, û dîsa jî ew dikarin bersîvên tevlihev ên li hember hişyarkerên hawîrdor û sîtoplazmî bidin (Lipton, et al., Differentiation 1991, 46: 117-133). Mantiq destnîşan dike ku navok nikare bibe mejiyê şaneyê!
Lêkolînên li ser şaneyên mirov ên klonkirî min gihande wê zanebûnê ku plasmalemma şaneyê, ku bi gelemperî wekî şaneya şaneyê tête binavkirin, "mejiyê" şaneyê temsîl dike. Membranên şaneyê, yekem organala biyolojîkî ya ku di peresanê de xuya dike, tenê organelek hevpar a her organîzmayek zindî ye. Membranên şaneyê sîtoplazmayê parve dikin, wê ji keriyên derûdora derve vediqetînin. Di kapasîteya astengiya xwe de, membran dihêle ku şane "kontrola" xwe ya hişk li ser jîngeha sîtoplazmî bidomîne, ev yek di pêkanîna bertekên biyolojîkî de pêdivî ye. Membranên şaneyê ew qas tenik in ku ew tenê bi karanîna mîkroskopa elektronê têne dîtin. Di encamê de, hebûn û derbirîna gerdûnî ya avahiya mewlûdê tenê li dor sala 1950 bi zelalî hate saz kirin.
Di mîkrografên elektronan de, şaneya şaneyê wekî "çermek" zuwa ya zirav (<10nm), sê-laye (reş-spî-reş) a şaneyê pêçayî xuya dike. Sadebûna bingehîn a avahiya membrana şaneyê, ku ji bo hemî organîzmayên biyolojîkî yeksan e, biyolojîstên hucreyê dixapîne. Piraniya pêncî salên paşîn, membrana wekî "pasîf", sekinandina nîv-permeable, ku dişibihe "pelika plastîk" a nefesbar, ku fonksiyona wê tenê sîtoplazmayê bû tê fêhm kirin.
Xuyangiya qatkirî ya membrana rêxistina blokên avahiya wê yên fosfolîpîd nîşan dide. Ev molekulên teşikên lûlipopî amfîpatik in, ew hem xwedan serê fosfata polar gloverî ne (Wêne A) û hem jî du lingên ne polar ên mîna darê (Figureikil B). Dema ku di çareseriyê de tê hejandin, fosfolîpîd bi xwe di nav du qatek krîstal aramker de kom dibin (Wêne C).
Lingên lîpîd ên ku navika navmalê pêk tê astengiyek hîdrofobîk peyda dike (Wêne D) ku sîtoplazmayê ji hawîrdora derveyî ya her gav diguheze parçe dike. Dema ku yekparçebûna sîtoplazmî ji hêla fonksiyona astengiya pasîf a lipîd ve tê domandin, pêvajoyên jiyanê hewce dike ku danûstendina çalak a metabolîtan û agahdariya di navbera sîtoplazmayê û hawîrdora derdorê de. Çalakiyên fîzyolojîk ên plasmalemma ji hêla proteînên membranê ve têne navbirin.
Her yek ji nêzîkê 100,000 proteînên cihêreng ên ku ji bo laşê mirovan peyda dikin ji zincîrek xêzik a amîno asîdên girêdayî pêk tê. "Zincîr" ji nifûsa bîst asîdên amînoyî yên cuda têne civandin. Avahî û fonksiyona bêhempa ya her proteînek bi rêza taybetî ya amîno asîdên ku zincîra wê pêk tîne ve tê vegotin. Zincîreyên amîno asîd wekî zincîreke xêzkirî hatine sentez kirin dûv re li gloverên sê-dîmenî yên bêhempa qat dibin. Têkiliya (şeklê) dawîn a proteînê hevsengiya barkêşên kehrebayî di nav amîno asîdên wê yên pêkhatî de nîşan dide.
Morfolojiya sê-dîmenî ya proteînên pêçayî rûyên wan bi şekl û kîsên bi taybetî teşe digire. Molekul û îyonên xwedan teşeyên fîzîkî û barên elektrîkê yên temamker dê bi taybetmendiya kilît-kilîtê bi çîpên rûyê proteîn û kîsikan ve girêbidin. Girêdana molekulek din belavkirina barê elektrîkê ya proteînê diguherîne. Di bersivê de, zincîra asîdê amînoyî ya proteîn dê bixweber ji nû ve vejîne ku belavkirina bargê ji nû ve hevseng bike. Refolding çêkirina proteînê diguherîne. Di veguheztina ji yek konformasyonê de ya din, proteîn tevgerê îfade dike. Tevgerên lihevhatî yên proteîn ji hêla şaneyê ve têne girtin da ku fonksiyonên fîzyolojîk pêk bînin. Karê ku ji hêla tevgera proteîn ve hatî çêkirin ji "jiyanê" berpirsiyar e.
Hejmarek ji bîst asîdên amînoyî yên ku zincîra proteînê pêk tînin ne-polar in (hîdrofobî, hezkirina rûn). Beşên hîdrofobîk ên proteînan bi têxistina xwe di nav lepika lipîdê ya membraneyê de li aramiyê digerin. Dabeşên polarî (av-hezker) ên van proteînan ji her du an jî ji herdu rûkên dorpêçandî yên avê yên membranê dirêj dibin. Ji proteînên ku di nav membranê de hatine bicîh kirin re proteînên membrana entegral (IMP) têne gotin.
IMP-ayên mewlûdê dikarin bi fonksiyonel bibin du çîn: receptor û bandorker. Receptors cîhazên ketinê ne ku bersivê didin îşaretên hawîrdorê. Effectors cîhazên derketinê ne ku pêvajoyên şaneyê çalak dikin. Malbatek proteînên prosesor, ku di sîtoplazmaya binê membraneyê de cih digire, xizmetê dikin ku bi rehberên çalak-hilberîn re receptorên wergirên îşaretê girêdin.
Receptors "antên" molekulî ne ku sînyalên jîngehê nas dikin. Hin antên receptor ji rûyê sîtoplazmî yê membranê ber bi hundur ve dirêj dibin. Van receptorên hawîrdora navxweyî "dixwînin" û haya wan ji mercên sîtoplazmî heye. Receptorên din ên ji rûyê derveyê şaneyê dirêj dibin haya sînyalên derûdora derveyî didin.
Zanistên biyojkî yên kevneşopî dibêjin ku "agahdariya" hawîrdor tenê bi madeya molekûlan dikare were hilgirtin (Science 1999, 284: 79-109). Li gorî vê têgînê, receptor tenê "sînyalên" ku taybetmendiyên rûyê wan bi fîzîkî temam dikin nas dikin. Ev baweriya materyalîst tê domandin her çend bi firehî hatibe xuyang kirin ku receptorên proteînê bersivê didin frekansên lerizîn. Bi navgîniya pêvajoyek ku wekî hevgirtina elektrokomformasyon tê zanîn (Tsong, Trends in Biochem. Sci. 1989, 14: 89-92), qadên enerjiya lerzokî ya rezonant dikarin hevsengiya bargiraniyên proteînek biguherînin. Di qada enerjiya ahengsaz de, receptor dê formasyona xwe biguherînin. Di encamê de, receptorên membran hem ji bo agahdariya hawîrdorê ya fîzîkî hem jî ji enerjiyê bersivê didin.
Têkiliya "aktîfkirî" ya receptorek şaneyê hebûna îşaretekê agahdar dike. Guhertinên di sazûmana receptor de "haydarbûn" a hucreyî peyda dike. Di rahijmendiya xwe ya "aktîfkirî" de, receptorek wergir a îşaretê dibe ku bi proteînek bandor a hilberîner a fonksiyonê an jî bi proteîna pêvajoyê ya navbirî ve girêdayî be. Proteînên receptor vegeriyane guherîna xweya "neçalak" a xwemal û dema ku sînyal radibe ji proteînên din vediqetin.
Malbata proteînên efektêr alavên "derketin" temsîl dikin. Sê celebên cuda yên bandorker, proteînên veguhastinê, enzîm û proteînên sîtoskeletal hene. Veguhastin, ku tê de malbata berfireh a qenalan, ji bo veguheztina molekul û agahiyan ji aliyekê astenga membrana ber bi ya din ve. Enzîm berpirsiyar in ji sentez û hilweşandina metabolîzma. Proteînên sîtoskeletal şekil û tevgera xaneyan birêkûpêk dikin.
Proteînên efektêr bi gelemperî xwediyê du guherînan in: veavakirina çalak a ku proteîn fonksiyona xwe vedibêje; û konformasyonek "bêhnvedanê" ku proteîn neçalak e. Mînakî, proteînek kanalê di pevguheztina xweya çalak de xwedan porek vekirî ye ku bi saya wê îyon an molekulên taybetî bendava membranê derbas dikin. Dema ku vedigere konformasyonek neçalak, refolandina proteîn kanala barkirinê teng dike û herikîna îyon an molekûlan radiweste.
Bi danîna hemî perçeyan li cem me têgihiştin heye ka "mêjiyê" şaneyê çawa agahdariyê pêvajo dike û tevger derdixe. 'Sşaretên enerjiyê yên bêhejmar ên molekuler û radyoyî li hawîrdora şaneyekê kakofoniya rastîn a agahdariyê diafirîne. Bi rengek ku dişibihe veguherînek Fourier ya biyolojîkî, receptorên rûyê kesane (Hêjîrê H) hawîrdora kaosê ya eşkere xuya dikin û frekansên taybetî wekî îşaretên tevgerî parzûn dikin. Wergirtina îşaretek rezonant (Hêjîrê. I, tîr) di beşa sîtoplazmî ya receptor de guherînek lihevhatî çêdike (Hêjîrê. I, serê tîr). Vê guherîna lihevhatî dihêle ku receptor bi IMP efektorek taybetî re tevlihev bibe (Hêjîrê J, di vê rewşê de kanala IMP). Bendkirina proteîna receptor (jimar K) di dorê de guherînek lihevhatî ya proteîna bandorê çêdike (Hêjîrê. L, kanal vedike). Receptorên aktîfkirî dikarin rêyên enzîmê vegirin, ji nû ve rêxistinbûn û livînê pêk bînin an veguhastina îşaretên elektrîkê û iyonên bi yekta pulsandî yên li ser membranê çalak bikin.
Proteînên pêvajoîner wekî alavên "multiplex" in ku ew dikarin pirrengiya pergala sînyalê zêde bikin. Proteînên weha receptorên bi proteînên bandorê re têkilî danîne (P di wêneya M de). Bi "bernamekirinê" re pevgirêdana proteîna pêvajoyê, cûrbecûr ketan dikare bi cûrbecûr encaman ve were girêdan. Proteînên pêvajoyê bi karanîna hejmarek IMP-a repertûara reftara mezin peyda dikin.
Bandora IMP-ê sinyalên hawîrdorê yên bi navgîniya receptor veguherînin tevgera biyolojîkî. Fonksiyona derketina hin proteînên bandorker dibe ku temamê tevgereke jêbirî temsîl bike. Lêbelê, di pir rewşan de, derketina bandorên IMP bi rastî wekî "sînyalek" duyemîn e ku dikeve şaneyê û tevgera rêgezên din ên proteîna sîtoplazmî çalak dike. Proteînên efektîv ên aktîfkirî her weha wekî faktorên veguheztinê, sînyalên ku vegotina genê derdixin jî xizmetê dikin.
Reftara şaneyê ji hêla tevgerên tevlihev ên rasporên hevgirtî û bandora IMP-ê ve tê kontrol kirin. Receptors "hay ji hawîrdorê" peyda dikin û proteînên bandorê wê hişmendiyê vediguherînin "hesta laşî". Bi pênasek hişk, tevliheviyek receptor-efektor yekeya bingehîn a têgihiştinê temsîl dike. Yekeyên têgihiştina proteîn bingeha hişmendiya biyolojîkî peyda dikin. Têgihiştin tevgera şaneyê "kontrol" dikin, her çend di rastiyê de, şaneyek bi rastî ji hêla baweriyan ve "tê kontrol kirin", ji ber ku têgihiştin dibe ku ne hewce be rast bin.
Membrana şaneyê pêvajoyek agahdariya organîk e. Ew hawîrdorê hîs dike û wê hişmendiyê vediguhêzîne "agahdariyê" ku dikare çalakiya riyên proteînan bandor bike û vegotina genan kontrol bike. Danasînek li ser avahî û fonksiyona membranê wiha tê xwendin: (A) li ser bingeha rêxistina molekulên wê yên fosfolîpîd, membranek krîstalek şile ye; B) veguhastina birêkûpêk a agahdariyê li seranserê astenga hîdrofobîk ji hêla proteînên bandora IMP ve membrana nîvserbar dike; û © membrana bi IMP-an e ku wekî dergeh (receptor) û qenalan kar dikin. Wekî nîvserbarê krîstala şile ya xwedî dergeh û qenal, membranek transîstorek pêvajoykirina agahdariyê ye, çîpek organîk a organîk e.
Her kompleksa receptor-bandorê BIT-a biyolojîkî, yeka yekeya têgihiştinê temsîl dike. Her çend ev hîpotez yekem car bi fermî di 1986-an de hate pêşkêş kirin (Lipton 1986, Planetary Assoc. For News Energy News Cleaner 5: 4), lê ji nû ve konsept ji hêla teknolojîkî ve hate rastandin. Cornell û yên din (Nature 1997, 387: 580-584), membranek bi substratek pelika zêrîn ve girêdan. Bi kontrolkirina elektrolîtên di navbêna membran û pelikê de, wan karibû ku vebûn û girtina kanalên receptor-aktîfkirî dîjîtal bikin. Hucre û çîp avahiyên homolog in.
Hucre "çîpek computer" a bingeha karbonê ye ku jîngehê dixwîne. "Klavyeya" wê ji wergiran pêk tê. Agahdariya hawîrdorê bi navgîniya "mifteyên" proteîna wê ve tête kirin. Daneyên ji hêla proteînên bandor ve veguherînin tevgera biyolojîkî. IMP BITs wekî swîtên ku fonksiyonên şaneyê û vegotina genê rêkûpêk dikin, kar dikin. Nûkle bi nermalava kodnîgariya DNA ve "hard disk" temsîl dike. Pêşkeftinên vê dawiyê yên biyolojiya molekulî cewherê xwendin / nivîsandina vê ajokra hişk giran dike.
Balkêş e ku, qalindahiya membrana (bi qasî 7.5 nm) ji hêla pîvanên du-qatî fosfolîpîd ve tête rast kirin. Ji ber ku IMP-ên membrana wan bi dorûbera 6-8 nm in, ew tenê dikarin di nav lebatê de monoyek çêbikin. Yekîneyên IMP-ê nekarin li ser hev bicivin, lêzêdekirina bêtir yekeyên têgihiştinê rasterast bi zêdebûna qada rûvî ya membran ve girêdayî ye. Bi vê têgihiştinê, peresendî, berfirehkirina hişmendiyê (ango, lêzêdekirina moreIMPs) dê bi karanîna geometriya fractal bi rengek herî bi bandor were model kirin. Xwezaya fractal a biyolojiyê dikare di dubarekirinên pêkhatî û fonksiyonelî yên ku di nav hiyerarşiya şaneyê, organîzmayên pir hucreyî (mirov) û civakên organîzmayên pir hucreyî (civaka mirovî) de têne dîtin, were dîtin.
Ev têgihiştina nû ya li ser mekanîzmayên kontrolkirina şaneyê me ji sînorên diyarkeriya genetîkî azad dike. Li şûna ku wekî otomatên genetîkî yên bernamekirî tevbigerin, tevgera biyolojîkî bi dînamîkî bi jîngehê ve girêdayî ye. Her çend vê nêzikatiya kêmkirina mekanîzmaya proteînên têgihiştina takekesî xuyang kiribe jî, têgihîştina mekanîzmaya pêvajoyê cewherê tevkujî ya organîzmayên biyolojîk giran dike. Vegotina şaneyê naskirina hemî teşwîqên hawîrdorê yên têgihîştî, hem fîzîkî û hem jî enerjî nîşan dide. Di encamê da, dibe ku "Dilê Tenduristiya Enerjiyê" bi rastî di efsûna membranê de were dîtin.