نموذج بسيط مكون من مواد كيميائية يمكن أن يؤدي إلى فهم أفضل لبنية وتنظيم الخلية، وفقا لدستور جامعة ولاية بنسلفانيا
يمكن لنموذج بسيط مكون من مواد كيميائية أن يؤدي إلى فهم أفضل لبنية الخلية وتنظيمها، وفقًا لدستور جامعة ولاية بنسلفانيا. "الخلايا البيولوجية مثيرة للاهتمام لأنها تظهر تنظيمًا حتى على مستوى السيتوبلازم (سائل الخلية خارج النواة)، وبينما يقدر الباحثون أن هذا التنظيم مهم لوظائف الخلية، فإنه ليس من الواضح دائمًا كيف يتم هذا التنظيم وقالت كريستين كيتنغ، أستاذة الكيمياء: "لقد تم تحقيق ذلك". وتشرح قائلة: "إننا نستخدم منهج كيمياء المواد في تطوير نماذج تجريبية بسيطة لتنظيم السيتوبلازم".
السيتوبلازم هو المادة التي تملأ الخلية البيولوجية وهي مملوءة بكثافة بمركبات كبيرة جدًا. إنه "يغلف" العضيات - وهي أعضاء صغيرة مثل الميتوكوندريا ونواة الخلية. على عكس أنواع العضيات، فإن السيتوبلازم هو خاصية أساسية لجميع الخلايا. تحدث العديد من العمليات البيوكيميائية المهمة في السيتوبلازم، وبالتالي فهو مثير للاهتمام باعتباره مكونًا رئيسيًا لوظيفة الخلية.
إن إنشاء خلية اصطناعية تحتوي على عضيات سوف يكون مهمة هائلة، ولكن إنشاء خلية تظهر التنوع والكثافة الجزيئية ــ أو بعبارة أخرى، تركيبة غير موحدة ــ أمر ممكن من خلال استخدام مركبات بوليمرية كبيرة وغشاء دهني.
استخدم الباحث الدهون لإنتاج الحويصلات - فقاعات صغيرة بحجم خلية الغشاء الدهني - في محلول مائي من اثنين من البوليمرات الكبيرة. وفي إحدى الحالات، استخدمت البولي إيثيلين جلايكول (PEG) - وهو بوليمر شائع - والدكستران - وهو سكر مبلمر لإنشاء الخلية.
وأوضح الباحث: "ليس لأي من هذه المركبات أهمية لنشاط الخلية، لكنها توضح إمكانية فصل مركبات كبيرة داخل الخلية دون وجود غشاء داخلي". عادة، يكون السيتوبلازم مليئًا بمركبات كبيرة مثل: البروتينات والأحماض النووية والسكريات.
خلط كمية صغيرة من PEG، وكمية صغيرة من الدكستران والماء والدهون المجففة يسمح للدهون بامتصاص الماء وتشكيل نفطة. قام كلا النوعين من البوليمرات بملء الحويصلات بنفس التركيزات التي كانت موجودة في السائل المحيط بالحويصلات. على الرغم من أن الغشاء الدهني يغلف خليط البوليمر في الماء، فقد تم تقسيم المادة إلى مجمعين منفصلين، أحدهما يحتوي على تركيز أعلى من PEG، والآخر يحتوي على تركيز أعلى من ديكستران.
ويشير الباحث الرئيسي إلى أن "المواد لم تمر بفصل كامل حيث يوجد نوع واحد من البوليمر فقط في منطقة واحدة والآخر في منطقة أخرى بعيدة تماما". "ومع ذلك، فإن الطبقتين المائيتين مختلفتان بدرجة كافية بحيث تفضل المركبات الإضافية، مثل: البروتينات أو الأحماض النووية، طبقة واحدة على الأخرى وسيزداد تركيزها هناك."
وفي مواد أخرى، تمكن الباحثون من إنشاء طبقة مائية منفصلة لما يصل إلى 15 مركبًا مختلفًا. وبالمثل، فمن الممكن وجود فواصل متعددة أيضًا في سيتوبلازم الخلية. يعرف علماء الأحياء أن الإنزيمات والبروتينات الأخرى تميل إلى التجمع معًا في مجمعات معينة في الخلية في أوقات معينة. سيساعد هذا الازدحام على حدوث التفاعلات الكيميائية في المسارات الأيضية بشكل أسرع لأن المواد المتفاعلة اللازمة للخطوة التالية ستكون موجودة في مكان قريب. يمكن أن يؤدي تطبيق الحرارة أو التغيرات في الضغط الأسموزي إلى اختلاط المواد المنفصلة معًا. ومع ذلك، عند التبريد أو العودة إلى الضغط الأصلي، سوف تنفصل المواد مرة أخرى.
وقال الباحث: "يجب أن يكون تجميع المواد في خلية اصطناعية وعكس هذه العملية ممكنا". "ثم يمكننا تجميع مركبات معينة نريدها في وقت معين وفصلها بعد ذلك، وذلك للتحكم في نشاطها."
ويرى الباحث أن بعض التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلية يمكن التحكم فيها من خلال عملية التجميع والتشتت. إذا تمكنت من إنتاج هذا النوع من التجمع في خلاياها الاصطناعية، فيمكن دراسة هذا النظام بسهولة أكبر.
قال الباحث: "الإجابة على سؤال ما إذا كان يمكن استخدام الكيبوتس في هذا الدور ربما تكون إيجابية". "ومع ذلك، فإن إثبات ذلك ليس بالأمر السهل على الإطلاق. وباستخدام نظام نموذجي بسيط وقابل للعكس، يمكننا اختبار هذه الفكرة ومعرفة طبيعة ومستوى هذا العامل."
تُظهر هذه الخلايا البدائية أيضًا ازدحامًا جزيئيًا كبيرًا في السيتوبلازم، والذي يحدث بسبب حقيقة أن الجزيئات الكبيرة، مثل البروتينات، تتنافس مع بعضها البعض على نفس الحجم المحدد. تحتوي الجزيئات الكبيرة على سلاسل طويلة من الذرات، متفرعة أحيانًا، ويوجد داخل بنيتها قدر كبير من الحجم الحر. عندما تقف أمام مركب كبير آخر، لا تستطيع هذه الجزيئات الكبيرة ملء نفس الحجم الذي كان عليه حجمها الأصلي، وبالتالي تتقلص إلى الداخل، وتملأ جزءًا من الحجم الحر وتصبح في النهاية أقل حجمًا (أكثر ضغطًا)، دون أي فقدان للكتلة.
تتصرف الجزيئات الكبيرة المضغوطة بشكل مختلف عن الجزيئات الكبيرة غير المضغوطة. يمكن أن تختلف معدلات تفاعل الجزيئات الكبيرة الكثيفة بشكل كبير مقارنة بمعدلات نفس الجزيئات في حجم غير محدود. ستسمح هذه الخلايا الاصطناعية ذات السيتوبلازم الاصطناعي للعلماء بدراسة تأثيرات الازدحام الجزيئي بطريقة خاضعة للرقابة. يقوم الباحثون أيضًا بدراسة تأثيرات الاستقطاب وإضافة أنواع أخرى من المركبات على هذه الخلايا غير المتجانسة.
وقال الباحث: "أحد الأشياء التي ننظر إليها هو مسألة كيفية تصرف الحمام في هذا النوع من الخلايا النموذجية". "نحن مهتمون بالاستفادة من تأثير الأيونات الشائعة مثل البوتاسيوم والمغنيسيوم على بنية ونشاط البروتينات والأحماض النووية."
قد تقدم هذه الخلايا الاصطناعية، التي تحتوي على بوليمرات، نظامًا تجريبيًا بسيطًا للغاية لفحص العمليات التي تحدث في بيئة الخلايا البيولوجية الأكثر تعقيدًا.
تعليقات 11
صبابا.
البتولا:
إزالة القلق من قلبك.
يتم أخذ الجميع على محمل الجد هنا ولا توجد "شروط قبول" من حيث المعرفة.
صدفة
أنا يتم أخذي على محمل الجد، أليس كذلك؟
خذوني على محمل الجد، ربما تبدو الأشياء التي أكتبها أحيانًا غبية أو جاهلة، لكنني مجرد شاب، ربما أصغر منكم جميعًا.
صبابا
حسنًا، أردت أن أقول نكتة، لكن من ناحية أخرى، كما كتبت - في الكتابة، لا يستطيع الناس دائمًا فهم اللهجة وقبول ما هو مكتوب بسخرية على أنه مزحة. لذا، لكي تكون آمنًا، وحتى لا تسيء إليك، أضفت "فقط" لضمان تلقي كل شيء بروح طيبة 🙂
لا، أعني أولئك الذين لا يعرفون حقًا كيف يقولون نكتة، وبدلاً من ذلك يقولون شيئًا غير مضحك حقًا ثم يكتبون "فقط". ومن ناحية أخرى، فهو جهاز كمبيوتر لذا فمن الصعب بعض الشيء التعبير عن النكتة بالكتابة.
آسف، لم أستطع مقاومة التعليق 🙂
يا أورين هل أنت منهم؟
لا بأس، نحن نتجاهلك دائمًا…. مجرد! 🙂
حسنًا، اترك ما كتبته من قبل، الآن لاحظت أنه مكتوب نموذج.
انتظر، ولكن إذا تمكنوا من إنشاء خلية اصطناعية فهذا يعني أنهم خلقوا الحياة (إلا إذا كانوا يقصدون اصطناعيًا حقيقيًا، والذي لا يعمل تمامًا كما تعمل الخلية الحية)، فهم لم يتمكنوا حقًا من إنشاء خلية حية، لقد فعلوا ذلك هم؟
ببساطة لأن المقال يوضح أنهم تمكنوا من خلق خلية حية مثل الخلية الحقيقية، وهذا لا يبدو صحيحًا لأننا ربما نسمع عنها من وسائل الإعلام.