10/11
حیات اولیه ، سلول اولیه
در این قسمت از مطلب بعد از اینکه اولین سلول ها به وجود آمدند . در طی چندین میلیارد سال واگرایی یافته و تنوع زیستی را که امروز مشخصه ی سیاره ی ما است ، ایجاد کردند . فتوسنتز ، تنفس هوازی و ساختار یوکاریوتی پیشرفت های بزرگی هستند که در طی تاریخ حیات ایجاد شده اند . آثار سنگواره ای ، بسیاری از چیزهایی را که در مورد تاریخچه ی حیات می دانیم به ما می گویند از جمله اینکه چه انواعی از موجودات زنده وجود داشتند و در کجا و چه زمانی زندگی می کردند . بعضی از موجودات زنده در آثار سنگواره ای ظاهر شده و سپس ناپدید گشتند و به وسیله ی موجودات زنده دیگر جایگزین شدند . و به دنبال آنها یوکاریوت های تک سلولی به وجود آمدند . اولین یوکاریوت های چندسلولی که جانورانی نرم تن بودند و سنگواره های زیادی از آنها به جانمانده است ، که میلیون ها سال قبل در اقیانوس پدیدار شدند.
•تولید مثل مولکولی یک مرحله ی بسیار مهم در پیدایش سلول ها بود .
در سلول های زنده اطلاعات ژنتیکی در اسید نوکلئیک DNA ذخیره می شوند و به صورت RNA پیامبر mRNA رونویسی شده و به نوبه خود به صورت آمینواسیدهای مناسب در پروتئین ها ترجمه می شود . هر سه ماکرومولکول در ترتیب ، پروتئین ،RNA, DNA دارای اطلاعات دقیق می باشند ، ولی فقط DNA, RNA قادر به همانندسازی هستند ، ولی این را بدانید که این امر در حضور آنزیم های مناسب صورت می گیرد . به این دلیل که هم RNA,هم DNA می توانند با روند مشابهی در خاک رس تشکیل شوند ، آیا این سوال برای شما پیش نیامد که کدام یک از این مولکول ها RNA یا DNA در دنیای پیش حیاتی برای اولین بار ظاهر شدند . دانشمندان زیادی بر این عقیده هستند که RNA اولین مولکول اطلاعاتی بوده است که در پیشرفت به سمت سلول های خودکفا و خود تکثیر تکامل یافته است و پروتئین ها ، DNA بعدها ایجاد شده اند ، شرایط شیمیایی زمین پیش حیاتی ،RNA ی خود همانندسازی را ایجاد کرد که هم به عنوان آنزیم و هم به عنوان سوبسترا برای همانندسازی خود عمل می کرد . همانندسازی RNA ، در دنیای RNA را با طرحی به شکل فلش دایرن ای نشان می دهیم.
خصوصیات RNA این است که اغلب دارای خواص کاتالیتیک می باشد . چنین RNA های آنزیمی را ریبوزیم می نامند . قبل از تکامل سلول های حقیقی ، احتمالا ریبوزیم ها در خاک رسی ، آبگیرهای کم عمق صخره ای و یا منافذ آب گرم که احتمالا حیات در آنها منشا گرفته است ، همانندسازی خود را کاتالیز می کردند . وقتی که رشته های RNA به یک لوله ی آزمایش فاقد آنزیم و حاوی نوکلئوتید های RNA اضافه ، نوکلئوتیدها به هم متصل شده و مولکول های کوتاه RNA تشکیل می شوند . وجود دنیای RNA ی اولیه در تاریخ حیات هرگز قابل هرگز قابل اثبات نیست ، اما ازمایش های مربوط به تکامل آزمایشگاهی که تکامل هدفمند نیز نامیده می شوند ، امکان پذیر بودن آن را نشان داده اند . یک سوال مهم در مورد دنیای RNA مبنی بر اینکه آیا مولکول های RNA می توانستند واکنش های شیمیایی مختلف مورد نیاز برای حیات را کاتالیز کنند ؟ در تکامل هدفمند گروهی بزرگ از مولکول های RNA با توالی های مختلف با هم مخلوط شده و بر اساس توانایی شان جهت کاتالیز کردن یک واکنش مهم زیستی انتخاب می شوند. زیست شناسان فرض می کنند که در دنیای RNA ، ریبوزیم ها ابتدا تولید پروتئین ها و سایر واکنش های حیاتی مهم را کاتالیز کردند و سپس آنزیم های پروتیینی ، کاتالیز این واکنش ها را برعهده گرفتند.
RNA به طور جالبی مستقیما ساخت پروتئینی را با کاتالیز نمودن تشکیل پیوند های پپتیدی به انجام می رساند . بعضی از مولکول های تک رشته ای RNA بر روی خود پیچ و تاب می خورند و این حاصل واکنش متقابل بین نوکلئوتیدهای تشکیل دهنده ی رشته ی RNA است . بعضی مواقع شکل مولکولی RNA در این پیچ و تاب به صورتی در می آید که می تواند اتصالات ضعیفی با آمینواسیدها برقرار کند. اگر آنها در مجاورت هم قرار گیرند ، ممکن است به هم متصل شدن و پلی پپتید را به وجود می آورند . حال ما چگونگی تکامل مولکول های اطلاعاتی به RNA و سپس پروتئین را مورد مطالعه قرار می دهیم . اگر RNA ی خود همانندساز ، که قدر به رمز کردن پروتئین ها است ، قبل از DNA به وجود آمده باشد ، پس چگونه DNA که مولکول رایج وراثتی در سلول هاست به وجود امد ؟ شاید RNA کپی های دو رشته ای از خودشان ساخته باشند که سرانجام به DNA تکامل یافته باشند . اضافه شدن DNA به سیستم انتقال اطلاعات ، سودمند بود . چون مارپیچ دو رشته ای DNA بسیار پایدارتر از RNA تک رشته ای است . این پایداری در مولکولی که اطلاعات ژنتیکی را ذخیره می کند ، یک مزیت مهم در دنیای پیش حیاتی بوده بعد در دنیای DNA,RNA, پروتئین ، DNA تبدیل به مولکول ذخیره کننده ی اطلاعات شد و RNA به ساخت پروتئین ادامه داد و آنزیم های پروتئینی بسیاری از واکنش های سلولی شامل همانندسازی DNA, ساخت RNA و ساخت پروتئین را کاتالیز می کردند . متوجه شدیم که DNA قدرت کاتالیز کنندگی ندارد پس RNA هنوز یک جز ضروری در سیستم انتقال اطلاعات است .به این صورت انتخاب طبیعی در سطح مولکولی ، توالی اطلاعات را به صورت DNA به RNA به پروتئین برگزیده ، پس وقتی DNAبه این توالی ملحق شد ، مولکول های RNA نقش فعلی خود را به عنوان یک واسطه در انتقال اطلاعات ژنتیکی پذیرفتند . قبل از تکامل سلول های زنده ی حقیقی از تجمعات ماکرومولکول ها لازم بود که چندین مرحله ی اضافی دیگر نیز اتفاق بیفتد . مراحل متعددی رخ داد مثلا کد ژنتیکی خود همانندساز ، باید در زمان های خیلی ابتدایی در دنیای پیش حیاتی به وجود آمده باشد ، چون تمام موجودات زنده آن را دارند . ولی چگونه ایجاد شد ؟ چگونه غشای پلاسمایی حاوی لیپید و پروتئین ایجاد گردید ؟ آنها در مطالب بعدی بررسی خواهیم کرد .
نویسنده : نیلوفر ترکزاده
دانشجوی ارشد بیوشیمی
منابع :
جلد دوم بیولوژی سولومون ترجمه گروه خانه زیست شناسی
https://byjus.com/biology/genetic-material-dna-rna
در این قسمت از مطلب بعد از اینکه اولین سلول ها به وجود آمدند . در طی چندین میلیارد سال واگرایی یافته و تنوع زیستی را که امروز مشخصه ی سیاره ی ما است ، ایجاد کردند . فتوسنتز ، تنفس هوازی و ساختار یوکاریوتی پیشرفت های بزرگی هستند که در طی تاریخ حیات ایجاد شده اند . آثار سنگواره ای ، بسیاری از چیزهایی را که در مورد تاریخچه ی حیات می دانیم به ما می گویند از جمله اینکه چه انواعی از موجودات زنده وجود داشتند و در کجا و چه زمانی زندگی می کردند . بعضی از موجودات زنده در آثار سنگواره ای ظاهر شده و سپس ناپدید گشتند و به وسیله ی موجودات زنده دیگر جایگزین شدند . و به دنبال آنها یوکاریوت های تک سلولی به وجود آمدند . اولین یوکاریوت های چندسلولی که جانورانی نرم تن بودند و سنگواره های زیادی از آنها به جانمانده است ، که میلیون ها سال قبل در اقیانوس پدیدار شدند.
•تولید مثل مولکولی یک مرحله ی بسیار مهم در پیدایش سلول ها بود .
در سلول های زنده اطلاعات ژنتیکی در اسید نوکلئیک DNA ذخیره می شوند و به صورت RNA پیامبر mRNA رونویسی شده و به نوبه خود به صورت آمینواسیدهای مناسب در پروتئین ها ترجمه می شود . هر سه ماکرومولکول در ترتیب ، پروتئین ،RNA, DNA دارای اطلاعات دقیق می باشند ، ولی فقط DNA, RNA قادر به همانندسازی هستند ، ولی این را بدانید که این امر در حضور آنزیم های مناسب صورت می گیرد . به این دلیل که هم RNA,هم DNA می توانند با روند مشابهی در خاک رس تشکیل شوند ، آیا این سوال برای شما پیش نیامد که کدام یک از این مولکول ها RNA یا DNA در دنیای پیش حیاتی برای اولین بار ظاهر شدند . دانشمندان زیادی بر این عقیده هستند که RNA اولین مولکول اطلاعاتی بوده است که در پیشرفت به سمت سلول های خودکفا و خود تکثیر تکامل یافته است و پروتئین ها ، DNA بعدها ایجاد شده اند ، شرایط شیمیایی زمین پیش حیاتی ،RNA ی خود همانندسازی را ایجاد کرد که هم به عنوان آنزیم و هم به عنوان سوبسترا برای همانندسازی خود عمل می کرد . همانندسازی RNA ، در دنیای RNA را با طرحی به شکل فلش دایرن ای نشان می دهیم.
خصوصیات RNA این است که اغلب دارای خواص کاتالیتیک می باشد . چنین RNA های آنزیمی را ریبوزیم می نامند . قبل از تکامل سلول های حقیقی ، احتمالا ریبوزیم ها در خاک رسی ، آبگیرهای کم عمق صخره ای و یا منافذ آب گرم که احتمالا حیات در آنها منشا گرفته است ، همانندسازی خود را کاتالیز می کردند . وقتی که رشته های RNA به یک لوله ی آزمایش فاقد آنزیم و حاوی نوکلئوتید های RNA اضافه ، نوکلئوتیدها به هم متصل شده و مولکول های کوتاه RNA تشکیل می شوند . وجود دنیای RNA ی اولیه در تاریخ حیات هرگز قابل هرگز قابل اثبات نیست ، اما ازمایش های مربوط به تکامل آزمایشگاهی که تکامل هدفمند نیز نامیده می شوند ، امکان پذیر بودن آن را نشان داده اند . یک سوال مهم در مورد دنیای RNA مبنی بر اینکه آیا مولکول های RNA می توانستند واکنش های شیمیایی مختلف مورد نیاز برای حیات را کاتالیز کنند ؟ در تکامل هدفمند گروهی بزرگ از مولکول های RNA با توالی های مختلف با هم مخلوط شده و بر اساس توانایی شان جهت کاتالیز کردن یک واکنش مهم زیستی انتخاب می شوند. زیست شناسان فرض می کنند که در دنیای RNA ، ریبوزیم ها ابتدا تولید پروتئین ها و سایر واکنش های حیاتی مهم را کاتالیز کردند و سپس آنزیم های پروتیینی ، کاتالیز این واکنش ها را برعهده گرفتند.
RNA به طور جالبی مستقیما ساخت پروتئینی را با کاتالیز نمودن تشکیل پیوند های پپتیدی به انجام می رساند . بعضی از مولکول های تک رشته ای RNA بر روی خود پیچ و تاب می خورند و این حاصل واکنش متقابل بین نوکلئوتیدهای تشکیل دهنده ی رشته ی RNA است . بعضی مواقع شکل مولکولی RNA در این پیچ و تاب به صورتی در می آید که می تواند اتصالات ضعیفی با آمینواسیدها برقرار کند. اگر آنها در مجاورت هم قرار گیرند ، ممکن است به هم متصل شدن و پلی پپتید را به وجود می آورند . حال ما چگونگی تکامل مولکول های اطلاعاتی به RNA و سپس پروتئین را مورد مطالعه قرار می دهیم . اگر RNA ی خود همانندساز ، که قدر به رمز کردن پروتئین ها است ، قبل از DNA به وجود آمده باشد ، پس چگونه DNA که مولکول رایج وراثتی در سلول هاست به وجود امد ؟ شاید RNA کپی های دو رشته ای از خودشان ساخته باشند که سرانجام به DNA تکامل یافته باشند . اضافه شدن DNA به سیستم انتقال اطلاعات ، سودمند بود . چون مارپیچ دو رشته ای DNA بسیار پایدارتر از RNA تک رشته ای است . این پایداری در مولکولی که اطلاعات ژنتیکی را ذخیره می کند ، یک مزیت مهم در دنیای پیش حیاتی بوده بعد در دنیای DNA,RNA, پروتئین ، DNA تبدیل به مولکول ذخیره کننده ی اطلاعات شد و RNA به ساخت پروتئین ادامه داد و آنزیم های پروتئینی بسیاری از واکنش های سلولی شامل همانندسازی DNA, ساخت RNA و ساخت پروتئین را کاتالیز می کردند . متوجه شدیم که DNA قدرت کاتالیز کنندگی ندارد پس RNA هنوز یک جز ضروری در سیستم انتقال اطلاعات است .به این صورت انتخاب طبیعی در سطح مولکولی ، توالی اطلاعات را به صورت DNA به RNA به پروتئین برگزیده ، پس وقتی DNAبه این توالی ملحق شد ، مولکول های RNA نقش فعلی خود را به عنوان یک واسطه در انتقال اطلاعات ژنتیکی پذیرفتند . قبل از تکامل سلول های زنده ی حقیقی از تجمعات ماکرومولکول ها لازم بود که چندین مرحله ی اضافی دیگر نیز اتفاق بیفتد . مراحل متعددی رخ داد مثلا کد ژنتیکی خود همانندساز ، باید در زمان های خیلی ابتدایی در دنیای پیش حیاتی به وجود آمده باشد ، چون تمام موجودات زنده آن را دارند . ولی چگونه ایجاد شد ؟ چگونه غشای پلاسمایی حاوی لیپید و پروتئین ایجاد گردید ؟ آنها در مطالب بعدی بررسی خواهیم کرد .نویسنده : نیلوفر ترکزاده
دانشجوی ارشد بیوشیمی
منابع :
جلد دوم بیولوژی سولومون ترجمه گروه خانه زیست شناسی
https://byjus.com/biology/genetic-material-dna-rna