سلولها بیشتر از آنچه محققان تصور می‌کردند اندام‌های کوچک دارند
به آن کلاس زیست شناسی ابتدایی که در دبیرستان گذراندید فکر کنید. احتمالاً درباره اندامک‌ها، آن اندام‌های کوچک درون سلولها که محفظه‌هایی با عملکردهای فردی تشکیل می‌دهند، یاد گرفته‌اید. به عنوان مثال، میتوکندری ها انرژی تولید می کنند، لیزوزوم ها زباله ها را بازیافت می کنند و هسته DNA را ذخیره می کند. اگرچه هر اندامک عملکرد متفاوتی دارد، اما از این نظر شبیه هستند که هر اندامک در یک غشاء پیچیده شده است.
اندامک‌های غشایی استاندارد کتاب درسی بودند که دانشمندان چگونه فکر می‌کردند سلولها سازماندهی می‌شوند تا اینکه در اواسط دهه 2000 متوجه شدند که برخی از اندامک‌ها نیازی به پیچیده شدن در یک غشاء ندارند. از آن زمان، محققان بسیاری از اندامک های بدون غشای اضافی را کشف کردند که به طور قابل توجهی نحوه تفکر زیست شناسان را در مورد شیمی و منشاء حیات تغییر داده است.
چند سال پیش زمانی که دانش‌آموزان در آزمایشگاهم برخی حباب‌های غیرعادی را در هسته سلول مشاهده کردند، با اندامک‌های بدون غشاء، که به طور رسمی تراکم بیومولکولی نامیده می‌شوند، آشنا شدم. بی‌آنکه من بدانم، ما سال‌ها بود که در حال مطالعه میعانات بیومولکولی بودیم. چیزی که در نهایت در آن حباب ها دیدم چشمانم را به دنیای کاملاً جدیدی از زیست شناسی سلولی باز کرد.
برای اینکه بفهمید یک میعانات زیست مولکولی چگونه به نظر می رسد، یک لامپ گدازه ای را تصور کنید که حباب های موم داخل آن به هم جوش می خورند، از هم جدا می شوند و دوباره ذوب می شوند. میعانات به همان شکل تشکیل می شوند، اگرچه از موم ساخته نشده اند. در عوض، مجموعه ای از پروتئین ها و مواد ژنتیکی، به ویژه مولکول های RNA، در یک سلول به قطرات ژل مانند متراکم می شوند.
مثل لامپ گدازه
برخی از پروتئین‌ها و RNAها این کار را انجام می‌دهند، زیرا ترجیحاً به جای محیط اطراف خود، با یکدیگر تعامل دارند، بسیار شبیه به ترکیب حباب‌های موم در یک لامپ گدازه با یکدیگر، اما نه با مایع اطراف. این میعانات، ریزمحیط جدیدی را ایجاد می‌کنند که پروتئین‌های اضافی و مولکول‌های RNA را جذب می‌کند، بنابراین یک بخش بیوشیمیایی منحصربه‌فرد در سلولها تشکیل می‌دهد.
از سال 2022، محققان حدود 30 نوع از این میعانات زیست مولکولی بدون غشاء را پیدا کردند. در مقایسه، حدود دوازده اندامک سنتی شناخته شده متصل به غشاء وجود دارد.
اگرچه شناسایی آن زمانی که بدانید به دنبال چه چیزی هستید آسان است، اما تشخیص اینکه چگالش های بیومولکولی دقیقاً چه کاری انجام می دهند دشوار است. برخی از آنها نقش های مشخصی دارند، مانند تشکیل سلول های تولید مثل، گرانول های استرس و ریبوزوم های پروتئین ساز. با این حال، بسیاری دیگر عملکردهای واضحی ندارند.
اندامک‌های متصل به غشاء می‌توانند عملکردهای متعدد و متنوع‌تری نسبت به همتایان متصل به غشاء داشته باشند. یادگیری در مورد این عملکردهای ناشناخته بر درک اساسی دانشمندان از نحوه عملکرد سلول ها تأثیر می گذارد.
میعانات زیست مولکولی در حال شکستن برخی از باورهای قدیمی در مورد شیمی پروتئین هستند.
از زمانی که دانشمندان برای اولین بار در دهه 1950 به ساختار پروتئین میوگلوبین نگاه کردند، واضح بود که ساختار آن به دلیل توانایی آن در انتقال اکسیژن در عضلات مهم است. از آن زمان، مانترا برای بیوشیمی‌دانان این بود که ساختار پروتئین برابر با عملکرد پروتئین است. اساساً پروتئین ها اشکال خاصی دارند که به آنها اجازه می دهد وظایف خود را انجام دهند.
ساختار و عملکرد پروتئین
بعداً آنها دریافتند که آوارگان داخلی تمایل به تشکیل میعانات دارند. همانطور که اغلب در علم اتفاق می‌افتد، این یافته یک معما را در مورد نقش این پروتئین‌های سرکش بدون ساختار در سلول حل کرد و تنها سوال عمیق‌تری در مورد اینکه چگالش‌های بیومولکولی واقعاً چیست، باز کرد.
محققان همچنین میعانات زیست مولکولی را در سلول‌های پروکاریوتی یا باکتریایی شناسایی کرده‌اند که به طور سنتی به عنوان فاقد اندامک تعریف می‌شدند. این یافته می تواند تأثیرات عمیقی بر چگونگی درک دانشمندان از زیست شناسی سلول های پروکاریوتی داشته باشد.
تنها حدود 6 درصد از پروتئین های باکتریایی دارای مناطق نامنظم و فاقد ساختار هستند، در حالی که 30 تا 40 درصد پروتئین های یوکاریوتی یا غیر باکتریایی وجود دارد. اما دانشمندان چندین متراکم بیومولکولی را در سلول های پروکاریوتی پیدا کرده اند که در انواع عملکردهای سلولی از جمله ساخت و تجزیه RNA ها نقش دارند.
سلول های باکتریایی
همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد نوکلئوتیدهای منفرد می‌توانند به طور خود به خود در زنجیره‌ها جمع شوند تا RNA بسازند. این یک گام مهم در فرضیه جهان RNA است، که فرض می کند اولین “اشکال حیات” روی زمین رشته هایی از RNA بودند.
