چگونه سلول ها، گروه هِم (heme) را کنترل می کنند؟

زهری زندگی بخش برای حیات!

نویسنده: فیلیپ بل (Philip Bell)
مترجمین: مینا رزقی، شایان فروزنده دل (SIPTC.ir)

rost9 © 123rf.com

گروه هِم

به احتمال زیاد هموگلوبین را می شناسید. پروتئین رنگی که باعث رنگی شدن سلول های قرمز خون می شود. این پروتئین ها، مسئول دریافت اکسیژن از ریه ها و سپس حمل آن به تک تک سلول های بدن هست. در ادامه خواهیم دید که کشفیات اخیر در مورد جز اصلی آن، یعنی رنگدانه قرمز گروه هِم، با نظریه تکامل در تناقض جدی است.

در واقع، دو روی سکه گروه هِم خطرناک است. مقادیر بالای گروه هِم و نبود آن حیات را به خطر می اندازد. این امر نه تنها در مورد انسان ها بلکه در مورد تمامی حیوانات و گیاهان-و حتی ریزموجودات نظیر باکتری ها، مخمرها و قارچ ها صادق است. بنابراین، تولید آن قطعا یک فرایند زیستی ضروری است، اما نیاز به کنترل شدیدی دارد.

مولکول چندمنظوره

ساختارهای متنوعی از گروه هِم در موجودات زنده وجود دارد، با این حال ساختار پایه ای همگی آنها یکسان است: کمپلکسی از یک ساختار مکعبی به نام حلقه پورفورین و آهن (شکل 1 را ببینید.)

هموگلوبین یک دسته از هموپروتئین های متنوع است که در آن گروه هِم همراه با فلز آهن به یک جز پروتئینی متصل شده است که همگی جز ساختارهای فلز-پروتئین یا متالوپروتئین هستند. دیگر انواع متالوپروتئین ها، شامل فلزات متفاوتی نظیر مس، روی و کبالت هستند. منگنز موجود در کلروفیل سلول های سبز نیز جز این دسته محسوب می شود (کلروفیل برای فتوسنتز ضروری است زیرا در آن مواد مغذی غنی از انرژی توسط نور خورشید، آب و دی اکسید کربن ساخته می شود.)

گروه هم را به عنوان یک ابزار سلولی چند منظوره تصور کنید که در تنظیم و ارسال سیگنال های سلولی نقشهای متنوعی را برعهده دارد. علاوه بر نقش حیاتی آن در هموگلوبین، گروه هِم جزء کلیدی از:

• دیگر پروتئین‌های رنگی (مانند میوگلوبین که باعث رنگ قرمز در عضلات شما می‌شود)،
• انواع آنزیم های پراکسیداز، و
• پروتئین های سیتوکروم است که در فرایندهای متابولیک اصلی در سلول های شما دخیل هستند.

گروه هِم در پژوهشهای اخیر به تنظیم فعالیت نیروگاه های سلولی شما یعنی میتوکندریها نیز یاری می رساند. به نظر میرسد که هِم به طور مستقیم بر تولید مقدار آدنوزین تری فسفات یا ATP در میتوکندری تأثیر میگذارد.¹ ATP سوختی است که انرژی لازم برای موجودات زنده را فراهم میکند و تولید آن توسط یکی از موتورهای مولکولی الهی پروردگار انجام می پذیرد.²

عرضه مبتنی بر تقاضا

در مطالعه اخیر چاپ شده در مجله PNAS، نویسندگان توضیح دادهاند که چگونه مولکول مهم و پیچیده هِم تولید میشود و سپس در مقادیر مناسب، در زمان و مکان لازم به جریان در می آید.³ این امر نیاز به کنترل دقیق و بینظیری دارد، زیرا مقادیر بالای گروه هِم منجر به تولید رادیکالهای آزاد میشود. این رادیکالها، اتمها یا مولکولهای بسیار فعال ولی با عمر کوتاه هستند که به غشاءها، DNA و سایر اجزای سلولی آسیب میزنند. اگر نظارت و کنترلی در این فرایند وجود نداشته باشد، بارانی از رادیکالهای آزاد سرازیر می شود که منجر به بروز سرطان، مشکلات قلبی و عروقی، ناهنجاری های گوناگون و پیری میگردد.⁴

در واقع، رادیکالهای آزاد محصول جانبی فرآیندهای متابولیسم روزانه شما هستند. اما همچنین می تواند ناشی از تماس با سموم محیطی (مانند دود تنباکو)، مواد دیگری که منجر به بروز سرطان میشوند، و تابش امواج (مانند نور ماورای بنفش) باشند. به همین دلیل، آنتیاکسیدان ها قدرتمند اهمیت می یابند زیرا قادر به حذف این رادیکالهای آزاد هستند - بنابراین به آنها جاروب های رادیکالهای آزاد نیز گفته میشود. برخی از این مولکلول های آنتی اکسیدان در بدن شما یافت میشوند. رژیم غذایی سالم نیز شما را به انواع بسیاری از آنتیاکسیدانها مجهز میکند.⁵

designua © 123rf.com

محققان متوجه یک نکته جالب شدهاند که در هر لحظه، بیش از یک نوع مولکول هِم در هر یک از بخشهای سلولهای شما وجود ندارد. ⁴ علارغم حیاتی بودن وجود گروه هِم، سروکار داشتن با آن کار دشواری است. پس، سلول ها چگونه مقادیر کافی مولکول هِم را با توجه به عرضه فوری مبتنی بر تقاضا ذخیره می کنند؟ ذخیره کردن آن خطرناک است (به دلیل خطر رادیکال آزاد). یکی از حدس های ممکن این است که این امر باید شامل یک سیستم تولید و توزیع فوق العاده کارآمد باشد. نتایج تحقیقاتی اما به یک سیستم هوشمندانه «بافری» ⁶اشاره میکند. از آنجایی که گروه هِم «آزاد» (بدون پیوند) سمی است، بیشتر مولکولهای هِم موجود، با پیوندهای ضعیفی (بهطور برگشتپذیر) به پروتئینهای «بافری» ویژه متصل میشوند، بنابراین در صورت لزوم میتوانند به آسانی از آنها جدا شوند.

این موضوع، مقدار ناچیز هِم آزاد در تحقیق PNAS را نیز توضیح می دهد. سلولها مخزنهایی از این « هِم ناپایدار» (یعنی به راحتی قادر به تغییر به هِم آزاد است) را در خود جای میدهند. توصیف نویسندگان اینگونه است : «عرضه گروه هِم قابل تعویض، که بسته به نیاز سلول به صورت بسیار کنترلشده در دسترس قرار میگیرد». همچنین بیان می کنند که: «این کنترل سخت گیرانه منجر به ایجاد یک مکانیسم سیگنالی و تنظیم وابسته به هِم می شود که به فعال شدن پروتئین ها در مراحل تک مولکولی می انجامد.»³

طراحی دینامیکی

از نظر مکانیکی نیز، طراحی هوشمندانه ای دارد! نشان دیگری از این واقعیت که سلولها بسیار پیچیده هستند. از دیدگاه دینامیکی، آنها متخصصان لجستیک هستند و از سیستم های پیچیده کنترل و تعادل استفاده می کنند. در مورد این مولکول، شامل اندازهگیری کامل عرضه و تقاضای «کالای» کاملاً ضروری و بالقوه کشنده یعنی هِم است.

آیا به واژه های استفاده شده توسط محققان یعنی «بسیار کنترل شده»، «کنترل دقیق و بی نظیر» و «سیگنال و تنظیم» دقت کردید؟ اینها واژه های زبان طراحی هستند؟ البته که هست! همانطور که حتی سرسخت ترین آتئیست ها در عمق وجودشان می دادند که هنوز موردی کشف نشده است که چنین سیستم ظریفی بدون کمک عوامل هوشمند و هدفمند به وجود آید. جای تعجب نیست، زمانی که چنین سیستم هایی دست از کار می کشند (در دنیای هبوط ما) بیماری های مختلف ایجاد می شوند.

اما چگونه مدافعان تکامل اصرار دارند که چنین کنترل دقیقی مرحله به مرحله تکامل یافته است، آن هم بدون وجود هیچ هدایت کننده ای؟ و بدون هیچ برنامه یا هدفی؟ کمتر از هشت مرحله آنزیمی در مسیر شیمیایی پیچیده برای ساخت گروه هِم وجود دارد که برخی از آنها در میتوکندری شگفتانگیز شما و برخی در سیتوپلاسم سلولهای شما رخ میدهند. ساخت گروه هِم می تواند هر چیزی باشد به جز یک فرایند ساده!⁷

فراموش نکنید که گروه هِم عملاً در همه موجودات زنده یافت می شود. برای اینکه منشأ طبیعی حیات سلولی ادامه یابد، تکامل گرایان باید ابتدا نشان دهند که چگونه این مراحل ممکن است از طریق جهش های تصادفی به وجود آمده باشند. برای این ادعا، باید باور کنند که اینها در یک مرحله شبه سلولی «بسیار اولیه» به وجود آمدند.⁸

این تفکرات تخیلی و حذف وجود خالق، در واقع چیزی جز انتظار معجزه از طبیعت بی جان نیست. سنتز و به کار گیری گروه هِم در سلول‌های شما شگفت‌انگیز است، نشانه ای است که از ما می‌خواهد خالق خود را بشناسیم، زیرا او «کسی است که کارهای بی شمار بزرگ و دست نیافتنی و شگفت‌انگیز انجام می‌دهد» (ایوب 5:9).

مراجع: