نویسندگان: پروفسور دکتر سید سعید زمانیه شهری MD و پرفسور دکتر سونیا سیدالحسینی MD

ساختمان شیمیایی سلول:

سلول واحد ساختمانی سیستم های زنده است و ساختمان شیمیایی آن به درک بهتر ما از سلامتی و بیماری کمک مؤثری می کند. سلامتی به انجام طبیعی واکنش های بیوشیمیایی در سطح مولکولی و سلولی مرتبط است و علل متعدد از طریق اثر گذاشتن بر مکانیسم های بیوشیمیایی مختلف در سلول یا بدن موجب ایجاد بیماری می شوند. امروزه اهمیت مولکول های حیات یا بیومولکول ها که ترکیب بیوشیمیایی اصلی سلول را تشکیل می دهند کاملاً واضح است. مدت هاست که بشر دریافته است که بسیاری از بیماری ها پایه بیوشیمیایی دارند مثلاً اسکوروی ناشی از کمبود ویتامین سی،  راشیتیسم ناشی از کمبود ویتامین دی، کواشیورکور ناشی از کمبود پروتئین در رژیم غذایی، فنیل کتونوری ناشی از کمبود آنزیم فنیل آلانین هیدروکسیلاز که فنیل آلانین را به تیروزین تبدیل میکند و دیابت ناشی از اختلال متابولیسم کربوهیدرات می باشد. روشن است که بیوشیمی ( علم بررسی بیومولکول ها) ارتباط نزدیکی با بیماری و سلامتی دارد. میدان علم بیوشیمی بسیار وسیع است. امروزه بیماری های ژنتیکی، بررسی ژن ها و ژن درمانی نیز اهمیت شایانی یافته است. بیوشیمی با ژنتیک نیز ارتباط تنگاتنگی دارد.

بسیاری از بیماری ها پایه ژنتیک دارند مثلاً کم خونی داسی شکل یا آنمی سیکل سل، بیماری فیبروکیستیک  و فنیل کتونوری از جمله بیماری های ژنتیک می باشند. اینک به خوبی دریافته اید که در اکثر بیماری ها نقص در یکی از مراحل متابولیسم بیومولکول ها  وجود دارد.

بدن انسان از عناصر معدودی تشکیل شده است که از طریق ترکیب شدن با هم طیف وسیعی از مولکول ها را ایجاد می کنند عناصر اصلی بدن انسان عبارتند از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن.

بیومولکول های حیاتی، چهار دسته اصلی دارد اسید نوکلئیک اسید، پروتئین، پلی ساکارید (کربوهیدرات) و لیپید (چربی).

اسید نوکلئیک دو نوع است اسید ریبونوکلئیک (آر ان ای) و اسید دز اکسی ریبونوکلئیک (دی ان ای). این مولکول های پیچیده از مولکول های ساده تشکیل شده اند. واحد ساختمانی این اسیدها از، دِاکسی نوکلئوتید، ریبونوکلئوتید، پروتئین (اسید آمینه) و پلی ساکارید (گلوکز) می باشد.

این چهار گروه بیوپلیمرند (یعنی از تکرار و توالی تعدادی واحد کوچک تر درست شده) و واحد ساختمانی آنها که در ساختمان موکول تکرار میگردد منومر (واحد کوچک تر) نام دارد.

واحد ساختمانی لیپید، اسید چرب می باشد ولی لیپید بیوپلیمر اسید چرب نیست. پروتوپلاسم سلول در زیر میکروسکوپ نوری دارای دو بخش اصلی است هسته و سیتوپلاسم.

هسته از سیتوپلاسم به وسیله  یک غشای هسته ای و سیتوپلاسم از مایعات اطراف به وسیله یک غشای سلولی جدا شده است. مواد مختلفی که سلول را تشکیل می دهند پروتوپلاسم نام دارد. پروتوپلاسم به طور عمده از پنج ماده پایه یعنی آب، الکترولیت، پروتئین، لیپید و کربوهیدرات تشکیل شده است. به  این ترتیب می توان گفت پروتئین، چربی، کربوهیدرات، آب و مواد معدنی اجزای اصلی بدن انسان هستند. درصد آب بدن با میزان چربی نسبت معکوس دارد. این مقدار در استخوان بدون مغز تا ۵/۲۲ درصد پائین می آید.

اینک به بررسی ترکیب پروتوپلاسم می پردازیم. محیط مایع اصلی سلول را آب تشکیل می دهد که در اغلب سلول ها به غیر از سلول های چربی به میزان ۷۰ تا ۸۵ درصد وجود دارد. واکنش های شیمیایی سلولی به کمک آب صورت می گیرند. بسیاری از مواد شیمیایی در آب حل می شوند و بعضی از آنها به صورت ذرات جامد به حالت تعلیق در می آیند. انتقال مواد از غشای سلولی معمولاً نیاز به آب دارد. پروتئین فراوان ترین ماده بعد از آب می باشد. در اغلب سلول ها پروتئین می باشد که حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد توده سلولی را تشکیل می دهد. پروتئین سلول دو نوع است: ساختاری و کروی. پروتئین ساختاری در سلول عمدتاً به شکل فیلامان های دراز و نازک وجود دارند که بارزترین نوع استفاده از این فیلامان های سلولی، تأمین مکانیسم انقباضی در عضلات است. پروتئین کروی به طور عمده نقش آنزیم سلولی را برعهده دارد.  مهمترین لیپید (چربی) در اکثر سلول ها فسفولیپید و کلسترول می باشد که حدود ۲ درصد توده سلولی را تشکیل می دهد. اهمیت ویژه این دو دسته چربی در آن است که به علت نامحلول بودن در غشاهای سلولی شرکت می کنند. علاوه بر این دو دسته برخی سلول ها مقادیر زیادی تری گلیسرید (چربی خنثی) دارند. در سلول، چربی تری گلیسرید تا ۹۵ درصد توده سلول را تشکیل می دهد. این چربی نمودار انبار اصلی ماده غذایی انرژی دهنده بدن است که در سلول چربی ذخیره می شود و در صورت نیاز تجزیه می شود و به مصرف تولید انرژی بدن می رسد.

مهم ترین یون ها در سلول عبارتند از پتاسیم، منیزیم،  فسفات، سولفات، بیکربنات و مقدار کمی سدیم، کلر و کلسیم. یون ها مواد معدنی را برای واکنش های شیمیایی سلولی تأمین میکنند و برای انتقال ایمپالس های الکتروشیمیایی در رشته های عصبی و عضلانی مورد نیاز می باشند. کربوهیدرات ها بغیر از گلیکوپروتئین که عمل ساختاری دارد، عمدتاً در تغذیه سلول نقش ایفا می کند. محتوای کربوهیدرات اغلب سلول ها حدود یک درصد توده سلولی است ولی در سلول عضلانی تا ۳ درصد و در سلول کبدی تا ۶ درصد افزایش می یابد.

*ساختمان فیزیکی سلول: ساختمان فیزیکی سلول از سه بخش اصلی ساخته شده است: غشای سلول، سیتوپلاسم و هسته. هر سلول یک مرز جدا کننده با محیط دارد که به آن غشای سلول می گویند. در داخل سلول ساختمان های کوچکی وجود دارند که اندامک (ارگانل) نام دارند،  این اندامک ها در محیط ژلاتینی ویژه ای قرار دارند که سیتوپلاسم نام دارد. هسته با غشای هسته در داخل سلول و هستک در داخل هسته قرار گرفته است.

سیتوپلاسم ماده اساسی حیات نامیده شده است که ماده ای است بیرنگ، نیمه سیال، چسبناک و قابل انعطاف که از نظر شیمیایی مهمترین عناصر در ترکیب آن، کربن، اکسیژن،  هیدروژن و نیتروژن ( ازت ) است. از ترکیب همین عناصر آب و املاح و بیومولکول ها به وجود می آیند. سیتوپلاسم حالتی بین سول و ژل دارد و تبدیل این دو به هم یکی از عوامل مهم تحریک سیتوپلاسمی است. سول یک محلول کلوئیدی مایع است ولی ژل به کلوئید ژلاتینی می گویند.     

اطراف سیتوپلاسم را غشای سلولی احاطه کرده است. در داخل سیتوپلاسم اجزای زنده غشادار به نام ارگانل ( اندامک) و اجزای غیرزنده بدون غشا به نام انکلوزیون سلول وجود دارند. غیر از اندامک ها و انکلوزیون های محلول، آنچه به صورت مایع یکنواخت در سیتوپلاسم باقی می ماند سیتوزول یا هیالوپلاسم نام دارد. این مایع حاوی آنزیم ها و املاح معدنی است و مقدار زیادی آکتین و فیلامان حد واسط دارد که داربست یا اسکلت سلول یا سیتو اسکلتون را می سازند. آنزیم های سیتوپلاسم واکنش های بیوشیمیایی متعددی را کاتالیز می کنند که بخشی از متابولیسم را تشکیل می دهند بنابراین اجزای سیتوپلاسم عبارتند از: اندامک، انکلوزیون و سیتوزول اسکلت سلول. فرآیندهای متابولیک سلول به وسیله اندامک های سلول انجام می گیرند و هر اندامک دارای عمل خاص و حیاتی می باشد. مهمترین اندامک های سلول عبارتند از: ریبوزوم، شبکه آندوپلاسمی کمپلکس، دستگاه گلژی، میتوکندری، لیزوزوم و سانتروزوم.

حال به بررسی اجزای سیتوپلاسم می پردازیم. در داخل سیتوپلاسم تورین هایی از تشکیلات لوله ای منشعب و وزیکول های مسطح به نام شبکه آندوپلاسمی وجود دارد که توبول ها و وزیکول های آن همگی به هم متصل می باشند و دیواره آنها از غشای

دو لایه مشابه غشای سلولی ساخته شده است. این غشا با غشای هسته و سیتوپلاسم ارتباط دارد. مواد تشکیل شده در بعضی از بخش های سلول وارد فضاهای آن می شوند و سپس به سایر قسمتهای سلول هدایت میگردند.

سطح وسیع شبکه آندوپلاسمی و سیستم های آنزیمی چسبیده به غشای آن این ارگانل را برای انجام بخش عمده ای از اعمال متابولیک سلول قادر کرده است.