بخشی از مقاله
شگفتی های زیست شناسی
ميتوکندريها در حين فعاليت
22 سپتامبر 2003 - امروزه بيماريهاي عصبي زيادي وجود دارند که بنظر ميرسد نتيجه بدکار کردن ميتوکندريها و درنتيجه مرگ سلولهاي عصبي ميباشد.
ميتوکندريها اجزاء درون سلولي کوچکتر از ميکرون هستند که نقش حياتي توليد انرژي (ATP) درون سلول را برعهده دارند. بدکار کردن اين اجزاء منجر به بروز بيماريهايي مثل پارکينسون، آلزايمر و هانتينگتون ميشود.
بدليل اندازه بسيار کوچک ميتوکندريها تاکنون بررسي دقيق اين اندامکها در خارج از بدن امکانپذير نبوده و لذا امکان شناسايي بهترين مواد محافظ عصبي وجود نداشته است.
محققان آزمايشگاههاي ملي سانديا در وزارت انرژي آمريکا و دانشکده پزشکي دانشگاه نيومکزيکو با بکارگيري يک بيوليزر ويژه که در محدوده نانومتري کار ميکند اولين تکنيک مطالعه اين گونه اندامکهاي بسيار ريز درون سلولي را در حين فعاليت آنها پديد آوردهاند. اين ليزر قادر است سيگنالهايي کاملاً واضح از ميتوکندري در خارج از بدن ثبت کند. طبق گفتة اين محققين، در ماه آينده ميتوکندري بسرعت با مواد محافظ عصبي روکش داده خواهد شد و پايداري آن در شرايط مناسب در جهت بررسي پايداري آن مورد ارزيابي قرار خواهد گرفت.
در اين تکنيک که اين محققان بطور تصادفي به آن دست يافتند، جرياني از مايعات حاوي نمونه بوسيله ميکروپمپ از يک حفره بين يک نيمههادي با قابليت گسيل نور و يک آئينه منعکسکننده عبور داده شد. اين محققين انتظار داشتند با عبور محلول حاوي ميتوکندري از اين حفره، سيگنالهاي بسيار ضعيفي از اندامکهاي سلولي ثبت کنند و بعد از آن با تکنيکهاي معدلگيري، پاسخ افزايش يافتهاي بدست آورند. اين محققان در نهايت شگفتي، سيگنالهاي بسيار بزرگي از هر واحد ميتوکندري ثبت کردند که ديگر نيازي به معدلگيري آنها نبود.
در اين مطالعه ميتوکندريها همانند يک لنز (با ضريب شکست 42/1) عمل کرده و نوري که از آنها عبور کرد تشديد ميشد.
از اين روش که نيازمند مقادير بسيار اندک ميتوکندري و داروي تست است براحتي و بسرعت ميتوان جهت غربالگري موادي که بنظر ميرسد محافظ ميتوکندري هستند استفاده کرد .
در اين مطالعه متابوليسم آدوزين و آنالوگهاي آن و همچنين تاثير NBMPR بر اين متالوليسم در ميتوکندري بررسي شده است. قبلاً گزارش شده بود که حاملهاي نوکلئوزايد موجود در ميتوکندري توسط NBMPR (نيتروبنزيل تيواينوزين) که يک مهار کننده بسيار قوي حاملهاي نوکلئوزايد در بسياري از سلولهاي است مهار مي شوند. با اين وجود امکان اثبات وجود حامل هاي آدنوزين بر روي ميتوکندري وجود نداشته است. ميتوکندري لنفوسيت هاي سرطاني کشت داده و از نوع CEM با استفاده از روش سانتريفوژ جدا گرديده و سپس غلظت هاي متفاوتي از آدنوزين راديو اکتيو به آنها اضافه شد.
بعد از مدت انکوبه شدن آدنوزين و متالوليتهاي احتمالي آن از ميتوکندري جدا شد. حاصل اصتخراج با استفاده از HPLC آناليز گرديد. همين روش در مورد دو داروي ضد سرطان فلو درابين و کلادرابين نيز انجام شد. نتايج حاصل از اين مطالعه نشان داد که آدنوزين توسط ميتوکندري تازه تهيه شده از سلولهاي سرطاني CEM به اينوزين ATP, AMP, ADP متابوليزه ميشود. با اين وجود انکوبه کردن 2 ميکرومول از NBMPR همراه با آدنوزين در ميتوکندري به مقدار قابل توجهي ميزان آدنوزين و متابوليت هاي آنرا در ميتوکندري کاهش داد. اين امر نشان دهنده آن است که حاملهاي آدنوزين در ميتوکندري NBMPR مهار ميشوند. انکوبه کردن توام کلا درابين و يا فلو درابين با NBMPR تاثير قابل توجهي بر روي ميزان اين آنتي م تابوليت ها در ميتوکندري نداشت
با توجه به جهش پذيري فوق العاده DNA ميتوکندريال ممکن است در طول زندگي فرد (دوران جنيني و پس از تولد ) در DNA بعضي از ميتوکندريها جهش ايجاد شود. اکثر بيماريهاي ميتوکندريال از نوع ميوپاتي و نروپاتي (عصبي عضلاني) هستند که بيشتر اعضايي نظير مغز- کليه ها- عضلات- چشم- گوش داخلي و روده بزرگ را درگير مي کند زيرا مصرف ATP اين اندامها زياد است. معروف ترين بيماريهاي ارثي ميتوکتدريال عبارتند از:
لبراپتيک نوروپاتي (LHON ) Leber hereditary optic neuropathy که از علائم آن نابينايي تدريجي است که فرد در حدود ۲۰ سالگي بکلي نابينا مي شود.
بيماري ديگر گلوتاريک اسيد اورياتيپ ۲مي باشد که با علائمي مانند شلي عضلات و صورت ناهنجار و غيرطبيعي و کيست هاي کليوي و عقب ماندگي ذهني همراه است. سندروم هايي نظير سندروم پيرسون و آکاتالاسميا نيز اکثرا با دژنره شدن عضلات و دستگاه عصبي همراه است. طول DNA ميتوکندري در حدود ۱۶۵۷۰ جفت باز مي باشد که در حدود ۶۲ ژن در آن شناخته شده است . ۲۲ ژن مربوط به ۲۲ t RNA و۲ ژن مربوط به r RNA و بقيه ژنها مسئول توليد آنزيم يا پلي پپتيدهايي هستند که در ارتباط با توليد انرژي سلولي است. به طور کلي مشخصات DNA ميتوکندريال به قرار زير است:
۱- حلقوي و دو رشته اي است.
۲- فاقد نواحي اينترون مي باشد.
۳- فاقد پوشش پروتئين هاي هيستوني مي باشد و مستقل از هسته است.
۴- جهش پذيري آن ۱۵ بار بيشتر از هسته است.
۵- DNA ميتوکندريال فقط از طريق مادر منتقل مي شود زيرا اسپرم ها داراي تعداد کمي ميتوکندري هستند که در هنگام لقاح از بين مي روند .
۶- قدرت ترميم آن بسيار کمتر از هسته مي باشد.
با توجه به جهش پذيري فوق العاده DNA ميتوکندريال ممکن است در طول زندگي فرد (دوران جنيني و پس از تولد ) در DNA بعضي از ميتوکندريها جهش ايجاد شود. اکثر بيماريهاي ميتوکندريال از نوع ميوپاتي و نروپاتي (عصبي عضلاني) هستند که بيشتر اعضايي نظير مغز- کليه ها- عضلات- چشم- گوش داخلي و روده بزرگ را درگير مي کند زيرا مصرف ATP اين اندامها زياد است. معروف ترين بيماريهاي ارثي ميتوکتدريال عبارتند از:
لبراپتيک نوروپاتي (LHON ) Leber hereditary optic neuropathy که از علائم آن نابينايي تدريجي است که فرد در حدود ۲۰ سالگي بکلي نابينا مي شود.
بيماري ديگر گلوتاريک اسيد اورياتيپ ۲مي باشد که با علائمي مانند شلي عضلات و صورت ناهنجار و غيرطبيعي و کيست هاي کليوي و عقب ماندگي ذهني همراه است.
براساس تحقيقات تازه ميزان آسيب پذيری انسان در زمينه حمله قلبی، سکته مغزی، ديابت و چاقی مفرط ممکن است تا حدودی از مادر به فرزند به ارث برسد.
پژوهش تازه که يافته‌های آن در نشريه "ساينس" چاپ شده است، همچنين طيفی از اختلالات مزمن مربوط به سالخوردگی، که يک چهارم جمعيت کشورهای صنعتی به آنها مبتلا هستند را ناشی از يک و فقط يک ايراد ژنتيکی می داند.
فشار خون بالا، کلسترول بالا و چاقی مفرط از جمله اختلالاتی در سيستم شيميايی بدن هستند که خطر از کار افتادگی کليه، حمله قلبی و سکته مغزی را افزايش می‌دهند.
به نظر می رسد اين اختلالات به صورت يک مجموعه گريبانگير فرد می شود، زيرا کسی که نسبت به يکی از اين اختلالات آسيب پذير باشد دست کم در مقابل يکی ديگر از آنها نيز آسيب‌پذير است.
در آمريکا، که در حدود يک چهارم جمعيت از مجموعه ای از اين عوارض رنج می برند، آن را نشانگان (سندروم) متابولسيمی می خوانند.
هرچند اين عوارض معمولا به اضافه وزن و زندگی کم تحرک نسبت داده می شود، اما افراد لاغر و فعال نيز ممکن است به آنها مبتلا شوند بنابرين عوامل ديگری نيز بايد در آن نقش داشته باشد.
اکنون يک عامل احتمالی ژنتيکی برای اين مجموعه از عوارض شناسايی شده است.
پژوهشگران با مطلعه يک خانواده بزرگ که به نوع نادری نشانگان متابوليسمی مبتلاست، دريافتند که اين عارضه از مادر به فرزندان منتقل می شود.
آنها اشاره می کنند که اين عارضه ناشی از ژن‌های معيوبی است که نه در کروموزوم بلکه در ساختمان های سلولی موسوم به "ميتوکندري" وجود دارد.
اگر ميتوکندري، که تامين‌كننده انرژی سلول شناخته می شود، معيوب باشد می‌تواند باعث ابتلای فرد به ديابت و ساير ناراحتی مربوط به افزايش سن شود.
بي شک براي شما هم روزي خواهد رسيد که جلوي آينه بايستيد و موهاي خود را در حسرت يافتن يک تار موي سياه جستجو کنيد.
آن هنگام که آرزو مي کنيد کاش بار ديگر قواي جواني خود را به دست مي آورديد. به هر حال همواره يکي از آرزوهاي بشر اين بوده است که به اکسير جواني دست پيدا کند و در اين مسير، مطالعات زيادي هم انجام داده است.
يکي از جديدترين مطالعات انجام شده در اين زمينه مثل هميشه روي موشهايي صورت گرفت که با مکملهاي غذايي خاصي تغذيه مي شدند. نتيجه اين آزمايش بسيار حيرت انگيز بود، زيرا موشها با اين که پير شده بودند، رفتارشان اصلا مانند موشهاي پير نبود.
آنها تصور مي کردند هنوز هم جوان هستند. اين محققان چند سال مخلوطي از 2 مکمل غذايي را به موشهاي خود خوراندند، تا اين فرضيه را که عنوان مي کرد پيري به دليل ناکارايي درون ساختار سلولي رخ مي دهد، آزمايش کنند.
بنابراين اگر حق با آنها باشد، مي توان اميدوار بود اثرات پيري به کمک مصرف تنها يک قرص کاهش يابد. اما بايد در نظر داشت انسان ها موش نيستند و نمي توان هر چيزي که درباره موشها صادق است ، درباره انسان هانيز صادق دانست.
به هر حال ، هيچ شکي درباره اثري که اين مکملها بر روي موشها دارند، وجود ندارد. مقداري اسيد ليپوئيک که به صورت طبيعي آنتي اکسيداني است که در سبزيهاي برگ سبز يافت مي شود و کارنيتين که در گوشت قرمز وجود دارد تمام آن چيزي است که به نظر مي رسد باعث جوان ماندن موشهاي پير مي شود.
اين موشها نه تنها خيلي پر انرژي به نظر مي رسيدند، بلکه يادگيري آنها نيز بهتر شده و حافظه کوتاه مدتشان نيز به صورت هيجان انگيزي بهبود يافته بود. دانشمندان از مدتها پيش مي دانستند که کاهش شديد در ميزان کالري هاي مصرفي ، طول عمر گونه انسان را افزايش مي دهد، اما هنوز دليل واضحي براي آن ندارند.
چبه هرحال ، اين موضوع اشاره به اين دارد که مواد غذايي را در فرآيند پيري نقش کليدي ايفا مي کنند. بر همين اساس ، محققان کار خود را از منطقه اي از سلول با نام ميتوکندري که فرآيند مواد غذايي مانند سوخت بدن در آن انجام مي شود آغاز کردند.
ميتوکندري نيروگاه هر سلول است و مواد خام مانند کربوهيدرات ها را به انرژي تبديل مي کند، تا سلول ها بتوانند وظايف خود را انجام دهند.
بنابراين ، ميتوکندري براي بقاي هر سلولي حياتي و ضروري است ، اما اين طور نيست که هميشه هم کار خود را بدرستي انجام دهد؛ يعني هر از گاه اين ارگانل سلولي مقداري از سوخت هايي را که دريافت کرده است ، به راديکال هاي آزاد ترسناکي تبديل مي کند که در واقع اکسيدانت هايي هستند که به دي.ان.اي هاي بدن ما حمله مي کنند.
اکسيدانت ها تا حد زيادي شبيه آن چيزي هستند که در يک انفجار هسته اي ، يا يک واکنش هسته اي ديده مي شود. ملاحظه مي کنيد که ما مدام خودمان را پرتوافکني مي کنيم و اين کار را نيز از طريق ميتوکندري در سرتاسر عمرمان انجام مي دهيم.
همزمان با افزايش سن ما، محصول راديکال هاي آزاد نيز افزايش مي يابد و به همين دليل ، محققان به نقش کليدي ميتوکندري در فرآيند پيري مشکوک شدند.
بنابراين ، آنها شروع به انجام آزمايش با 2 ماده کردند که به وسيله متوکندري ها استفاده مي شود؛ يعني ليپوئيک اسيد و کارنتين ليپوئيک اسيد براي تبديل سوخت به انرژي استفاده مي شود و کارنيتين هم همانند چسبي است که به سوخت متصل مي شود و آن را به نيروگاه سلولي حمل مي کند.
اين محققان دريافتند که ميزان کارنيتين همزمان با بالا رفتن سن با شتاب زياد کاهش مي يابد و بر همين اساس ، مکملهايي را به موشهاي خود خوراندند، با اين اميد که در عملکرد ميتوکندري افزايش مشاهده کنند.
با اين که اين مکمل ها براي موشها بخوبي جواب داده اند، اما آيا همين اثر مشابه را روي انسان ها نيز خواهند داشت و آيا بي خطر هستند؟
از آنجا که اين مواد غذايي عملکردي همانند داروها دارند، بايد به تصويب FDA برسند و علاوه بر اين ، همانند هر داروي ديگري داراي اثرات جانبي هستند.
به عنوان مثال ، اسيد ليپوئيک تنظيم کننده انسولين است و ديابتي ها نبايد آن را مصرف کنند. اما محققان هنوز نتوانسته اند چشمه جواني را بيابند.
پير شدن ، فرآيند بسيار پيچيده اي است که هنوز هم بخوبي شناخته نشده است. حداقل 300فرضيه درباره اين که چرا و چگونه پير مي شويم ، ارائه شده است ، اما تقريبا همگي متفق القول هستند که شايد تا قرنها نتوانيم طول عمر گونه انسان را افزايش قابل توجهي دهيم.
با تمام اين اوصاف ، محققان هنوز به دنبال کشف روشهايي هستند که به ما کمک کند بدنمان را تا جايي که امکان دارد، سالم تر و جوان و نگه داريم ب لاگ "دانش زیست شناسی" مطالب جالبی درباره ی جهش در DNA ميتوکندري نوشته است و وب لاگ "آموزش ابتدايي" در مقاله ای تحت عنوان "گره گشايي" نوشته ی "ايزولده انله" و ترجمه ی "سپيده خليلي" نوشته است که: "کاهش عملکرد شايد شما هم تا کنون با کودکي بيش فعال روبه رو شده باشيد . کودکي که نتواند آرام در جايش بنشيند ، تمرکز نداشته باشد و هيچ وقت کاري را که شروع مي کند به پايان برساند. کودکي که دائم درصدد آزار کودکان ديگر است و مي توان گفت که هيچ کسي او را دوست ندارد و نمي خواهد با او بازيکند."
آقای کسری اصفهانی در "وب لاگ سرویس خبری ژنتیک و بیوتکنولوژی ایران" در مطلبی تحت عنوان "رايانه هاي مولكولي در خدمت تشخيص و درمان بيماری‌ها" نوشته است که:"با ساخت يك رايانه ميكروسكپي با استفاده از بخشي از يك مولكول ،DNA مي¬توان در آينده براي تشخيص بيماري و توليد مولكول¬هاي دارو براي مبارزه با آن اميدوار بود. ايشان، يعنی کسری اصفهانی هم چنين در وب لاگ "بيوتکنولوژی Biotechnology" نوشته است که:"بيوتكنولوژي گياهي در نقطه عطف تاريخي خود قرار گرفته است. گرايش به مهندسي ژنتيك در بيوتكنولوژي گياهي دو ديدگاه كاملاً متضاد را پديد آورده است: نخست كساني كه تصور مي¬كنند اين موضوع قابليت ايجاد انقلاب سبز بعدي را دارد و آنهايي كه مهندسي ژنتيك را به شدت خطرناك مي¬دانند. البته براي بررسي مزايا و خطرات مهندسي ژنتيك به اطلاعات دقيق نياز است و در اين زمينه بايد بر مبناي حقايق و واقعيت¬هاي موجود به مردم و جامعه اطلاع رساني نمود."
وب لاگ "Let's Talk About Chemistry" در مطلبی درباره ی کاربرد احتمالدر علم نوشته است که:" متاسفانه به دليل نبود درک درست و حسابی از علم تو ولايت ما، خيلی ها نمی فهمند که وقتی می گويند احتمال وقوع زلزله بالا است به معنی پيشگويی -از جنس رمالی و جادوگری- نيست. بهرحال رفقای تهرانی اين سه، چهار روز آينده مواظب خودتان باشيد."
"زیست شناسی ساری" هم در مطلب جالبی درباره ی "اثر انگشت" اين را نوشته است:"خطوط سر انگشتان آدمی تغيير نا پذير است و از دوره ۴ ماهگی جنينی انسان تا فوت او تغيير نمی کند.بنابراين وسيله مثبت و قاطع برای شناسايی هويت انسانهامی باشد" و سرانجام "رشدفيزيک" می گويد که:"کينگ و کنت عضو انجمن معلمان علوم زمين (ESTA) هستند و می گويند برای آموزش بهتر علوم زمين روشن است که بايد بين اين علوم و رشته های سنتی علوم - فيزيک ، شيمی و زيست شناسی - ارتباط برقرار کرد."تر نگه داريم. طول DNA ميتوکندري در حدود ۱۶۵۷۰ جفت باز مي باشد که در حدود ۶۲ ژن در آن شناخته شده است . ۲۲ ژن مربوط به ۲۲ t RNA و۲ ژن مربوط به r RNA و بقيه ژنها مسئول توليد آنزيم يا پلي پپتيدهايي هستند که در ارتباط با توليد انرژي سلولي است. به طور کلي مشخصات DNA ميتوکندريال به قرار زير است:
۱- حلقوي و دو رشته اي است. ۲- فاقد نواحي اينترون مي باشد.
۳- فاقد پوشش پروتئين هاي هيستوني مي باشد و مستقل از هسته است.
۴- جهش پذيري آن ۱۵ بار بيشتر از هسته است.
۵- DNA ميتوکندريال فقط از طريق مادر منتقل مي شود زيرا اسپرم ها داراي تعداد کمي ميتوکندري هستند که در هنگام لقاح از بين مي روند .
۶- قدرت ترميم آن بسيار کمتر از هسته مي باشد.
با توجه به جهش پذيري فوق العاده DNA ميتوکندريال ممکن است در طول زندگي فرد (دوران جنيني و پس از تولد ) در DNA بعضي از ميتوکندريها جهش ايجاد شود. اکثر بيماريهاي ميتوکندريال از نوع ميوپاتي و نروپاتي (عصبي عضلاني) هستند که بيشتر اعضايي نظير مغز- کليه ها- عضلات- چشم- گوش داخلي و روده بزرگ را درگير مي کند زيرا مصرف ATP اين اندامها زياد است. معروف ترين بيماريهاي ارثي ميتوکتدريال عبارتند از:
لبراپتيک نوروپاتي (LHON ) Leber hereditary optic neuropathy که از علائم آن نابينايي تدريجي است که فرد در حدود ۲۰ سالگي بکلي نابينا مي شود.
بيماري ديگر گلوتاريک اسيد اورياتيپ ۲مي باشد که با علائمي مانند شلي عضلات و صورت ناهنجار و غيرطبيعي و کيست هاي کليوي و عقب ماندگي ذهني همراه است. سندروم هايي نظير سندروم پيرسون و آکاتالاسميا نيز اکثرا با دژنره شدن عضلات و دستگاه عصبي همراه است.
فرايند اپوپتوزيس از طريق پروتئينهاي کاسپاز و طي يک سري فرايندهائي صورت ميگيرد
از مهمترين و اساسي ترين اندامکهاي درون سلولي دخيل در اين فرايند ميتوکندريها هستند ضمن اسيب dna غلظت پروتئين p53 سلول افزايش ميابد و اين پروتئين نيز ÷ني موسوم به bax را وادار به بيان ميکند. محصول ÷ن bax پروتئين bax است. پروتئين bax در غشاي خارجي ميتوکندري منفذي ايجاد ميکند که از خلال اين منفذ سيتوکروم c خارج و زنجيره انتقال الکترون مهار ميشود و در نتيجه سلول به مرگ خود نزديک ميگردد.
