البيولوجيا وعلوم الحياة

الخصائص التي تتمتع بها “الجزيئات” المتواجدة داخل خلايا جسم الإنسان

2013 آلات الحياة

د.ديفيد س. جودسل

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الجزيئات خلايا جسم الإنسان خصائص جزيئات الخلية البيولوجيا وعلوم الحياة

تقوم الجزيئات في خلايانا بأداء وظائفها في عالم غريب وغير مألوف بالنسبة لنا ولذا يجب أن نكون حذرين عند دراستها.

فعند محاولتنا لفهم إحدى العمليات التي تقوم بها الجزيئات فإن حدسنا قد يكون مضللاً . حيث نجد أن المبادىء التي توجه الأشياء في عالمنا اليومي – وتتضمن الجاذبية وقوى الاحتكاك والحرارة – تكون مختلفة على مستوى الجزيئات، وغالباً وبشكل مفاجىء ما يكون لها تأثيرات مختلفة.

إلا أن هناك شيئاً أساسياً لا يتغير على مستوى أحجامنا وعلى مستوى الجزيئات وهو :تماسك المادة.

 

فعلى مستوى الجزيئات، ليست هناك حاجة لأن نلقي بالاً لتلك الأمور التي تبعث على الضيق وتظهر عند تطبيق مبادىء ميكانيكا الكم.

فللجزيئات حجم وشكل محددان، ومن المناسب جداً أن نتخيل أنها تصطدم ببعضها البعض ويمكنها أن ترتبط معا إن كانت أشكالها متوافقة مع بعضها البعض.

واذا لاحظنا الجزيئات عن قرب، فإننا سنجد أن حوافها غير محددة الشكل بعض الشـيء، ولكن في أغلب الأحوال، يمكننا أن نتعامل مع الجزيئات كأجسام طبيعية مثل المناضد والمقاعد.

 

وثمة خصائص أخرى تكون مختلفة جداً عندما ندخل عالم الجزيئات، فعلى سبيل المثال، فإنه نظراً للصغر الشديد في حجم الجزيئات فإن قوى الجاذبية الخاصة بها يمكن تجاهلها تماماً 5، فحركة الجزيئات البيولوجية وتفاعلاتها فيما بنها مُسيطر عليها بشكل تام بواسطة جزيئات الماء المحيطة بها في الخلايا أو الأنسجة.

فعلى درجة حرارة الغرفة ، يستطيع جزىء البروتين متوسط الحجم أن يتحرك بمعدل خمسة أمتار في الثانية (وهذا يعادل سرعة عداء سريع).

 

وإذا وُضع هذا الجزىء بمفردة في الفراغ يستطيع أن يتحرك مسافة تعادل طوله في نحو نانوثانية (جزء من البليون من الثانية)، ولكن في داخل الخلية، فإن هذا البروتين يتعرض إلى الدفع من جميع الجهات بواسطة جزيئات الماء.

وذلك فإنه يرتد إلى الأمام والخلف بسـرعة عالية، ولكنه يحتاج إلى وقت أطول كي يصل إلى أي مكان بالخلية (شكل 1-4)، فعندما يكون البروتين محاطاً بجزيئات الماء فإنه غالباً ما يحتاج إلى وقت أطول بمقدار ألف مرة ليتحرك مسافة تعادل طوله.

 

شكل 4.1 انتشار الجزيئات: تنتشر الجزيئات بشكل مستمر داخل الخلايا، متصادمةً بعشوائية من مكان لآخر.

ويُظهر لنا هذا الشكل عدة لقطات تم عملها بواسطة برنامج كمبيوتر يقوم بمحاكاة انتشار جزىء بروتين وجزىء سكر داخل خلية بكتيرية. 

ويظهر مسار جزىء البروتين في الخلية باللون الأزرق ومسار جزىء السكر باللون الأحمر، يبدأ الجزيئان حركتيهما عند طرفين متقابلين في الخلية ويقومان باكتشاف الكثير من الفراغ بالداخل قبل أن يصل كل منهما إلى الآخر.

 

لنتخيل موقفاً مشابهاً في عالمنا، وذلك عندما تدخل إلى إحدى صالات السفر بالمطار وتريد أن تصل إلى نافذة التذاكر في الجانب البعيد من الصالة.

حيث تُقدر مثل هذه المسافة بعدة أمتار، ومن الممكن مقارنتها بطول جسمك. إذا كانت الصالة خالية، فيمكنك أن تسرع إلى نفافذة التذاكر في بضع ثوانٍ.

ولكن تخيل بدلاً من ذلك ان الصالة مزدحمة وممتلئة بأناس آخرين يحاولون أن يصلوا أيضاً إلى نوافذ التذاكر الخاصة برحلاتهم. فمع دفع الناس بعضهم البعض وتزاحمهم، فإن الأمر سوف يستغرق منك الآن 15 دقيقة لعبور الصالة!-

 

وخلال هذا الوقت، من الممكن أن يتم دفعك إلى كل مكان بالصالة، وربما يؤدي ذلك إلى عودتك إلى النقطة التي بدأت منها بضع مرات. وهذا يشبه المسار المتعرّج الذي تتخذه الجزيئات في الخلية، (وذلك على الرغم من أن الجزيئات ليس لديها هدف تصل إليه).

ربما تتساءل عن كيفية إنجاز أي شيء في هذا العالم الفوضوي. وتكمن الإجابة في أنه إذا كانت حركة الجزيئات عشوائية حقاً، فإنها ايضاً سريعة جداً مقارنةً بالحركة في عالمنا الذي نألفه، فالحركة العشوائية الانتشارية للجزيئات هي حركة سريعة لدرجة تكفي لأداء أغلب المهام في الخلايا.

ومن خلالها فإن كل جزىء يتخبّط داخل الخلية إلى أن يصل إلى المكان المناسب له.

 

ولكي يكون لدينا تصور حول مدى سرعة هذه الحركة، فيمكننا أن نتخيل خلية بكتيرية معتادة، مثل تلك الموضحة في شكل 1-1، وبها إنزيم عند إحدى نهايتيها وجزىء سكر عند النهاية الأخرى.

سنجد أن كلاً من الجزيئين سوف يتخبط فيما حوله ويتحرك داخل الخلية، مواجهاً العديد من الجزيئات في طريقه. وعلى الرغم من ذلك، فإنه يلزم حوالي ثانية واحدة في المتوسط لكي يصطدم هذا الجزيئان معاً مرة واحدة على الأقل.

 

وحقيقةً فإن هذا أمراً مدهشا: حيث يعني ذلك أن أي جزىء خلال رحلته الفوضوية في خلية بكتيرية معتادة سوف يواجه غالباً كل جزىء آخر في الخلية خلال بضع ثوانٍ، ولذلك فإنه عند مطالعتك للرسوم التوضيحية في هذا الكتاب ،

عليك أن تتذكر أن هذه الصور الثابتة يمكنها فقط أن تعطي لقطة و احدة خاطفة لهذا العالم الممتلىء بالجزيئات.

مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪اكتشاف جديد في نظرية الكم قد يحل أكبر ألغازها
قلم: فيليب بال
ترجمة: محمد الرفاعي
في عالم الذرات والجسيمات المتناهي الصغر، لا تبدو الأشياء كأشياءٍ أبدًا، بل تكون على شكل سُحُبٍ من الاحتمالات Clouds of possibilities المبهمة. ويبدو أن الأشياء تكون هنا وهناك وفي كل مكان، ويبدو أنها هذه وتلك في الوقت نفسه – إلى أن تنظر إليها. وحينها يتحول الغموض الكمي فجأةً إلى شيء واضحٍ يمكن وصفه، وهو شيء يمكن أن يُسمى حقيقيًا Real.
هذا ما نعرفه. والمشكلة أن ميكانيكا الكم Quantum mechanics؛ ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪العجائب الطبيعية للمجموعة الشمسية
قلم: سكوت داتفيلد
جبل عملاق سُمِّي جبل أوليمبوس مونس Olympus Mons على اسم جبل الأوليمب العظيم في اليونان، وهو أطول قمة في مجموعتنا الشمسية. ويحلق في سماء المريخ بارتفاع نحو 25 كم من قاعدته ويبلغ عرضه 624 كم؛ فيتقزم أعلى جبال الأرض، إيفرست، البالغ ارتفاعه نحو 8.8 كم، أمامه. وتشكل أوليمبوس مونس، المعروف أنه بركان درعي Shield volcano، على مدى ملايين السنين بفعل انسكاب الحمم اللبية ببطء على ضفافه لإنشاء مظهر درع واسعة النطاق. ولا يقتصر وجود ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪أصل البشر
قلم: إيلسا هارفي
كيف وصلنا إلى هنا؟ طوال معظم حياتنا، لدينا بعض التحكم فيما نقوم به وإلى أين نذهب. ولكن الحركات والقرارات التي اتخذها من أتوا قبل آلاف السنين شكلت تطور النوع Species الذي ولدنا فيه. ونتيجة للهجرة المبكرة، هناك الآن القليل فقط من الأراضي على كوكبنا مما لا يستوطنها البشر. وأدى تطورنا إلى التكيف على مع موقع إلى إحداث اختلافات في مظهرنا وسلوكنا وثقافتنا. وإذا عاد بك الزمن إلى الوراء 200 ألف سنة؛ فلن تكون هذه هي الحال. على الرغم ... (قراءة المقال)