بررسی کامل فرآیندهای حیاتی سلول: تنفس سلولی، ساخت پروتئین و تقسیم سلولی

۱. تنفس سلولی (Cellular Respiration)

مفهوم کلی

تنفس سلولی فرآیندی است که در آن سلول ها انرژی ذخیره شده در مولکول های غذایی مثل گلوکز را به شکل قابل استفاده انرژی (ATP) تبدیل می کنند. این انرژی برای تمام فعالیت های سلولی و بدن ضروری است.

مراحل تنفس سلولی

الف) گلیکولیز (Glycolysis)

• مکان: سیتوپلاسم
• توضیح: گلوکز (C6H12O6) که یک قند ۶ کربنه است، در یک سری واکنش های آنزیمی به دو مولکول پیرووات (۳ کربنه) شکسته می شود.
• محصولات:
  • ۲ مولکول پیرووات
  • ۲ مولکول ATP (خالص)
  • ۲ مولکول NADH (حامل الکترون)
• 
  
• نکته: این مرحله نیازی به اکسیژن ندارد (بی هوازی).

ب) چرخه کربس (Krebs Cycle یا چرخه اسید سیتریک)

• مکان: ماتریکس میتوکندری
• توضیح: پیرووات وارد میتوکندری شده و به استیل کوآنزیم A (Acetyl-CoA) تبدیل می شود. استیل کوآنزیم A وارد چرخه کربس می شود و طی واکنش های متوالی، کربن ها به شکل دی اکسیدکربن آزاد می شوند.
• محصولات:
  • 2 مولکول ATP (از یک مولکول گلوکز)
  • NADH و FADH2 (حاملان الکترون با انرژی بالا)
  • CO2 (دفعی)
• 
  

ج) زنجیره انتقال الکترون (Electron Transport Chain)

• مکان: غشای داخلی میتوکندری
• توضیح: NADH و FADH2 الکترون های خود را به پروتئین های زنجیره انتقال الکترون می دهند.
• جریان الکترون ها باعث پمپ شدن پروتون ها (H+) به فضای بین غشایی می شود و گرادیان پروتون ایجاد می کند.
• پروتون ها از طریق آنزیم ATP سنتاز به داخل ماتریکس برمی گردند و انرژی لازم برای سنتز ATP را فراهم می کنند.
• در انتهای زنجیره، الکترون ها با پروتون ها و اکسیژن ترکیب شده و آب تولید می شود.
• محصولات: حدود 32 تا 34 مولکول ATP.

جمع بندی انرژی تولیدی:

• کل ATP تولیدی از یک مولکول گلوکز: 36 تا 38 مولکول.

۲. ساخت پروتئین (Protein Synthesis)

اهمیت

پروتئین ها مولکول های زیستی حیاتی هستند که وظایف متنوعی از جمله ساختاردهی سلول، کاتالیز واکنش ها، انتقال سیگنال و دفاع از بدن را انجام می دهند.

مراحل ساخت پروتئین

الف) رونویسی (Transcription)

• مکان: هسته
• توضیح:
  • DNA دو رشته دارد که یکی از آن ها به عنوان قالب استفاده می شود.
  • آنزیم RNA پلیمراز به ناحیه مشخصی روی DNA متصل می شود و یک رشته mRNA (رونوشت پیام رسان RNA) از روی DNA می سازد.
  • mRNA حاوی کدهای ژنتیکی (کدون ها) است که توالی آمینواسیدهای پروتئین را مشخص می کند.
• 
  
• نتیجه: mRNA ساخته شده از هسته به سیتوپلاسم منتقل می شود.

ب) ترجمه (Translation)

• مکان: سیتوپلاسم، ریبوزوم ها
• توضیح:
  • mRNA به ریبوزوم ها می چسبد.
  • هر ۳ باز نوکلئوتیدی mRNA یک کدون نامیده می شود که کد یک آمینواسید خاص است.
  • tRNA ها آمینواسیدها را حمل کرده و هر کدام به کدون مربوطه متصل می شوند.
  • ریبوزوم آمینواسیدها را به هم وصل می کند و زنجیره پروتئینی شکل می گیرد.
• 
  
• پایان: وقتی کدون توقف می رسد، زنجیره پروتئین آزاد می شود و پروتئین شکل نهایی خود را پیدا می کند.

۳. تقسیم سلولی (Cell Division)

اهمیت

تقسیم سلولی برای رشد، ترمیم بافت ها و تولید مثل ضروری است.

انواع تقسیم:

• میتوز (Mitosis): برای تقسیم سلول های معمولی بدن و حفظ ثبات ژنتیکی.
• میوز (Meiosis): برای تولید سلول های جنسی (اسپرم و تخمک) با نصف کردن تعداد کروموزوم ها.

مراحل میتوز:

۱. پیش واسطه (Prophase)

• کروموزوم ها فشرده و قابل مشاهده می شوند.
• هسته شروع به از بین رفتن می کند.
• دوک میتوزی شکل می گیرد.

۲. واسطه (Metaphase)

• کروموزوم ها در خط وسط سلول (صف متافازی) قرار می گیرند.
• دوک به هر کروموزوم متصل می شود.

۳. پس واسطه (Anaphase)

• کروماتیدهای هر کروموزوم جدا شده و به دو قطب سلول کشیده می شوند.

۴. پایان واسطه (Telophase)

• هسته های جدید شکل می گیرند.
• کروموزوم ها دوباره باز می شوند.

۵. سیتوکینز (Cytokinesis)

• تقسیم سیتوپلاسم و ایجاد دو سلول دختر.

ارتباط با بدن و ورزش:

• تنفس سلولی انرژی لازم برای انقباض عضلات را تامین می کند.
• ساخت پروتئین برای ترمیم و رشد عضلات بعد از تمرینات ورزشی ضروری است.
• تقسیم سلولی برای جایگزینی سلول های آسیب دیده و رشد بافت ها اهمیت دارد