داروین در سال‌هایی نه‌چندان دور دیدگاهی را مطرح نمود که امروزه تقویت‌کننده و زمینه‌ساز بسیاری از پژوهش‌های امروزی است. فرگشت یا تکامل چرایی شباهت ریز و درشت میان اجزای زنده‌ی حیات را روز به روز بیشتر آشکار می‌نماید. دنیایی که از نگاهی، بسیار پیچیده و از نگاهی دیگر بر پای قوانینی پایه‌ای و فوق‌العاده مستحکم بنا شده‌است. در این مقاله به بررسی یکی از یگانه ساختار‌هایی می‌پردازیم که بی‌شک زنده‌بودن ما و سایر موجودات زنده تمام و کمال به آن وابسته است.
آیا تاکنون به این سوال اندیشیده‌اید که غذای مصرفی چگونه در بدن‌تان به انرژی مبدل می‌گردد و آیا سیستم‌های زنده توانایی استفاده از مواد مصرفی و هضم شده در قالب انرژی را دارا هستند؟ به‌طور خلاصه می‌توان اشاره نمود که اکثر قریب به اتفاق مولکول‌های انرژی بخش به سیستم‌های زنده، به وسیله‌ی دریافت انرژی از مواد غذایی هضم شده تولید نشده‌اند. این بدان معناست که بخش اصلی انرژی بدن شما به‌طور مستقیم از ماده‌ای مانند گلوکز مصرفی ایجاد نمی‌گردد.
مسیری پیچیده تا ایجاد عوامل تولید انرژی
در این مسیر طی واکنش‌های فراوان و انتقال الکترون از مولکول‌های احیا‌شده به مولکول‌های دیگر، سلول به کمک مسیری تدریجی و غیر انفجاری، انرژی مولکول‌های پر انرژی غذایی را به سایر مولکول‌های ساده‌تر انتقال می‌دهد. همان‌طور که اشاره شد هدف از طویل بودن این مسیر، امکان استفاده‌ی حداکثری از انرژی مولکول غذایی و کمینه‌کردن انرژی اتلافی می‌باشد. به‌طور مثال برای پی‌بردن به اهمیت این مکانیسم می‌توان نیرو‌گاه‌های فسیلی و بازده بسیار پایین آن‌ها در مقایسه با سیستم‌های زنده اشاره نمود.
حال پس از تولید مولکول‌هایی پرانرژی اما ساده‌تر، سلول می‌بایستی ژنراتوری را به‌کار انداخته و در واقع سوخت فسیلی را به برق تبدیل کند. مثالی که در ادامه آورده‌شده است به درک حقیقت این سیستم کمک بسزایی می‌کند. فرض کنید تمامی وسایل خانه و محل کار‌تان با نفت کار می‌کند. این دقیقاً مانند این خواهد بود که تمامی اجزای زنده و تمامی واکنش‌های انرژی‌خواه سلول از انرژی مستقیم مولکول‌های پر انرژی مواد غذایی استفاده نماید! لذا برای برطرف ساختن این مشکل سلول تمامی این مواد را به شکل واحدی برای استفاده‌ی تک تک اجزای سلول تبدیل می‌کند.
دیدگاه بیوشیمیایی
همان‌طور که اشاره شد سلول از مولکولی نظیر گلوکز استفاده کرده و در نهایت طی چرخه‌ای پیچیده از واکنش‌ها آن‌را به مولکول ATP تبدیل می‌نماید. ATP را در مثالی که زده شد می‌توان به برق تشبیه نمود. حال پس از اشاره به ابتدا و انتهای داستان، یعنی مصرف غذا و تبدیل آن به برق سلولی یا ATP، به بررسی یکی از شگفت‌انگیز‌ترین کمپلکس‌های مولکولی حیات می‌پردازیم. کشف هوشمندانه‌ی این مجموعه‌ی پیچیده‌ی بیوشیمیایی، در سال ۱۹۹۷ جایزه نوبل شیمی را برای پائول دلوس بویر و دو تن از همکارانش به ارمغان آورد. نام این آنزیم حیات‌بخش، ATP Synthase است.
مکانیسم عمل این آنزیم چیست؟
شباهت بسیار این کمپلکس به توربین‌های امروزی شگفت‌انگیز است. این مولکول با استفاده از ورود پروتون‌ها به ساختار بخش متحرک آن (از سمت غشایی با غلظت بالای پروتون) و چرخاندن آن موجب انتقال یک گروه فسفات به مولکول ADP و تولید ATP می‌گردد. بررسی‌های دقیق حاکی از تغییرات کانفورماسیونی و چرخشی این مولکول هنگام عبور پروتون‌ها می‌باشد.
مولکول ATP Synthase از دو بخش اصلی FO و F۱ تشکیل شده است. علت نام‌گذاری FO، مهار شدن این بخش از مولکول توسط ماده اولیگومایسین است. اولیگوماسین توسط باکتری استروپتومایسین تولید شده و ماده‌ای بسیار سمی برای سلول تلقی می‌گردد. علت این موضوع نیز واضح است؛ زیرا این مولکول قابلیت مهار ژنراتور سلولی و کاهش شدید ATP تولیدی را داراست.
کمپلکس ATP Synthase با وجود تفاوت عظیم موجودات زنده، تقریباً در تمامی ارگانیسم‌ها ساختار مشابه و حفظ‌شده‌ای دارد. این موضوع نشان از تکامل ATP Synthase در سالیانی بسیار گذشته و همزمان با اشتقاق ابتدایی و تکامل اولیه‌ی شاخه‌های موجودات زنده دارد. در پایان برای آشنایی بیشتر با این مولکول حیات‌بخش ویدئوی زیر را مشاهده نمایید.
