تا خوردگی پروتئین ها

 یکی از اصل ترین معماها در تاخوردگی پروتئینهااین بود که چگونه پروتئین ها  با این سرعت تاخوردگی می یابند؟ بالاخره پس از 50 سال  دانشمندان دریافتند که تاخوردگی سریع پروتئینها به این علت است که آنها دارای funnel-shaped energy landscapes  می باشند که بطور پیشروندهپروتئین را بسمت کاهش فزایندهسطح انرژی با تاخوردگی سریع پروتئین و رسیدن به سطح  پایین تری از انرژی میشود.

50 سال بعد از اینکه دانشمندان تاخوردگی پروتئین ها را کشف کردند به  این سوال که چرا پروتئین ها به این سرعت به شکل تاخورده ی خود در می آیند پاسخ داده شد. این کشف پیشرفت بزرگی در ابررایانه ها، مواد و داروهای جدید و درک ما از فرآیندهای پایه ای حیات که شامل بیماریهای مرتبط با تاخوردگی پروتئین ها نظیر بیماری آلزایمر، پارکینسون و دیابت نوع II است ،محسوب می شود.

در مقاله ای که در مجله ی Scienceمنتشر گردید، محققین دانشگاه استونی بروک پیشرفت درحل این معمال 50 ساله ی قدیمی درمورد تاخوردگی پروتئین ها را توضیح دادند.

 دانشمندان می دانستند که پروتئین ها به دلیل حرکات تصادفی حرارتی تغییر  کانفورماسیون می دهند و براساس شیب انرژی به سمت ساختار طبیعی خود، تاخوردگی می یابند. این مسئله براساس  یک اصل صورت می گیرد که بر اساس funnel – shaped energy landscapes، پروتئینها به تدریج به سمت انرژی کمتر هدایت می شوند.

امسال پنجاهمین سالگرد جایزه ی نوبل شیمی است  که در سال 1962به Max Perutz و John Kendrewبرای کار پیشگامانه آنها در تعیین ساختار کروی پروتئینها تعلق گرفت. این کار پایه واساس بیولوژی ساختاری است که مکانیسم های زیستی درسطح مولکولی را بر اساس ساختارپروتئین ها وسایر مولکولهای زیستی  تفسیر می کند. کار تحقیقاتی آنها این سوال را نیز مطرح می کند که چگونه  عملکرد  پروتئین ها با ساختار فیزیکی آنها مرتبط است؟

از زمان کشف دو ساختار پروتئین توسط kendrew, pertutzبیش از هشتادهزار ساختار پروتئینی کشف شده است. مشکل تاخوردگی پروتئین  هنگامی مطرح شد که Perutzو kendrewقادر به توضیح ارتباط  تا خوردگی ساختار مولکول پروتئین با توالی ساختمانی آن نبودند .

 ازآن زمان به بعد دانشمندان علاقه مند به درک کُد تاخوردگی پروتئین شدند . آنها می خواستند بدانند که چگونه زنجیره ای از اسیدهای آمینه به  ساختار خاصی از پروتئین(شکل طبیعی آن) تاخوردگی می یابد؟

پروتئین ها مولکولهایی هستند که اعمالی اساسی را در بیولوژی سلول بعهده دارند (تبدیل غذا به انرژی برای رشد، ترمیم وتعمیر مولکولهای DNAو قسمت های آسیب دیده ،حرکت درماهیچه ها، انتقال پیام در مغز و نور در چشم) . برای مثال انسان دارای حدود 20 هزار نوع مختلف از مولکولهای پروتئینی  است که هر کدام اعمال مختلفی را در بدن انجام می دهند. توانایی پروتئینها در انجام  مجموعه ای از اعمال شیمیایی پر قدرت به این اصل از ارتباط شیمیایی ساختار و عمل بر می گردد یعنی هر تاخوردگی خاص در هر پروتئین با انجام عمل ویژه ای مرتبط می باشد.

 پروتئین یک رشته مینیاتوری از دانه های بنام اسیدهای آمینه است، دربدن 20 نوع مختلف اسید آمینه در ساختار پروتئین ها شرکت دارند.

اصل تاخوردگی این است که توالی های مختلفی از اسیدهای آمینه سبب ایجاد مولکولهای پروتئینی مختلف به اشکال کروی بسیار متفاوتی می شوند که اعمال بسیار متفاوتی را نیز بعهده دارند.

تا خوردگی پروتئین ها مجموعه ای از سه معمای مرتبط با هم است: کُد تاخوردگی  چیست؟ چگونه یک پروتئین در کسری از ثانیه می تواند شکل طبیعی خود را در سلول بیابد(مشکل سوزنی در انبار کاه) و آیا ما می توانیم یک روش کامپیوتری  بیابیم که بتواند ساختار یک پروتئین را از میان توالی های بسیار زیاد اسیدهای آمینه  که درحال حاضر شناخته شده اند ، تعیین کند؟

 پرفسور Dillمدیر مرکز Lauferواستاد شیمی فیزیک و دکتر Maccallum  همکار او توانستند پیشرفت های بزرگی درهر سه جنبه ی معما های فوق ارائه دهند. آنها جزئیات برخی از این کارها را از جمله : تولید کامپیوتر ژن آبی IBM  و محاسبات شبکه ی توزیع، روش هایی بر مبنای کامپیوتر برای کشف داروهای جدید، درک بهتر مکانیسم های بیولوژی و درک عمیق تر از ارتباطات اتمی داخل پروتئین ها وهمچنین رده ی جدیدی از مواد پلی مری بنام foldamersرا ارائه دادند.

 آنها می گویند یک سوال که از علوم پایه آغاز گردید درحال حاضر  تبدیل به یک میدان بزرگ برای رویکردهای نظری و تجربی شده است که در آن سوالهای زیادی به پرسش های بسیاری منجر گردیده و همچنان سوالات بیشتری در این زمینه تولید می شود که زمینه ی تحقیقاتی بزرگی را ایجاد کرده است.

منبع: www. sciencedaily.com