توپ های حاوی آنزیم های حجیم کنترل کننده ی متابولیسم قند

دانشمندان با استفاده از تکنیک پراکندگی نوترون ها توانستند کمپلکس های آنزیمی داخل سلول را که تعیین کننده ی مصرف یا ذخیره ی قند برای مصارف بعدی یا تبدیل به چربی است، مشخص کنند. یافته های این تحقیق کمک شایان توجهی به درک دیابت وبسیاری از بیماریهای متابولیک می کند.

دانشمندان با استفاده از پراکندگی نوترون (neutron scattering) در انستیتو laue-langevin (ILL) نشان دادند که چگونه کمپلکس پیروات دهیدروزناز (PDCs) در کنترل سرعت متابولیسم قند از طریق تغییر ساختار( ترکیب) خود ایفا نقش می کند.

نتایج این تحقیق در Biochemical Journal به چاپ رسید. کمپلکس آنزیمی پیروات دهیدروژنازدر تمام انواع سلولها از باکتری ها تا پستانداران یافت می شود، این کمپلکس آنزیمی در کنترل مقدار قند خون برای پاسخ به تغییرات دائمی نیازهای متابولیک بدن فعالیت می کند. این کمپلکس آنزیمی دارای شکل توپ مانند منحصر بفردی با یک هسته ی مرکزی است که تشکیل یک توپ تو خالی را می دهد و ساختار 12 وجهی بازی را بوجود آورده است (مطابق شکل).

 تصاویر 1 تا 4 نشان دهنده ی چیدمانهای مختلف دو آنزیم در کمپلکس آنزیمی PDC است. آنزیم E2(نقش ساختمانی  و به رنگ سبز) و آنزیم E3BP(نقش متابولیزمی و به رنگ قرمز) می باشد. آنزیم PDC بر اساس سرعت مورد نیاز برای متابولیسم قند می تواند درهر یک از چیدمانهای فوق دیده شود. درتصویر یک از سمت چپ بیشترین فرم آنزیمی E3BP است و بیشترین سرعت متابولیسم در این حالت مشاهده می شود که می تواند نقش کلیدی در پایین آوردن قند خون به حالت طبیعی بعد از خوردن غذا را ایفأ کند .

این کمپلکس آنزیمی حاوی 60 زیر واحد است که از دو پروتئین مرتبط به هم بوجود آمده است. اولین پروتئین آنزیمی است که هسته ی مرکزی این توپ را تشکیل می دهد و قلب ساختمانی این مجموعه را می سازد، در حالیکه دومی نقش اتصالی با آنزیم سوم (متصل به خارج توپ مرکزی است) را بعهده دارد و در متابولیسم سریع نقش دارد.

در حالیکه ساختار این مجموعه ی آنزیمی به خوبی شناخته شده است، اما ترکیب دقیق آنزیمی آن هنوز به خوبی مشخص نشده است.

اکثر مطالعات تخلیصی قبلی نسبت  48:12 را مطرح می کنند یعنی 48واحد آنزیمی در داربست مرکزی به 12 جایگاه اتصال.

گروه تحقیقاتی ILL به سنتز PDC انسانی در باکتری و شناسایی مکان این دو آنزیم بوسیله ی پراکندگی نوترون پرداختند. بر اساس تحقیق جدید بر خلاف انتظار نسبت 40 به 20 در مورد آنزیم های موجود در داربست این کمپلکس آنزیمی مشاهده  گردید. با توجه به اینکه بر اساس آزمایشات انجام شده بروی کمپلکس پیروات دهید روژناز سلولهای قلب گاو نسبت 48 به 12 مشاهده شده بود، محققین با مدل های  ریاضی توانستند ثابت کنند که کمپلکس PDC سنتز شده قابلیت تغییر ساختار خود را از کسر0 :60 تا کسر 40:20را دارد. این قابلیت انعطاف می تواند توضیح مناسبی در مورد سرعت بسیار زیاد واکنش این کمپلکس آنزیمی به تغییرات مقدار قند خون ارائه دهد.

دکتر phil callow از ILL می گوید: مدلهای ما نشان داد که چگونه ساختار کمپلکس آنزیمی PDC می تواند با ایجاد تغییرات جزئی در ساختمان خود بر اساس تغییرات قند خون برای رسیدن به ماکزیمم بهره وری متابولیک نقش خود را ایفأ کند. این یافته ها اطلاعات حیاتی و مهمی را برای ابداع روش های درمانی جدید برای درمان بیماریهایی که علت آنها غلظت غیر طبیعی قند خون است نظیر دیابت و بیماریهایی که مستقیماً با  جهش در کمپلکس  PDC ایجاد می شوند نظیر بیماری سیروز صفراویBiliary Cirrhosis) که یک بیماری التهاب کبدی پیشرفته است (در اختیار دانشمندان قرار داده است.

پرفسور Lindsay از دانشگاه Glasgow می گوید: ما با استفاده از پراکندگی نوترون توانستیم پتانسیل تغییر ساختار این ساختارهای توپی شکل آنزیمی را به منظور بالا بودن بهره وری از قند توسط بدن به تصویربکشیم.

 این تغییر شکل سبب می شود آنزیم قادر به کنترل دقیق شکسته شدن و ذخیره ی قند باشد.

قدم بعدی محققین بررسی این موضوع است که آیا این تغییرات ساختاری به طور طبیعی در سایر بافت های بدن و در موجودات مختلف نیز یافت می شوند؟

به گفته ی دکتر Harrison مدیر مرکز علمی ILL ، مطالعات انجام شده بر روی کمپلکس PDC توسط دکتر callow و همکارانش با اکثر تکنیک ها بسیار پیچیده است اما دانشمندان با استفاده از پراکندگی نوترون و با استفاده از سایر دستگاههای موجود در انستیتو ILL توانستند دیدگاه جدیدی بر بیماریهایی که میلیونها نفر را تحت تأثیر قرار داده است، بوجود آورند.

منبع: www.sciencedaily.com