تساعد البيئة السائلة اللزجة على طي البروتينات وعملها السليم
العديد من البروتينات الموجودة في أجسامنا - والتي تتكون من سلسلة من الأحماض الأمينية - تتشكل في بنية منظمة ثلاثية الأبعاد تمنحها الاستقرار وتسمح لها بالعمل. يؤدي الفشل في الطي إلى عدم قدرتها على أداء وظيفتها. عادةً ما تكون هذه العيوب ناتجة عن خلل وراثي (طفرة) أو بيئات (محاليل) في الجسم تجعل من الصعب على البروتينات طيها. وبالتالي، وبسبب الخلل في عملية الطي، تتطور أمراض عصبية مثل مرض الزهايمر وأمراض أخرى مثل فقر الدم المنجلي والتليف الكيسي.
البروفيسور دانيال هاريز من كلية الرياضيات والعلوم الطبيعية في الجامعة العبرية في القدس هو كيميائي يقوم مع فريقه بدراسة الحلول التي تحاكي بيئة الخلايا الحية وتأثيرها على الجزيئات الموجودة فيها. تشمل هذه المحاليل الماء والجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والحمض النووي (المكون من الأحماض النووية) والدهون (الدهون) والسكريات، بالإضافة إلى الجزيئات الصغيرة مثل السكريات والأملاح والأيضات الإضافية (المنتجات الأيضية).
يقول البروفيسور حريز: "نأخذ المحاليل، ونضيف إليها جزيئات كبيرة، خاصة البروتينات، ونتحقق مما سيحدث لها، من حيث استقرارها ووظيفتها". "في الماضي، درس علماء الكيمياء الحيوية جزيئات مثل البروتينات في المحاليل المخففة، والتي تضمنت الماء بشكل أساسي. نحن نبني على أبحاثهم، ولكن ندرس حلولاً غنية وكثيفة، بحيث تحاكي بيئة خلايا الجسم بشكل أفضل وتساعد على فهم كيفية وجود البروتينات فيها. عندما تكون البروتينات مقيدة بالكثافة، فهي بشكل عام أكثر استقرارًا وتعمل بشكل أفضل. إن دراسة البروتينات في بيئة كثيفة أمر ضروري ليس فقط لفهم طيها ووظيفتها وعلاج الأمراض والوقاية منها، ولكن أيضًا من وجهة نظر تكنولوجية. ومن خلاله يمكنك التعرف على كيفية تثبيت الجزيئات الكبيرة، مثل البروتينات والسكريات والدهون، للاحتياجات الصناعية. على سبيل المثال، يتكون الطعام من مثل هذه الجزيئات، ويمكن أن يساهم استقرارها في الحفاظ عليه وإطالة عمره الافتراضي.
وفي تجاربهم، يقوم البروفيسور حريز وفريقه بتجفيف المحاليل الغنية والكثيفة التي يعدونها، بحيث تصبح نوعا من السائل اللزج - ما يسمى "الحالة الزجاجية". من المعروف أن العديد من الحيوانات تتمكن من التغلب على حالات التوتر من خلال إنتاج بيئة بيولوجية زجاجية في خلايا جسمها. تحتوي هذه البيئة الزجاجية على خليط من الجزيئات الكبيرة والصغيرة. على سبيل المثال، عندما تعاني الدببة المائية (بطيئات المشية) من ظروف الجفاف، تنتج أجسامها تركيزًا عاليًا من الجزيئات (مثل السكريات). وهكذا، عندما يتبخر السائل الموجود بالداخل، يتم إنشاء بيئة خلية زجاجية (حيث يتم دمج الجزيئات). وبهذه الطريقة يمكنهم البقاء على قيد الحياة لسنوات عديدة.
وفي دراسة حصلت على منحة من مؤسسة العلوم الوطنية، سعى الباحثون، ومن بينهم البروفيسور هاريز وأعضاء الفريق جيل أولجنبلوم وليل سابير، إلى فهم كيف تسمح البيئة الزجاجية بالحفاظ على وظيفة الجزيئات البيولوجية الكبيرة - مثل البروتينات والحمض النووي والدهون – وبالتالي يساهم في الحفاظ على خلايا الجسم وبقاء الحياة مثل دببة الماء. ولهذا الغرض، قاموا بإعداد محلول كثيف يحتوي بشكل أساسي على البروتينات والسكريات الأحادية والسكريات الثنائية. ثم جففه حتى يصبح زجاجيا، وركز على دراسة بروتين MET16 الموجود فيه (وهو مشتق من بروتين وظيفته ربط الحمض النووي).
لقد اختاروه بسبب بنيته البسيطة (التي تشبه دبوس الشعر). وبالتالي، تمكنوا بسهولة نسبيًا من متابعة التغيرات في بنيته في الحالة الزجاجية، باستخدام الطرق الطيفية (ترددات الضوء) والمحاكاة الحاسوبية. أي أنهم تمكنوا من رؤية كيفية تأثير البيئة الخلوية الزجاجية عليه. وهكذا اكتشفوا أن طي البروتين لم يتغير. أي أنها تبقى على حالها كما كانت في بيئة سائلة رقيقة ومستقرة وعادية.
ومع ذلك، اكتشف الباحثون أن الحالة غير المطوية للبروتين (قبل أن تطوى) تصبح مدمجة في البيئة الزجاجية، بل وتكتسب خصائص الحالة المطوية المرغوبة. وهذا على النقيض مما يحدث في البيئة السائلة، حيث تكون حالة البروتين المتكشفة فوضوية وضخمة. ويرجع هذا الاختلاف إلى التركيز العالي للسكريات والغياب شبه الكامل للماء في البيئة الزجاجية.
يقول البروفيسور حريز: "تكشف لنا هذه الدراسة أن البيئة الزجاجية تساعد البروتينات على طيها بشكل أفضل". "في الواقع، حتى عندما يتم فردها، فإنها لا تبتعد عن الحالة المطوية. من هذا يمكن أن نفهم أن هذه البيئة تساعد على طي البروتينات بشكل صحيح وبالتالي قد تمنع الأمراض والأمراض التي تنتج عن اختلالها، كما تساهم في تثبيت الجزيئات الكبيرة. وفي المستقبل، نأمل أن تتيح هذه النتائج تطوير الأدوية وطرق الحفظ المتقدمة."
الحياة نفسها:
البروفيسور دانييل حريز، 51 عامًا، يسكن في القدس، وهو مغرم بالخط العربي والخط العربي (فن الكتابة الزخرفية) والرسم بالحبر.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
