انطلق علماء المعهد لفك سر نشاط إنزيمات البروتياز في البيئة الدهنية الطاردة للماء لغشاء الخلية
البروفيسور ديبورا فاس والبروفيسور إيتان بيبي. النقطة الفاصلة
غير مكانك غير حظك. ولكن هل التغيير في الموقع يغير أيضًا جوهر الفعل؟ نشأ هذا السؤال عندما تم اكتشاف مجموعة من الإنزيمات من عائلة معروفة، موجودة في مكان لم يكن من المعروف حتى الآن إمكانية العثور عليها. وهو من عائلة إنزيمات البروتياز المسؤولة عن عمليات قطع البروتينات في خلايا الجسم. هذه الإنزيمات شائعة في العديد من الحيوانات، وتشارك في عدد أكبر من عمليات الحياة الأساسية. ونظرًا لتوزيعها الواسع ودورها المركزي، فقد تمت دراستها على نطاق واسع ومتعمق. هيكلها وآليات نشاطها معروفة بالتفصيل. لكن في الآونة الأخيرة، تراكمت الأدلة على وجود أبناء الزوج في عائلة إنزيمات البروتياز - التي لا تعمل في الفضاء الخلوي، مثل أفراد العائلة الآخرين، ولكنها تتواجد داخل غشاء الخلية.
ظاهريا، هذا مجرد تغيير في موقع الإنزيم، ولكن في الواقع، هذا الموقع يثير سؤالا أساسيا. قطع البروتينات هي عملية تتطلب وجود جزيئات الماء، لذلك يتم إجراؤها في بيئة محبة للماء، مثل تجويف الخلية. وعلى النقيض من ذلك، فإن غشاء الخلية عبارة عن بيئة دهنية تطرد الماء. كيف إذن تتمكن الإنزيمات الموجودة في غشاء الخلية من تحقيق غرضها وقطع البروتينات؟ اكتشف العلماء الذين شرعوا في العثور على إجابة لهذا السؤال أن إنزيمات البروتياز الموجودة في غشاء الخلية تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف الإضافية: نقل إشارات الاتصال البيوكيميائية داخل الخلية، والتحكم في موت الخلية المبرمج، والدفاع ضد غزو الطفيليات، والمزيد. لكن ليست كل هذه الأنشطة إيجابية. على سبيل المثال، يؤدي قطع معين تقوم به هذه الإنزيمات إلى تكوين أجزاء من بروتين الأميلويد في الخلية، والتي يؤدي تراكمها في الدماغ إلى ظهور مرض الزهايمر.
سعى البروفيسور إيتان بيبي وباحث ما بعد الدكتوراه الدكتور آدم بن شيم من قسم الكيمياء البيولوجية، والبروفيسور ديبورا فاس من قسم البيولوجيا الهيكلية، في كلية الكيمياء في معهد وايزمان للعلوم، إلى فك رموز سر نشاط إنزيمات البروتياز في البيئة الدهنية الطاردة للماء لغشاء الخلية. وللقيام بذلك، استخدموا طريقة بحث متقدمة، مما سمح لهم بإنشاء صورة مفصلة ثلاثية الأبعاد وعالية الدقة لإنزيم البروتياز من بكتيريا E.coli. وتشير نتائج البحث، التي نشرت مؤخرا في مجلة "سجلات الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية" (PNAS)، إلى حل محتمل للغموض الذي يكتنف آلية نشاط الإنزيم.
تظهر النتائج أن الإنزيم معقد
تعبر ستة حلزونات غشاء الخلية، وتتصل ببعضها البعض بواسطة حلقات. وتشكل خمسة من الحلزونات ما يشبه الأسطوانة، لأنها تحيط بالحلزون السادس، الذي يقع عليه الموقع النشط للإنزيم. على عكس الحلزونات الطرفية الخمسة، التي تعبر الغشاء بعرضه وتبرز من كلا الجانبين، فإن الحلزون المركزي أقصر، بحيث يكون الموقع النشط مغمورًا في غشاء الخلية. يتشكل فوق الموقع النشط هيكل يشبه الجيب: الجزء العلوي منه مفتوح على البيئة الخارجية، ويحده من جميع الجوانب حلزونات البروتين. الجزء الداخلي من الجيب "مبطن" بالأحماض الأمينية "المحبة للماء"، ويبرز الموقع النشط للإنزيم من الأسفل. يسمح هذا الهيكل الخاص باختراق جزيئات الماء إلى أعماق غشاء الخلية مباشرة إلى المكان الذي تحتاج إليه.
هذه الاكتشافات تجيب على الأسئلة المتعلقة بموقع الموقع النشط للإنزيم، وطريقة قيامه بالقطع الذي يتطلب وجود الماء، لكنها تثير سؤالا آخر، يتعلق بالبروتين الذي يقطعه الإنزيم، والموجود أيضا في الخلية. غشاء. كيف يمكن وصول هذا البروتين إلى الموقع النشط الموجود في أعماق الإنزيم والمحاط بحلقات بروتينية كثيفة؟ تقدم نتائج البحث عدة احتمالات: قد تعمل إحدى الحلقات التي تربط اثنتين من حلزونات البروتين كنوع من "البوابة"، التي يسمح فتحها للبروتين بالوصول إلى الموقع النشط للإنزيم. وفي مكان آخر، تم اكتشاف فتحة على شكل حرف V بين ملفين. على أية حال، بما أن الموقع النشط بعيد عن الفتحات، يفترض الباحثون أن التغيير الهيكلي للإنزيم أو البروتين المراد قطعه ضروري أيضًا. يقول البروفيسور بيبي: "إن التغيير في البنية الحلزونية للبروتين المخصص للاقتطاع قد يسمح له بالوصول إلى الموقع النشط للإنزيم، ويكشف أيضًا عن نقطة الاقتطاع". "إن البيئة" المحبة للماء "في الموقع النشط للإنزيم تمكن من حدوث مثل هذا التغيير الهيكلي - وتعمل على استقراره."
موقع الإنزيم، في غشاء الخلية، يجعل من الصعب على الباحثين الكشف عن وظائفه الإضافية. وللقيام بذلك، سيتعين على العلماء إيجاد طريقة لدراستها في بيئتها الطبيعية، داخل غشاء الخلية، عندما تتلامس مع البروتينات التي تقطعها. يقع هذا التحدي في قلب بحث البروفيسور بيبي الحالي.
