به گزارش ایسنا، دانشمندان میگویند آنها برخی از نخستین اندازهگیریهای مستقیم از اینکه یک پروتئین معمولی و منفرد چه مدت زمان برای تا خوردن لازم دارد را انجام دادهاند. نتایج شگفتانگیز بود: آنها هیچ رابطهای میان توالی یا اندازه یک پروتئین و مدت زمانی که طول میکشد تا به شکل سهبعدی خود تا بخورد، پیدا نکردند و به نظر میرسد پروتئینها نسبت به دیگر مولکولهای زیستی، مانند دیانای، کارآمدتر تا میشوند، با وجود اینکه پروتئینها مجموعه پیچیدهتری از اجزا دارند.
به نقل از نیچر، پروتئینهای «تاریک» پنهان در سلولهای ما میتوانند سرنخهایی درباره سرطان و دیگر بیماریها داشته باشند. کارکرد پروتئینها ارتباط نزدیکی با ساختارهای سهبعدی اغلب پیچیده آنها دارد. برای مثال، برخی از آنها دارای حفرهها یا برآمدگیهای تخصصی هستند که به آنها اجازه میدهد به گیرندههای سلولی متصل شوند و پیامهایی را ارسال کنند. اما صرفنظر از اینکه طرح نهایی یک پروتئین چقدر پیچیده باشد، یک پروتئین در ابتدا به صورت رشتهای از اسیدهای آمینه شکلگیری خود را آغاز میکند.
هوی سانگ چانگ (Hoi Sung Chung)، یکی از نویسندگان این مقاله و زیستفیزیکدان در مؤسسه ملی دیابت و بیماریهای گوارشی و کلیوی در بتسدا، مریلند، میگوید این رشته «مانند یک رشته بلند اسپاگتی» است که میتواند به تعداد زیادی شکل مختلف در بیاید.
پروتئینهایی که بهطور نادرست یا ناقص تا میشوند میتوانند به اختلال عملکرد، بیماری یا سمیت منجر شوند، بنابراین دانشمندان میخواهند جزئیات فرایند تا شدن را درک کنند.
مولکولهای یکسان پروتئین که در یک ظرف آزمایشگاه شناور هستند، همگی در زمانهای متفاوتی به ساختار سهبعدی نهایی خود میرسند و هر کدام در طول مسیر بارها تلاشهای ناموفق انجام میدهند.
دانشمندان میدانند کل فرایند تا شدن که شامل این تلاشهای ناموفق نیز میشود، معمولا چه مدت طول میکشد. اما تا امروز، اندازهگیری مدت زمان خودِ عمل تا شدن عملا غیرممکن بوده است، زیرا این «زمان مسیر انتقال» (transition-path time) بسیار سریع است.
پلک هم نزنید
این دوره انتقال بسیار کوتاه است و باید در مولکولهای منفرد مطالعه شود. تاکنون دانشمندان تنها با کاهش سرعت مصنوعی فرایند یا با مشاهده پروتئینهای غیرمعمولی که بهآهستگی تا میشوند، توانستهاند نگاهی به این فرایند بیندازند.
گروه هوی سانگ چانگ این دوره انتقال را مستقیماً با بهبود وضوح روشی به نام طیفسنجی فلورسانس تکمولکولی ثبت کردند. با استفاده از این روش، دانشمندان میتوانند با اندازهگیری فلورسانس، پویایی مولکولهایی را که با رنگ نشاندار شدهاند، بررسی کنند. نویسندگان یک مولکول رنگ قرمز را به یک سر رشته اسیدهای آمینه و یک مولکول سبز رنگ را به سر دیگر آن متصل کردند. رنگ سبز بهتنهایی میدرخشد و رنگ قرمز فقط زمانی فعال میشود که انرژی را از رنگ سبز دریافت کند.
پیش از تا شدن رشته اسیدهای آمینه، فلورسانس رنگ سبز قابل مشاهده است. وقتی رشته شروع به تا شدن میکند، دو مولکول رنگ به هم نزدیکتر میشوند و این امکان را فراهم میکنند که انرژی از مولکول سبز به مولکول قرمز منتقل شود؛ در نتیجه مولکول قرمز شروع به درخشیدن میکند. اما این نور هنوز برای دانشمندان بیش از حد ضعیف بود که بتوانند آن را تشخیص دهند، بنابراین آنها از یک دستگاه هدایتکننده نور با حفرههایی در مقیاس نانومتر استفاده کردند که سیگنال رنگها را تقویت میکند. این کار به آنها اجازه داد لحظه بسیار کوتاه تا شدن را برای هشت پروتئین مشاهده کنند.
سرعت بالا
دیمیتری ماکاروو، فیزیکدان شیمیایی در دانشگاه تگزاس در آستین، میگوید: این یکی از مهمترین پیشرفتها در این حوزه در سالهای اخیر است. او میگوید برای مشاهده عمل تا شدن، دانشمندان باید تعداد نسبتا کمی فوتون را تشخیص دهند که یک دستاورد فنی محسوب میشود.
او افزود: چیزی که واقعا چشمگیر است، این است که آنها این کار را نه فقط برای یک پروتئین، بلکه برای هشت پروتئین انجام دادند که به شما اجازه میدهد پرسشهای جالبی مطرح کنید.
هوش مصنوعی شکل تقریبا همه پروتئینهای شناختهشده را پیشبینی میکند
سریعترین زمان مسیر انتقال کمتر از یک میکروثانیه بود و کندترین آن حدود چهار میکروثانیه. این سرعتها با اندازه، طول، توالی یا ساختار تا شده پروتئین ارتباطی نداشتند، بلکه با تعداد تعاملات میان اسیدهای آمینه در پروتئین تا شده مرتبط بودند.
هرچه تعداد این تعاملات بیشتر باشد، پروتئین کارآمدتر تا میشود. ماکاروو میگوید این موضوع توسط مدلهای نظری پیشبینی شده بود و دیدن تأیید آن بسیار هیجانانگیز است.
هوی سانگ چانگ میگوید این پژوهش نشان میدهد پروتئینها خود عمل تا شدن را نیز سریعتر از دیگر مولکولهای زیستی، مانند دیانای، کامل میکنند.
دیانای تنها از چهار واحد بنیادی به نام بازها ساخته شده است که هر کدام فقط میتوانند با یک باز دیگر در ساختار نهایی پیوند برقرار کنند. اما پروتئینها از ۲۲ اسید آمینه ساخته شدهاند و تعاملات بسیار بیشتری میان آنها امکانپذیر است. چانگ گمان میکند فرگشت، تا شدن سریعتر پروتئینها را انتخاب کرده است.
انتهای پیام
