ما مدى سرعة طي البروتين؟ تقنية الوقت الحقيقي تلتقط اللحظة

يقول العلماء إنهم أجروا بعض القياسات المباشرة الأولى للمدة التي يستغرقها البروتين الفردي العادي ليطوي. وكانت النتائج مفاجئة: فلم يجدوا أي علاقة بين تسلسل البروتين أو حجمه والمدة التي يستغرقها أضعاف في شكله 3D. ويبدو أن البروتينات تطوي بكفاءة أكبر من الجزيئات الحيوية الأخرى، مثل الحمض النووي، على الرغم من احتواء البروتينات على مجموعة أكثر تعقيدًا من المكونات. تم نشر العمل اليوم في رسائل المراجعة البدنية¹.

يمكن أن تحمل “البروتينات الداكنة” المختبئة في خلايانا أدلة على السرطان وأمراض أخرى

ترتبط وظائف البروتينات ارتباطًا وثيقًا بها هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة في كثير من الأحيان. لدى بعضها جيوب أو نتوءات متخصصة تسمح لها بالتثبيت على المستقبلات الخلوية لإرسال الرسائل، على سبيل المثال. ولكن بغض النظر عن مدى تعقيد تصميمه النهائي، فإن البروتين يبدأ كسلسلة من الأحماض الأمينية، “مثل معكرونة السباغيتي الطويلة” التي يمكن طيها بأي عدد من الطرق، كما يقول. هوي سونغ تشونغ، مؤلف مشارك للورقة وعالم فيزياء حيوية في المعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى في بيثيسدا بولاية ماريلاند. يمكن أن تؤدي البروتينات المطوية بشكل غير صحيح أو غير كامل إلى خلل وظيفي أو مرض أو تسمم، لذلك يريد العلماء فهم تفاصيل عملية الطي.

ستصل جميع جزيئات البروتين المتطابقة العائمة في الكأس إلى بنيتها النهائية ثلاثية الأبعاد في أوقات مختلفة، ويقوم كل منها بالعديد من المحاولات غير الناجحة على طول الطريق. يعرف العلماء مقدار الوقت الذي تستغرقه عملية الطي بشكل عام، بما في ذلك تلك المحاولات الفاشلة. لكن حتى الآن، كان من المستحيل قياس مدة عملية الطي نفسها – يُطلق على هذا السباق اسم “زمن المسار الانتقالي”.

لا ترمش

هذه الفترة الانتقالية قصيرة جدًا ويجب دراستها على الجزيئات الفردية. حتى الآن، تمكن العلماء من إلقاء نظرة خاطفة على عملية الطي عن طريق إبطائها بشكل مصطنع أو من خلال ملاحظة بروتينات غير عادية تطوي بوتيرة بطيئة.

التقطت مجموعة تشونغ الفترة الانتقالية مباشرة عن طريق تحسين الدقة الزمنية لطريقة تسمى التحليل الطيفي الفلوري أحادي الجزيء. باستخدام هذه التقنية، يمكن للعلماء تقييم ديناميكيات الجزيئات ذات العلامات الصبغية عن طريق قياس مضانها.

قام الباحثون بربط جزيء صبغة حمراء بأحد طرفي سلسلة من الأحماض الأمينية، وجزيء أخضر بالطرف الآخر. الصبغة الخضراء تلمع من تلقاء نفسها. يتم تنشيط الصبغة الحمراء فقط عندما تتلقى الطاقة من الصبغة الخضراء. قبل طي سلسلة الأحماض الأمينية، يكون التألق الناتج عن الصبغة الخضراء مرئيًا. عندما يبدأ الخيط في الطي، يتم تقريب جزيئين الصبغة من بعضهما البعض، مما يسمح بانتقال الطاقة من الجزيء الأخضر إلى الجزيء الأحمر، والذي يبدأ بعد ذلك في التألق. لكن هذا الضوء كان لا يزال خافتًا للغاية بحيث لم يتمكن العلماء من اكتشافه، لذلك استخدموا جهازًا لتوجيه الضوء مزخرفًا بآبار نانوية تعمل على تضخيم الإشارة الصادرة عن الأصباغ. وقد سمح لهم ذلك بمراقبة اللحظة العابرة لطي ثمانية بروتينات.