سایت NBIC-دانشمندان با استفاده از یکی از درخشان‌ترین منابع اشعه ایکس جهان، لیزر اشعه ایکس الکترون آزاد در مرکز شتاب‌دهنده خطی استنفورد، موفق به کشف رازی سر به مهر درباره ساختار داخلی یکی از نانوماشین‌های بدن شدند.
کشف راز علمی ۵۰ ساله: ترسیم ساختار نانوماشینی موسوم به کیناز
به گزارش سایت فناوری های همگرا (NBIC) دانشمندان به‌تازگی توانسته‌اند نقشه ساختار یک نانوماشین به نام دیاس‌ایلگلیسِرول کیناز (diacylglycerol kinase یا به اختصار DgkA) (کینازها نوعی آنزیم هستند که گروه فسفات پرانرژی را از مولکول‌هایی مانند آدنوزین تری فسفات (ATP) به بسترهای خود منتقل می‌کنند – مترجم) را با استفاده از روش ضربه و اجرا (hit and run) طراحی و ترسیم کنند. آن‌ها توانستند عملکرد وظایف سلولی این آنزیم کوچک را آشکار کنند و به سوالاتی پاسخ دهند که بیش از ۵۰ سال در مورد این پروتئین مطرح بوده‌است.
کینازها در سوخت‌وساز بدن، سیگنال‌های سلولی، مقررات پروتئینی، حمل‌ونقل سلولی، فرآیندهای ترشحی و بسیاری دیگر از مسیرهای سلولی که به ما اجازه می‌دهند عملکرد سالمی داشته باشیم، نقشی کلیدی دارند. آن‌ها انتقال انرژی از یک مولکول خاص را به بسترهای مشخص دیگری هماهنگ می‌کنند. در نتیجه این انتقال، فعالیت، واکنش‌پذیری و قابلیت اتصال به مولکول‌های دیگر آن‌ها تاثیر می‌پذیرد.
دیاس‌ایلگلیسِرول کیناز، نقش مهمی در سنتز دیواره سلولی باکتری ایفا می‌کند. این کیناز یک آنزیم غشایی ادغامی کوچک است که هماهنگ‌کننده واکنش‌های پیچیده می‌باشد. بستر لیپیدی آن آب‌گریز (hydrophobic) بوده و در غشای سلولی قرار دارد، در صورتی که هم‌بستر آن، آدنوزین تری فسفات، به طور کامل در آب محلول است.
چگونگی عملکرد کیناز مزبور برای چندین دهه به صورت راز باقی مانده بود، اما نقشه‌هایی که دانشمندان ایرلندی به تازگی به دست آورده‌اند، راز این نانوماشین را برملا نمود. پروفسور مارتین کافری ، استاد سازه‌های غشایی و زیست‌شناسی کاربردی در ترینتی کالج دوبلین (Trinity College Dublin) می‌گوید: «این که چگونه نانوماشین کوچک (با قد کمتر از ۱۰ نانومتر) این دو بستر متفاوت را در مرز غشا، برای واکنش در کنار هم قرار می‌دهد، به وسیله ساختار بلوری مولکولی مشخص شد. کیناز مزبور، کوچک‌ترین کیناز شناخته‌شده است و دیدن آن با وضوح بلوری، به ما کمک کرد تا به سوالاتی با قدمت بیش از ۵۰ سال در مورد تشکیل پروتئین پاسخ دهیم.»
با استفاده از یکی از درخشان‌ترین منابع اشعه ایکس که بر روی زمین وجود دارد، لیزر اشعه ایکس الکترون آزاد در مرکز شتاب‌دهنده خطی استنفورد (Stanford Linear Accelerator Center)، چگونگی عملکرد این ماشین کوچک در سطح مولکولی مشخص گردید.
پروفسور کافری اضافه کرد: «این ابزار با انفجاری در حد فمتو ثانیه، اشعه ایکس را تولید می‌کند. با این سرعت بالا می‌توانیم اطلاعات ساختاری را در مورد آنزیم، قبل از این‌که در اثر تابش بخار شود، به دست آوریم.»
پترا فروم ، مدیر مرکز کشف سازه‌های کاربردی در موسسه بیودیزاین دانشگاه ایالتی آریزونا (Arizona State University’s Biodesign Institute) و همکار مطالعه حاضر می‌گوید: «این ساختار اولین پروتئینی است که غشای آنزیمی دارد و یک کاتالیزور حیاتی مهم در سلول محسوب می‌گردد.» ( کاتالیزورهای زیستی به واکنش‌های حساس زیستی سرعت می‌بخشند.)
کیناز کوچک یکی از اهداف پژوهش در مرکز سازمان بهداشت ملی (NIH) واقع در دانشگاه آریزونا، برای پروتئین‌های غشایی در بیماری‌های عفونی می‌باشد و از بدن در برابر حمله پاتوژن دفاع می‌کند.
تیم دانشگاه آریزونا به کار تخصصی در رشد بلور و تزریق نمونه و همچنین جمع‌آوری و ارزیابی داده‌ها کمک کرده‌است.
در آینده دانشمندان امیدوارند لیزر الکترون آزاد را که می‌تواند برای تولید اشعه ایکس نانوماشین استفاده شود، گسترش دهند تا بتوانند چگونگی انجام واکنش را مشاهده نمایند.
مقاله مربوط به جزئیات این پژوهش به تازگی در مجله Natural Communications منتشر شده است.
