طوي البروتينات

عمليات طوي البروتينات لا يمكن ان تتم بشكل تلقائي، ولكن في بعض الأحيان يحصل طوي جزئي نتيجة لوجود معلومات في التوالي الاولي للبيبتيد، ولكن في وسط السايتوبلازم الحاوي على العديد من المواد لا يمكن ان تطوى البروتينات بشكل صحيح الا بمساعدة الوصيفات وذلك لان الطوي الذاتي يكون عرضة للأخطاء خصوصا في وسط مزدحم، والطوي غير الصحيح يؤدي الى تجمع البروتينات وفقدانها لوظيفتها وتقوم الوصيفات بذلك، كما ان عمليات الطوي والتفكيك تكون متوازنة في الخلية. ومن الانظمة التي تقوم بها Chaperonin system والنظام سواء في البكتريا او الاركيا او خلايا حقيقية النواة فهو بشكل عام يتكون من تركيب برميلي الشكل مكون من عدة حلقات، النوع الأول في البكتريا يتكون من GroES الصغير وزنه الجزيئي 10 كيلو دالتون، و GroEL الكبير 60 كيلو دالتون، وهو نظام يوضع ضمن Hsp60 والجزء الصغير يعمل بمثابة غطاء للتركيب الذي تكونه حلقات GroEL. وما يقابله في الخلايا حقيقية النواة CCT من النوع II ويكون تركيبه يشبه النوع البكتيري ولكن مع وجود اختلافات شكلية مظهرية، وكذلك يختلفان في الوظيفة. GroEL يرتبط بعدد من البروتينات ولكن ليس بالضرورة ان يقوم بطوي كل البروتينات جزئيا وقد درست ظاهرة الطوي في الخلايا حقيقية النواة وعضياتها وكذلك في E. coli وفيما يلي وصف موجز :

بعد تكون السلسلة البيبتيدية على الرايبوزوم والتي تكون قد مرت بخطوات الترجمة المعروفة  تبرز السلسلة وتكون بحاجة على عملية نضج وتطور لتصبح بروتينات فعالة بشكل وتوزيع فراغي معين، والسلاسل الناتئة تتداخل مع بروتينات وجزيئات ومنها ماكنة الوصيفات Chaperone machine و Chaperonin system لغرض طويها والذي يتم بعدة طرق :

1-  ماكنة الوصيفات وهي مكونة من Hsp70 (DnaK) و Hsp40(DnaJ) + GrpE تعمل بمسار بسيط يشمل الوصيفات التي تساعد في طوي السلاسل المتعددة الناتئة في السائل الخلوي دون مشاركة Chaperonin.

2-   يقوم Chaperonin System المكون في البكتريا من GroEL و GroES وفي الخلايا حقيقية النواة TRic. ويتكون في البكتريا من 7 حلقات (GroEL) بشكل تركيب برميلي الذي تدخل إليه السلاسل المراد طويها الى الفراغ الوسطي للمعقد وتسمى مرحلة الاستقبال ويغلق عليها بواسطة GroES وتصبح داخل غرفة الطوي المغلقة Closed folding chamber ، ويكون داخله محبا للماء الذي يساعدها على الطوي الصحيح، وتصبح البيئة الداخلية محبة للماء نتيجة تغيرات شكلية تعقب الارتباط بـ ATP وكذلك الغطاء GroES . لذلك فالسلاسل في الداخل لا تجد ما تتجمع معه وانما تقوم تحت هذه الظروف بالانطواء بشكل صحيح . وبعد ذلك يفتح الغطاء بمساعدة ATP وتخرج السلسلة المطيوة بشكل صحيح الى السائل الخلوي، واذا كان الطوي غير كاملا تعود السلسلة لتدخل فراغ GroEL والذي يكون مفتوحا لاستقبال سلاسل جديدة، وتعاد دورة الطوي الى حين الوصول الى طوي صحيح ومتكامل.

3- او تطوى السلاسل باشتراك Chaperonins ومكائن الوصيفات وهو مسار معقد، وفيه يقوم Chaperonin complex باستلام السلسلة وادخالها الى فراغه الداخلي ولكن لا تطوى بشكل كامل وانما يتم اكمالها بواسطة مكائن الوصيفات.

4-  الطريق الاخر استعمال بروتين Prefoldin و TRic ويحدث في السائل الخلوي للخلايا حقيقية النواة ويعتقد ان البروتين TRic يتعاون مع ماكنة الوصيفات. وفي الخلايا حقيقية النواة فان Chaperonin system يعلم في تعديل وطوي بروتينات قليلة وهي التي تدخل في الهيكل الخلوي مثل Actin , Tubulin. والآلية البديلة المقترحة ان السلاسل في السائل الخلوي تقاد بواسطة Prefoldin الذي يساعد في ايصالها الى معقدات TRic لغرض طويها.

ويلاحظ أن ليست كل البروتينات وبشكل مطلق تحتاج الى طوي خاصة بروتينات الخلايا بدائية النواة مثل البكتريا التي تكون بروتيناتها اقصر وأبسط من بروتينات حقيقية النواة. فبعض بروتينات البكتريا المكونة من جزء واحد يقوم بالوظيفة والذي تكون فيه التواليات المسئولة عن الوظيفة متجاورة او مفصولة بتواليات قليلة من الحوامض الامينية لا تحتاج الى عمليات طوي وتعديل معقدة لأنها لا تميل بقوة الى الطوي غير الصحيح، كما ان افتراض حصول خطأ في الطوي يكون قليل في البروتينات القصيرة البسيطة.

اما بروتينات الخلايا حقيقية النواة التي تكون طويلة ومتعددة الاجزاء، والاجزاء قد تكون متجاورة او مفصولة بتواليات طويلة من الحوامض الامينية في التركيب الاولي، لذلك فان حدوث اخطاء في الطوي تكون اكبر مما في بروتينات البكتريا. لذلك فان السلاسل الناتئة يجب ان تساعد بشكل سريع حتى اثناء عمليات التخليق خوفا من ان يلتف خليط الحوامض الامينية على بعضه او مع مكونات المحيط المباشر له، وعليه كانت عمليات التعديل المرافقة للترجمة Cotranslational chaperoning اجبارية في الخلايا حقيقية النواة، خاصة البروتينات المكونة من أجزاء متجاورة، اما البروتينات التي فيها اجزاء وظيفية غير متجاورة فانها تحتاج المساعدة من قبل مكائن التعديل بعد انتهاء عملية الترجمة.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .