Protein Folding (طيّ البروتين) evolution vs

(طيّ البروتين) Protein Folding

الرقصه البيولوجيه التى اعجزت العقول

صديقى قبل ان تتابع معى تلك المعجزه البيولوجيه

اعتدل وركز جيدا ولا مانع من ان تصنع لنفسك فنجان من القهوه الساخنه

هنا سنحاول جاهدين الاختصار والتلخيص والتبسيط لواحده فقط من العمليات بالغة التعقيد التى تحدث داخل الخليه الحيه لبنة الحياه.. بل بالادق تحدث لمادة حياة تلك الخليه وهى البروتين

الم تفكر يوما وتتساءل عن سر التنوع الهائل في أشكال وألوان وروائح وتراكيب الكائنات الحية التي يزيد عدد أنواعها عن عدة ملايين...

...................

السر يكمن بذلك الجزئ المعجز المسمى بالبروتين تلك التحفه البيولوجيه من صنع الخالق القدير

البروتين هو اعظم مكونات الأجسام الحية شأنا، ولا يزال يحير العلماء بتشكيلاته المذهلة عددا وتنوعا

فهناك البروتينات التي تدخل في بناء خلايا أعضاء الحيوانات كالجلد واللحم والعظم والشعر والريش والأظفار والغضاريف والقلب والكبد والرئة والمعدة والعين والأذن وغير ذلك من الأعضاء.

وهنالك البروتينات الموجودة في أوراق وأزهار وثمار وبذور النباتات التي تتفاوت تفاوتا كبيرا في ألوان وروائح أزهارها وطعم ثمارها وبذورها.

وهناك البروتينات التي تقوم بالعمليات الكيميائية والحيوية في داخل الخلايا الحية المختلفة كالأنزيمات والهرمونات التي لا حصر لعدد أنواعها.والأجسام المضادة

باختصار البروتين هو سر الحياه

لكن المذهل

تلك المنظومه الهائله من التنوع والتباين من البروتينات تتكون من لبنات تسمى الاحماض الامينيه لا يتعدى عددها 20 فقط ........

وهذه الاحماض الأمينية تتجمع مع بعضها البعض، لتكوين عشرات الملايين من البروتينات المتخصصة في وظائف معينة، في كل الكائنات الحيّة التي تعيش فوق كوكب الأرض.

.لنتبحر بعمق داخل اغوار الخليه المجهريه لنرى اى عالم مذهل تكون ولنرى كيف يحدث هذا التباين والتنوع الوظيفى البالغ الاتقان فى الكائنات الحيه

الامر ببساطه لا يعدو كونه معجزه بيولوجيه تسمى بطى البروتين Protein Folding

لتوضيح الامر وكيف يحدث بتبسيط شديد وبعيدا عن التعقيدات والتفصيلات العلميه سنمثل البروتين بقلاده بها حبات خرز مختلفة الالوان هى الاحماض الامينيه كل لون يمثل حمض امينى معين

كما بالصوره

http://publications.nigms.nih.gov/structlife/images/ch1_proteina.jpg

هذا البروتين اللذى نمثله بالقلاده يختلف فى عدد احماضه الامينيه التى نمثلها بالخرزات بتفاوت من بروتين الى اخر وتتراوح ما بين 50 الى 2000 حمض امينى للبروتين الواحد على حسب نوعه

هذا البروتين لايبقى مستقيما كما نراه بالصوره الممثله السابقه بل يتعين عليه أن ينطوى على نفسه بطرق مختلفه على حسب الوظيفه ويحول نفسه من سلسلة طويلة مرنة وناعمة من الأحماض الأمينية، إلى جزء له شكل ثلاثى الابعاد محدد، وبه مختلف الالتواءات والانحناءات التي تلزمه لأداء وظيفته في الخلية، وهي ما يطلق عليه (طيّ البروتين)

انظر بالصوره

http://publications.nigms.nih.gov/structlife/images/ch1_proteinb.jpg

صور تخطيطيه توضيح كيفية طى البروتين

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a6/Protein-structure.png/300px-Protein

-

http://www.stanford.edu/group/pandegroup/folding/protstruct.gif

لكن هذه الالتوائات والبروزات والانخفاضات والتجاويف التى يتخذها جزيئ البروتين فى عملية الطى ليست عشوائيه بالمره بل هى ما يحدد وظيفة البروتين المتكون من تلك العمليه البالغة التعقيد إذ إن البروتينات تنثني وتلتوي وتلتف في شكل حلقات أو حلزونات، بينما تنضغط بعض البروتينات الأخرى في رقائق مطويّة تشبه الآلة الموسيقية (الأكورديون)، وكذلك في أشكال أخرى.

فعلى سبيل المثال،

فإن الزوايا والشقوق في طيات أي إنزيم هضم ـ وهو أحد البروتينات ـ يمكنها أن تحتجز جزيئات النشا ثم تقترب بعد ذلك الكيماويات التي تحللها إلى سكر.

وبالمثل، تكمن البكتريا والفيروسات بقوة في ثنايا وطيّات الأجسام المضادة، التي تمسكها بإحكام.، بينما تطلب (النجدة) من آليات الدفاع الأخرى بجهاز المناعة في الجسم.

انظر الشكل بالصوره لترى اشكال مختلفه رائعة لبروتينات مختلفه والشكل المحدد ما هو الا مفتاح او قالب لاداء وظيفه محدده او لبنه معينه فى كيان الحياه المهيب حيث تدخل فى تركيب التنوع الهائل لتراكيب الجسد

http://www.nature.com/horizon/proteinfolding/background/figs/importance_f1.html

لم تنتهى جرعة الاذهال بعد بل هناك الكثير مما يعجز العقل ويشله حتى عن الاستيعاب وهى احتمالات ان ينطوى البروتين بالطريقه الصحيحه عشوائيا كما يدعى منكرى الخلق

ركز وتأمل

تصور ذلك الخيط من الحبات الملونة ، صفراء وخضراء وحمراء وزرقاء وبنية. علماً بأن الحبات الصفراء تنجذب إلى بعضها البعض مثل المغناطيسات. وتتنافر الحبات الخضراء مع مثيلاتها، وتنجذب الحبات الحمراء بقوة ضعيفة إلى الحبات الزرقاء، ما لم توجد بجوارها حبة بنية اللون. وتذكر أيضا أن الحبات الحمراء تفضل أن تستقر بين الحبات الصفراء، ما لم توجد حبات خضراء بينها! والآن كوّن تسلسلاً عشوائياً من بضع مئات من الحبات الملونة المختلفة ـ التي تمثل الأحماض الأمينية ـ وتنبأ بالتركيب ثلاثي الأبعاد، الذي سوف ينطوي الخيط ذاتيا إليه!

وتخيل ان لكل بروتين تسلسل للأحماض الأمينية خاص به وحده فقط،.......

وينتهي بطريقة ما، بالطيّة المميزة له وحده فقط

وان مثل هذه السلسلة المعقدة يمكن أن تنطوي بعدد كبير جداً من الطرق المختلفة، ومن ثم كيف يتأتى للبروتين أن ينتهي بالشكل الصحيح له بالضبط?

لا يمكن الإجابة عن هذا السؤال بالتخمين أو باتباع طريقة التجربة والخطأ. إن عمر الكون نفسه يعد قصيراً مقارنة بالوقت الذي يستغرقه بروتين صغير لتجربة بلايين من الطيّات الممكنة واحدة وراء أخرى، وصولاً إلى الطيّة الصحيحة!

لنزيد جرعة الاذهال ....

.

عملية طي وتجميع البروتينات لنفسها تحدث بسرعة مذهلة جدا, تقريبا في أجزاء من مليون في الثانية.

رغم أن هذا الوقت يعتبر سريع للغاية بالنسبة للإنسان, إلا أنه طويل بشكل ملحوظ لأجهزة الكمبيوتر لكي تقوم بمحاكاته.

بمعني أن جهاز الكمبيوتر يحتاج يوم كامل لكي يستطيع محاكاة 1 نانوثانية (1/1000000 من الثانية) من الطي وبالتالي يحتاج الكمبيوتر إلي 10 آلاف يوم لكي يقوم بعملية طي واحدة. وبحسبة سريعة: سيحتاج ل 30 عام لكي ينتهي منها, وهذه فترة طويلة جدا للحصول علي نتيجة طي واحدة.

فيديو يوتيوب لمحاكاه حاسوبيه من موقع Folding@home > يوضح مدى احتمالية توجيهه وطى سلسله بسيطه جدا مكونه فقط من 6 احماض امينيه حيث تمثل الخرزات الملونه الاحماض الامينيه فى سلسلة البروتين

http://www.youtube.com/watch?v=k4n7kFJwEbo

فيديو اخر يوضح لن مفهوم الاستحاله لان يطوى بروتين بطريقه محدده بعينها من بين بلايين الانطوائات عشوائيا ليقوم بوظيفه محدده من داخل الخليه والجسد

http://www.youtube.com/watch?v=k4n7kFJwEbo

ليس هذا فحسب ممكن بل الامر يتعدى ذلك الى عمليه اخرى بالغة التعقيد لا يمكن اختزالها او تبسيطها الى ماهو ادنى او اقل وتبقى تحديا لانصار التطور الداروينى

ماذا يحدث لولم يتم الطى بشكل صحيح وكيف تتلافى الخليه ذلك ؟

حيث ان عملية طي البروتين تتعرض أحيانا للمشاكل، فالبروتينات لديها ميل كبير لارتكاب أخطاء تبطئ من سرعتها كثيراً أثناء رحلتها المعقدة، إلى التركيب النهائي لها. ويتعين على البروتينات أن تنطوي بسرعة فائقة، إذ لو تأخرت في مرحلة بينيّة واحدة، لتعرضت للتكتل مع بروتينات أخرى، أثناء عملية الطي، وهذا ربما يكون مدمراً للخلية، حيث تتحول هذه البروتينات إلى (بريونات) Prions أي بروتينات مُعْدِية، قد تصل إلى الخلايا العصبية في المخ وتقوم بتدميرها، تاركة فيها فجوات عديدة فيبدو النسيج العصبي كالإسفنج!

وقد اكتسب هذا المجال النشط من البحث العلمي، المزيد من الاهتمام في الوقت الحاضر إثر تزايد معرفتنا بأن أخطاء عملية طي البروتين، ربما تفضي إلى اضطرابات صحية خطيرة مثل مرض (الزهايمر) Alzheimer وأمراض الاعتلال الدماغي الإسفنجي Spongi from encephalopathies مثل مرض كرويتزفيلد جاكوب وهو الشكل البشري لمرض (جنون البقر).

كان الامر المذهل هو ما اكتشفه العلماء في أواخر الثمانينيات من القرن العشرين، أن الخلايا تحتوي على جزيئات خاصة مرافقة، هي نفسها عبارة عن بروتينات يطلق عليها (البروتينات المقترنة) Molecular Chaperones،

وتساعد البروتينات المقترنة في توجيه جزيئات البروتينات غيركاملة النضج بعيداً عن المؤثرات السيئة، وكذلك حمايتها لكي تنطوي بالطريقة الصحيحة. وطالما أصيب الباحثون بالدهشة من هذا (التعاون الجزيئي)، ومن ثم خضعت البروتينات المقترنة لأبحاث علمية دقيقة للتعرف على طبيعتها والدور الذي تقوم به في إتمام عملية طي البروتين.

توجد هذه البروتينات المقترنة في الخلية، ومن أهمها البروتين (جرويل) Groel والبروتين (جرويس) Groes وفى اغوار الخليه تحدث رقصة بيولوجية معقدة، تضمها مع البروتين غير الناضج.

ففي الخطوة الأولى يقوم (جرويس) بربط أذرعه بأحد طرفي (جرويل)، بحيث تشكل حلقاتها تجويفاً فارغاً كبيراً، بما يكفي لاستيعاب بروتين واحد. وفي الخطوة الثانية، يلتصق البروتين غير الناضج داخل هذا التجويف، كالخيط المشدود، حتى لا يتعرض لأي التواءات قبل الوقت المناسب، أثناء خروج البروتين من (ريبوسومات) الخلية إلى (السيتوبلازم) ليكمل رحلته داخل الجسم. ويقود ذلك إلى الخطوة الثالثة، حيث يشتبك (جرويس) بالطرف الآخر لـ (جرويل) مما يؤدي إلى تحرر البروتين من (سجنه) داخل التجويف، بواسطة الطاقة التي يحصل عليها من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات. وبهذا يصبح البروتين حراً بعد حمايته داخل (القفص الجزيئي) في التجويف، من أي مــؤثــرات خارجـية ضـارة به.

وهكذا تنتهي المشكلة، ويتمكن البروتين من أن ينطوي بطريقة صحيحة.

ولكن يعتقد بعض الباحثين، أن البروتينات المنتشرة تربط أذرعها مع البروتينات المقترنة فقط بشكل متقطع، وأن معظم عملية الطي تتم أثناء انفصالها، وكذلك ربما تستخدم البروتينات المقترنة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، في (نجدة) البروتينات (المحبوسة) في حالات طي خاطئة، وإعطائها فرصة أخرى، ثم تطلق هذه البروتينات التي تم إنقاذها وتتركها لكي تنطوي تلقائياً.

فإذا انطوى البروتين بالشكل الصحيح، فكل شيء على ما يرام، أما في حالة حدوث أي مشكلة، تقوم البروتينات المقترنة بنجدته مرة أخرى، وهكذا تحصل معظم البروتينات على فرص كافية، لكي تصل إلى الطيّة الصحيحة في النهاية.

هذه كانت رقصه بيولوجيه مذهله للعقل تتم داخل خليه حيه مجهريه ولا يملك من يملك ذرة عقل امام هذا التحدى الا ان يخر ساجدا للخالق القدير اللذى قال

وَفِي أَنْفُسِكُمْ أَفَلا تُبْصِرُونَ

مصادر للاستزاده والتفصيل

http://publications.nigms.nih.gov/structlife/chapter1.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_folding

http://folding.stanford.edu/English/HomePage

http://www.sciencedaily.com/articles/p/protein_folding.htm

 http://www.sciencedaily.com/releases/2012/03/120308132705.htm

http://www.sciencedaily.com/releases/2011/06/110607121135.htm

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120424142339.htm