تهیه‌ نقشه‌هایی از ساختار آنزیم‌ها با استفاده از پرتو‌های ایکس

دانشمندان یک نقشه‌ی ساخت برای نانوماشینی به نام آنزیم دیاسین گلیسرول کیناز (diacylglycerol kinase) طراحی کرده‌اند. آنها با کاربرد یک روش بلورشناسی موفق به انجام این کار شده‌اند. طی این پژوهش آنها پی بردند که یک آنزیم کوچک تا چه اندازه در انجام کارکردهای زیستی مهم سلول می‌تواند موثر و حیاتی باشد. با این بررسی می‌توان به پرسش‌هایی که بیش از پنجاه سال است در زمینه‌ی پروتئین پارادایمی (paradigmatic protein) در میان دانشمندان مطرح است پاسخ‌ داد.

آنزیم دیاسیل‌گلیسرول که تمرکز اصلی این بررسی روی آن بوده، به عنوان ماده‌ای شناخته می‌شود که در سنتز (ترکیب) دیواره‌های سلول‌های باکتریایی نقش مهمی دارد. این آنزیم در واقع یک ماده‌ی غشایی بنیادی و جدانشدنی است که یک واکنش ویژه و پیچیده را هماهنگ‌سازی می‌کند. بخش لیپیدی آن آب‌گریز (توسط آب جذب یا حل نمی‌شود) بوده و در غشای سلول می‌ماند و در مقابل بخش دیگر آن که از ATP ها (نوعی نوکلوئید) تشکیل شده که به شدت در آب حل‌پذیر است. چگونگی سازوکار این آنزیم به این شکل همواره مورد سوال بود اما به تازگی طرح‌هایی به دست آمده‌ که به این پرسش‌ها پاسخ می‌دهد. پروفسور مارتین کافری (Martin Caffrey) از دانشکده‌ی ترینیتی دوبلین که در زمینه‌ی ساختار غشایی و زیست‌شناسی ساختاری فعالیت دارد، در این باره می‌گوید:

اینکه چگونه یک نانوماشین بسیار ریز در اندازه‌ی ۱۰ نانومتر می‌تواند این دو بخش با ویژگی متضاد را در پهنه‌ی غشا سلول به منظور انجام گرفتن واکنش کنار هم نگه می‌دارد هم اکنون در یک ساختار بلوری با جزییات ریز نشان داده شده است. این آنزیم کوچک‌ترین آنزیم شناخته شده تا به امروز است. مشاهده‌ی فرم بلوری و شفاف این آنزیم می‌تواند ما را در بررسی دقیق‌تر آن و یافتن نکاتی که بیش از ۵۰ سال است در زمینه‌ی این پروتئین نمونه‌ای ذهن دانشمندان را مشغول کرده، یاری کند.

شناسایی سازوکار این ماشین بسیار ریز در مقیاس مولکولی توسط یکی از پرنورترین و قوی‌ترین منابع پرتو ایکس در دنیا انجام گرفت؛ دستگاه لیزر الکترون آزادی که در مرکز شتاب‌دهنده‌ی خطی استنفورد قرار دارد. پروفسور کافری در این باره می‌گوید:

این دستگاه لیزری ترکش‌های پرتو ایکس را در زمان بسیار کم در مقیاس فمتوثانیه ( ده به توان ۱۵-) تولید می‌کند. با تولید این ترکش‌های بسیار سریع و کوتاه ما توانستیم به اطلاعات ساختاری درباره‌ی این آنزیم‌ها دست یابیم، پیش از اینکه آنزیم‌ها در اثر تخریب‌ تابشی پرتوها تبخیر شوند.

پترا فروم (Petra Fromme) سرپرست مرکز اکتشافات ساختاری کاربردی در انستیتوی بیودیزاین دانشگاه ایالتی آریزونا و یکی از پژوهشگران این بررسی گفته است:

این اولین ساختار از پروتئینی است که یک آنزیم غشایی بنیادی دارد و همچنین به عنوان یک کاتالیست زیستی مهم در سلول عمل می‌کند.

کاتالیست‌های زیستی موادی هستند که نرخ انجام واکنش‌های حیاتی و مهم زیستی را افزایش می‌دهند. بررسی کینازها یکی از اهداف انستیتوی ملی سلامت امریکا (HN) است که به دانشگاه ایالتی آریزونا محول شده بود. این پروژه به منظور گره‌گشایی ساختار پروتئین‌های باکتریایی سرچشمه‌ی بیماری‌ها و همچنین پروتئین‌های انسانی برای دفاع از بیماری‌ها راه‌اندازی شده است. دانشمندان امیدوارند تا در آینده بتوانند با توسعه‌ی لیزرهای الکترون آزاد فیلم‌های پرتو ایکسی از این نانودستگاه‌های زیستی بسیار مهم ثبت کنند تا در ادامه بتوانند چگونگی انجام واکنش‌های این سلول را در مقیاس اتمی و زمان واقعی (real time) مورد کندوکاو قرار دهند.