تنهي عملية الترجمة جريان المعلومات الوراثية ضمن الخلية .ان تسلسل النيوكليوتيدات في الـ DNA قد تحول الآن إلى تسلسل أحماض أمينية في البروتينات. ان تخليق متعدد الببتيد polypeptide على أية حال، ليس كافيا لإنتاج بروتين فعّال. ولكي يكون متعدد الببتيد الناتج من عملية الترجمة مفيدا، فلابد من أن ينطوي إلى هيئة ثلاثية الأبعاد متميزة  distinct 3 dimensional conformation . لذا، تعاني العديد من البروتينات تحويرات أخرى، والتي هي ضرورية لوظيفة وموضع تلك البروتينات في الخلية. إن المثال التقليدي لطي البروتينات هو ان كل المعلومات الضرورية للبروتين لكي يتخذ هيئته الثلاثية الأبعاد الصحيحة مجهزة من قبل تسلسل أحماضه الأمينية. ان هذا قد تم إثباته من قبل تجارب Christian Anfinsen والتي أجراها على بروتين الـ RNase ، وحصل على جائزة نوبل في الكيمياء سنة 1972 نتيجة لهذا الاكتشاف، حيث أثبت العالم Anfinsen بأن بروتين الـ RNase الممسوخ يمكن له أن يعد طيه تلقائيا خارج جسم الكائن الحي in vitro ليرجع إلى هيئته الفعالة (شكل1).

شكل (1) عملية الـ renaturation التلقائية بعد عملية الـ denaturation في بروتين الـ RNase (تصميم المؤلف).

إن اكتشاف قدرة انزيم الـ RNase على أن يرجع حالة الطي الطبيعية فيه (عملية الـ renaturation التلقائية) من دون اضافة عوامل خلوية إضافية، جعلت العلماء يظنون بأن ما يحصل لبروتين RNase ينطبق على بقية البروتينات الأخرى. ولكن معظم التجارب الحديثة قد بينت حاجة عملية الطي الصحيح للبروتينات ضمن الخلية إلى توسط فعاليات بروتينات أخرى. في البكتريا تساهم بروتينات معينة  تدعى بالوصيفات chaperones في طي 85% من البروتينات، بينما في الكائنات حقيقية النواة يوجد نسبة حتى أعلى من ذلك من تلك البروتينات التي تعتمد بشكل كبير على الوصيفات في عملية طيها.

يطلق على البروتينات التي تسهل عملية طي بروتينات أخرى بالوصيفات الجزيئية molecular chaperones .ان مصطلح chaperones أو "وصيفات" قد استخدم للمرة الأولى لوصف بروتين الـ nucleoplasmin الضروري لتراكب النيوكليوسومات من histone و DNA  . يرتبط بروتين الـ nucleoplasmin بالهستونات ويساعد على تراكبها إلى نيوكليوسومات، ولكن تركيب الـ nucleoplasmin نفسه لا يندمج في تركيب النيوكليوسوم النهائي. وهكذا تعمل الوصيفات الجزيئية على تسهيل عملية التراكب من دون أن تكون جزءا من المعقد المتراكب. وبينت تجارب لاحقة بأن للوصيفات الجزيئية دورا أساسيا في تسهيل عملية طي البروتينات. تقع الوصيفات في كل ردهة خلوية، وترتبط بمدى واسع من البروتينات، والتي تعمل في آلية الطي العامة للبروتينات. هذا وميز الباحثين عائلتين أساسيتين للوصيفات :

- الوصيفات الجزيئية molecular chaperones، والتي ترتبط وتثبت البروتينات الغير مطوية أو المطوية جزئياً، وبهذه الطريقة تمنع تلك البروتينات من التراكم والتحطم.

الوصيفات المصغرة chaeronins، والتي تسهل طي البروتينات مباشرة.

تتألف الوصيفات الجزيئية من بروتينات الصدمة الحرارية heat shock proteins 70 (Hsp70) ونظيراته المماثلة له كما في الـ Hsp70 في السايتوزول cytosol وقالب المايتوكوندريا mitochondrial matrix ، الـ BiP في الشبكة البلازمية الداخلية endoplasmic reticulum ، والـ DnaK في البكتريا. شخصت تلك البروتينات لأول مرة وذلك بسبب ظهورها السريع بعد إجهاد الخلية بدرجات حرارية عالية، ومن هنا جاء الاسم. ان الـ Hsp70 ونظيراته من البروتينات الأخرى هي الوصيفات الرئيسية في كل الكائنات. عندما يرتبط الـ Hsp70 أو نظيراته المماثلة له بمركب الـ ATP تبدي تلك البروتينات شكلا مفتوحاً والذي به يرتبط الجيب الكارهة للماء المتكشف بشكل مؤقت بالمناطق المتكشفة الكارهة للماء للبروتين الهدف الغير مطوي. يسبب التحلل المائي للـ ATP المرتبط أن تصنع الوصيفات الجزيئية شكلا مغلقاً والذي ينطوي فيه البروتين الهدف. إن آلية عمل الوصيفات الجزيئية هو أنها تمنع تكوين التراكيب الغير صحيحة بدلا من تحفيز تكوين التراكيب الصحيحة. وعلى سبيل المثال، ترتبط الوصيفات الجزيئية في بدائية النواة بسلسلة متعدد الببتيد الناشئة nascent polypeptide chain والتي مازالت في طور الترجمة من قبل الرايبوسومات، وبهذا تمنع الطي الغير صحيح incorrect folding لسلسلة متعدد الببتيد منذ بداية تخليقها .أن استبدال مركب الـ ADP وحله محل الـ ATP يلعب دوراً أساسياً في تحرير البروتين الهدف .تسرع هذه الدورة من قبل بروتين معين يعرف بمصاحب الوصيفات co-chaperone Hsp40 في الكائنات حقيقية النواة والذي يصاحب في عمله للوصيف Hsp70 و بروتين -Co chaperone DnaJ في البكتريا المصاحب في عمله للوصيف DnaK حيث يعتقد بأن الوصيفات الجزيئية ترتبط بكل سلاسل متعدد الببتيد الناشئة وهي مازالت في طور التخليق في الرايبوسوم.

إن الطي الصحيح لأنواع عديدة من البروتينات المخلقة حديثاً أو البروتينات المنقولة يحتاج الى مساعدة الوصيفات الصغيرة chaperonins. تتكون تلك التراكبات من حلقتين من السلاسل الببتيدية المتعددة oligomeres .يتألف الوصيف الصغير TriC في الكائنات حقيقية النواة من 8 وحدات ثانوية لكل حلقة. أما في البكتريا والمايتوكوندريا والكلوروبلاست هنالك وصيف صغير يدعى بالـ GroEL الذي يتكون من حلقتين، كل حلقة تتألف من سبع وحدات ثانوية .تعمل آلية طي وصيف الـ GroEL (والتي هي مفهومة بشكل أكبر مقارنة بالآلية المتوسطة من قبل وصيف TriC الصغير في حقيقية النواة) كموديل عام. في البكتريا، يتم حشر متعدد الببتيد الغير مطوي unfolded أو المطوي بشكل خاطئ misfolded في تجويف الـ GroEL ، والذي يرتبط بالجدار الداخلي وينطوي الى الهيئة الطبيعية الصحيحة. وفي خطوة معتمدة على الـ ATP ، يعاني الوصيف الصغير GroEL تغييراً في هيئته الفراغية conformational change ويحرر البروتين المطوي في خطوة معتمدة على وجود الوصيف المصاحب GroES كمسهل لهكذا عملية، حيث يعمل الأخير كقلنسوة تسد نهايات الوصيف .GroEL يكون الـ GroES تركيبا يشبه القبة dome like structure والذي يرتبط بسطح واحد للحلقة المزدوجة، وهكذا فانه يغطي فتحة الاسطوانة. يمكن لنا أن نفرق (كما في الشكل 2 ) بين حلقتي الـ GroEL ، حيث نطلق على الأولى بالحلقة القريبة proximal ring (المرتبطة بـ (GroES والحلقة الثانية بالحلقة البعيدة distal ring  (الغير مرتبطة بـ (GroES ان سبب تسمية الـ GroEL بالـ chaperonin، والـ GroES بمرافق الـ co-   chaperonin (chaperonin (co-، وذلك لأن GroEL يلعب دورا أساسيا في قيادة عملية الطي folding process ، أما GroES فيساعده على أداء عمله فقط.

شكل (2) عملية طي البروتين المتوسطة من قبل الوصيفات - الوصيفات الصغيرة chaperone-chaperonin mediated. تنطوي العديد من البروتينات بهيئتها الصحيحة ثلاثية الأبعاد بمساعدة المناظرات المماثلة للـ Hsp70 (في أعلى الشكل). تلك الوصيفات الجزيئية ترتبط بشكل مؤقت بسلسلة متعدد الببتيد الناشئة وذلك عند خروجها من الرأيبوسوم. أما الطي الصحيح للبروتينات الأخرى (في أسفل الشكل) فيعتمد على الوصيفات الصغيرة كما في الـ GroEL في بدائية النواة، والذي هو عبارة عن معقد برميلي الشكل ذو اسطوانة مجوفة يتألف من 14 وحدة ثانوية مصطفة على شكل حلقتين الواحدة فوق الأخرى. يتم إغلاق إحدى نهايتي الـ GroEL بشكل مؤقت من قبل الوصيف الجزيئي GroES (تصميم المؤلف).

أما دور بروتينات Hsp70 فيتلخص في مساعدة البروتين الناشئ في عملية الطي نسبيا ريثما تسلمه إلى تركيب الـ GroEL لاكتمال عملية الطي فيه. ثم ترتبط مادة التفاعل substrate المتمثلة بالبروتين الناشئ حديثا بالحلقة البعيدة في تركيب الـ GroEL مسببة انتفاخ التجويف المركزي central cavity فيه . وعندما ينغلق GroES على الـ GroEL ،

فانه يسبب تغيير في هيئة حلقة GroEL القريبة، مسبباً زيادة في تجويفها المركزي بينما ، وفي نفس الوقت، يقل فيه انتفاخ التجويف المركزي في الحلقة البعيدة. إن الطاقة التي تقود هذا التفاعل هي التحلل المائي hydrolysis للـ ATP. لذا، وبعد اكتمال عملية معالجة البروتين داخل معقد GroELGroES تقل ألفة GroEL لـ GroES بسبب التحلل المائي للـ ATP ،وهذا يؤدي بدوره إلى تحرر البروتين المعالج. بالإضافة إلى ذلك، فان التحلل المائي للـ ATP في الحلقة البعيدة يكون ضروريا لقذف البروتين المعالج من قبل هذا المعقد، تحدث هذه الخطوة عند اكتمال معالجة البروتين. لكن إذا لم يكن البروتين قد عولج بشكل كاف، يتنبه هذا المعقد إلى ذلك، ويعمل على إعادة الكرّة عليه من جديد إلى أن يصل ذلك البروتين إلى هيئته الناضجة mature conformation ، وعندها سوف لا يجد معقد GroELGroES مادة تفاعل يعمل عليها، ليتحرر البروتين حينها من سطوة معقد GroELGroES عليه، ثم يذهب إلى تأدية وظيفته المحددة.

مواضيع ذات صلة

أوبرون اللاكتوز lac operon

اكتشاف الأوبرون

مثبطات تخليق البروتين .... وسيلة للعلاج

تحوير سلاسل الأحماض الأمينية الجانبية للبروتين (Amino acids side chains modifications)

Error and Damage Correction

فروقات بدء الترجمة بين بدائية وحقيقية النواة

فك رموز الشفرة الوراثية cracking the genetic code

In vitro DNA Replication

Detection and Basic Properties of DNA Polymerases

الرنا المراسل (Messenger RNA (mRNA

إنزيم الـ RNA polymerase

البروموتر the promoter