دانلود مقاله پروتئین های مثوک حرارتی

پروتئین های مثوک حرارتی

همانطور که می دانید یک دسته از عواملی که در رشد و فعالیت میکروارگانیسم ها  موثر هستند عوامل محیطی می باشند که به 2 دسته فیزیکی و شیمیایی تقسیم می شوند. یکی از مهمترین این عوامل که به عنوان یک عامل فیزیکی مطرح می گردد گرما ( حرارت) می باشد. حرارت بر کلیه فعل و انفعالات سلولی اثر دارد و متابولیسم سلول را تحت تاثیر قرار می دهد. اگر حرارت تاحد معینی افزایش یابد واکنش ها را تسریع می کند ولی اگر از حد معین تجاز کند فعالیت های متابولیکی را متوقف می کند زیرا باعث می گردد که پروتئین ها ماهیت خود را از دست بدهند، دناتوره گردند، آنزیم های مهم و اساسی سلولی از کار افتاده روی غشا و فشار اسمزی اثر کرده در نتیجه نقل و انتقال مواد را تحت تاثیر قرارداده  و روی مواد غذایی کاهش می یابد و نفوذ مواد سمی و زاید افزایش پیدا کرده و خروج آنها کند می گردد. در نتیجه فعالیتهای سلولی مختل می گردد. همچنین دما روی فعالیت هایی مثل تولید اسپور، تولید پیگمان، عمل تخمیر و تنفس هم اثر می گذارد.

حرارت اپتیمم: مناسبترین درجه حرارت برای رشد یک باکتری را گویند.

حرارت لتال: حرارت کشنده باکتری ها که سبب می گردد تمام میکروارگانیسمهای یک گونه درعر 10 دقیقه کشته شوند.

ترموتولورانس : تحمل گرمایی

چاپرون ها :  مولکول هایی پروتئینی هستند که برای فولدینگ و تثبیت پروتئین ها اختصاص پیدا کرده اند و به پروتئین های جدید در حال ترجمه متصل می گردند.

Folding : تا شدگی پروتئین ها

Unfolding :باز شدن تای پروتئین

Refolding : تاخوردگی مجدد پروتیئن

باکتری ها از نظر نیازهای حرارتی به 3 دسته تقسیم می شوند:

ترموفیل ها یا گرما دوست ها با دمای opt بالای 45 درجه که در مناطق گرم، خاک و کود و ... زندگی می کنند و از نظر صنعتی نیز مهم هستند.

باکتریها هایپرترموفیل نیز گروهی از باکتری ها هستند که در حرارت بسیار بالا مثل مناطق آتشفشانی زندگی می کنند و قادر به رشدهستند و opt بالای 80دارند. مثل Bacillus steavo thermophilus

گروه دوم مزوفیل ها هستند مثل E coli که در حرارت های میانی رشد می کنند گروه سوم نیز ساکروفیل ها هستند مثل polaromonas که در حرارت های زیر 20 و حتی زیر صفر صفر رشد می کنند.

به طور کلی 2 پاسخی که سیستم های بیولوژیکی به حرارت می دهند شامل موارد زیر است:

1- fiuidity of the lipid bllayer

2- activity of enzyme systems

مورد اول و افزایش روانی غشای 2 لایه لیپیدی می تواند نهایتاً باعث تراوش یک سری از یون ها به خارج گردد که آرکیاها این مسئله را با داشتن یک سری اتصالات اتدی حل کرده و مقاوم شده اند.

مورد دوم فعالیت سیستم آنزیمی است که به ازای هر 10 درجه باعث 2 برابر شدن فعالیت می گردد که این دارای محدودیت است. اغلب ترموفیل ها آنزیمهایی دارند که دارای مقاومت حرارتی هستند از جمله با داشتن یکسری اتصالات و باندهای اضافه.

از جمله پاسخهای مهمی که ارگانیسم ها به تغییرات دمایی می دهند القا و تحریک تولید یک سری پروتئین ها می باشد که به 2 دسته تقسیم می گردند:

1- cold shock pro

2- Heat shock pro

Hsp ها 2 وظیفه کلی دارند که در شرایط فیزیولوژیکی به عنوان چایرون های مولکولی فعالیت می کنند و کاتالیز refoding پروتئین های دناتوره شده و کمک به بلوغ pro های تازه نستز شده و ممانعت از تراکم aggve pation پروتئیها.

دوم اینکه در پاسخ به استرسهای سلولی نقش دارند از جمله به طور عمده در برابر افزایش حرارت و به میزان کمتر از برابر فلزات سنگین، حضور رادیکالهای اکسیژن و اتانول و ... تولید می گردند. ( 2 و 3 و 4 )

بدست آوردن ترموتولورانس به افزایش بقا ارگانیسم ها در حرارت های کشنده برمی گردد وقتی که برای یک مدت زمان کوتاه در معرض حرارت های بالا و کشنده قرار بگیرند.

این پاسخ لازمه سنتز تعداد کمی از پروتئین ها است که بنام HSP ها شناخته        شده اند. تحقیقات بسیار زیادی برای بررسی این فرضیه انجام شده و نقش HSPها در مقاومت گرمایی مشخص گردید.

2 نتیجه کلی از این تحقیقات بدست می آید:

1- HSP ها حقیقتاً نقش مهم را در بدست آوردن مقاومت گرمایی بازی می کنند.

2- گونه های مختلف از استراتژی های مختلفی برای بدست آوردن مقاومت گرمایی استفاده می کنند ( با استفاده از HSPها  و دیگر ماکرومولکول ها)

اغلب تحقیقات انجام شده روی باکتری های ترموفیل فوکوس کرده اند و تعداد کمی نیز بر روی ترموفیل ها. ( 1)

HSP ها اولین بار  بعد از اینکه سلول ها به درجه حرارت های بالا عرضه گردیدند شناسایی شدند، در واقع به عنوان ترکیبات حیاتی از یک مکانیسم دفاعی سلولی بسیار حفاظت شده برای حفظ حیات سلول تحت شرایط محیطی شناخته شده اند.

این ها در پاسخ به عوامل یادشده در بالا همچنین فلزات سنگین و التهاب و عفونت ایجاد شده توسط پاتوژن ها بیان می گردند و در چند پروسه ضروری برای عملکردهای سلولی تحت شرایط فیزیولوژیکی دخالت دارند.

HSPها پروتئین هایی مربوط به استرس های سلولی بسیار محافظت شده اند که در هر ارگانیسم از باکتری ها تا انسان حضور دارند. اولین توضیح از یک پاسخ سلولی به فشار حرارت بیش از 37 سال پیش داده شد.

این اولین بار مشاهده شد در سال 1962 که کروموزومهای غدد بزاقی یک مگس سرکه  Drosophila meanogaster یک الگوی puf fing را بعد از قرار گرفتن در معرض حرارت نشان داد.

اولین محصول ژنی که در این پافینگ کروموزومی دخالت داشت 12 سال بعد شناسایی شد و heat shock protein نام گرفت.

از آن زمان به بعد بسیاری از تحریک کننده های دیگر که مسئول پاسخ شوک حرارتی بودند شناسایی شدند و مکان کروموزومی ژن های مربوط به این Pro ها نیز مشخص شدند. ژنها تعیین توالی شدند و کانفور فی شن pro های حاصل شرح داده شد و مکانیسم فعالیت ژن با فاکتورهای رونویسی شوک حرارتی مشخص گردید.

از آنجا که پاسخ شوک حرارتی یک مکانیسم حیاتی سلولی است، این قابل فهم است که HSP ها در رشته های پزشکی قابل توجه هستند.

تمام ارگانیسم ها با سوئیچ آف کردن سنتز تعداد زیادی pro ها و آغاز سنتز میزان زیادی از HSP ها به شوک ها پاسخ می دهند.

حتی ارگانیسم های ترموفیل که حرارت Opt رشدشان بین 50 تا 90 درجه میباشد نیز به افزایش ناگهانی حرارت با افزایش سریع بیان HSP  ها پاسخ می دهند.

ترکیب آمینواسیدی HSPها در طول تکامل خیلی تغییر نکرده است و HSPهای بسیاری ارگانیسم ها بسیار شبیه یکدیگر است ( ساختمان آنها حفظ شده است).

برخی اعضای فایل  HSP با استرس القا شده در حالی که دیگر اعضا در حرارتهای نرمال هم بیان می شوند. ( 4 )

میکروارگانیسم های هایپر ترموفیل که می توانند در 100 درجه یا بالاتر رشد کنند اکنون به خوبی مطالعه شده اند اگرچه در رابطه با پاسخ های آداپتیو آنها در برابر حرارت های بسیار بالا میزان اطلاعات کمی وجود دارد.

HSP های برپایه وزن مولکولی شان به 5 Class تقسیم می گردند:

HSP های 60 و 70 و 90 و 100 و HSP Small ها.

HSP Small ها یا s HSPs یک کلاس متداول از HSP ها هستند و رنج وزن مولکولی آنها از 15 تا 45 KDa می باشد و آنها بطور نرمال از کمپلکسهای چند زیر واحدی ( مولتی ساب یونیت) از 200 تا 800 KDa تشکیل می شوند.

برخی از s SHP ها در حالت عادی در سلول های بدون استرس حضور دارند ولی سایرین با استرس القا می گردند.

اغلب s HSP ها به Pro های x- کریستالین که در لنزهای چشم یافت می شوند اشتراک فعالیت دارند و از نظر عملکردی نیز به عنوان چاپرون های مولکولی شناخته شده اند. ( 3)

القا HSP ها در ابتدا در پروکاریوت ها و هم در یوکاریوت ها در سط رونویسی تنظیم می گردد و در ارگانیسم های مختلف عملکردی مشابه دارند و در طول شوک حرارتی رونویسی از آنها با القای ژن های آنها افزایش می یابد در پروکاریوت ها پاسخ شوک حرارتی بعد از 10 دقیقه معمولاً خاموش می شود (2)

در اینجا پاسخ های شوک حرارتی و مکانیسم های تنظیمی و انواع HSP ها و HSP s های تولیدی در باکتری های مختلف شرح داده شده است از جمله:

1-  حصول ترموتولورانس در 3 دومین فیلوژنتیکی شامل 3 میکروارگانیسم:

Bacillus Caldly ticus  ،

Sulfo lobus shibatae  ،

Thermomyces lanuginosus از 3 حوزه  (Bacteria , Archaea , Eucarya)

2- Borre lia Burydorferi

3- بدست آمدن ترموتولورانس و شوک حرارتی در آرکیاباکتری اکستریم ترموفیل sulfo lobus sp. Stran B12

4- مکانیسم و عملکرد HSP sها درآریکای هایپرترموفیل pyrococus furiosus

5- باکتری ترمواسیدوفیل آرکیایی sulfolobus tokodaii strain 7

6- باکتری مزوفیل Ecoli بطور کامل و دقیق

7- باکتری Bacillus subtilis

عنوان

* بررسی حصول ترموتولورانس و HSP ها در ترموفیل ها از 3 حوزه

فیلوژنتیکی:

ارگانیسم های ترموفیل از هر 3 حوزه ژنتیکی باکتری ها و آرکیاها و یوکاریوتها بعد از شوک حرارتی مقاومت گرمایی بدست آورده اند.

Bacillus caldoly ticus در 60 درجه رشد داده شد و در 69 درجه برای 10دقیقه شوک گرمایی داده شد و مقاومت گرمایی تا 74 درجه نشان داد.

Sulfolobus shibatae در 70 درجه رشد داده شد و شوک حرارتی در 88 درجه برای 60 دقیقه، مقاومت گرمایی تا 95 درجه نشان داد.

Thermomyces ;amigompsus  در 50 درجه رشد داده شد و شوک حرارتی در 55 درجه برای 60 دقیقه مقاومت گرمایی تا 85 درجه را نشان داد. تعیین سنتز pro در طول شوک حرارتی اختلاف در HSP های عمده برای هرگونه را آشکار کرد.

برای B.caldoly ticus یک پروتئین  kda  70 غالب است در حالی که s.shibatae یک KDa pro 55 و برای T .lanuginosos pro های 31 تا 32 KDa غالب هستند.

همچنین معرف هایی که سنتز pro های نرمال را در طول شوک حرارتی می شکند مانع افزایش مقاومت گرمایی شد. ( 1 )