پروتئین های مثوك حرارتی

اگر حرارت تاحد معینی افزایش یابد واكنش ها را تسریع می كند ولی اگر از حد معین تجاز كند فعالیت های متابولیكی را متوقف می كند زیرا باعث می گردد كه پروتئین ها ماهیت خود را از دست بدهند، دناتوره گردند، آنزیم های مهم و اساسی سلولی از كار افتاده روی غشا و فشار اسمزی اثر كرده در نتیجه نقل و انتقال مواد را تحت تاثیر قرارداده و روی مواد غذایی كاهش می یابد

پروتئین های مثوك حرارتی 

پروتئین های مثوك حرارتی

همانطور كه می دانید یك دسته از عواملی كه در رشد و فعالیت میكروارگانیسمها  موثر هستند عوامل محیطی می باشند كه به 2 دسته فیزیكی و شیمیایی تقسیم می شوند. یكی از مهمترین این عوامل كه به عنوان یك عامل فیزیكی مطرح می گردد گرما ( حرارت) می باشد. حرارت بر كلیه فعل و انفعالات سلولی اثر دارد و متابولیسم سلول را تحت تاثیر قرار می دهد. اگر حرارت تاحد معینی افزایش یابد واكنش ها را تسریع می كند ولی اگر از حد معین تجاز كند فعالیت های متابولیكی را متوقف می كند زیرا باعث می گردد كه پروتئین ها ماهیت خود را از دست بدهند، دناتوره گردند، آنزیم های مهم و اساسی سلولی از كار افتاده روی غشا و فشار اسمزی اثر كرده در نتیجه نقل و انتقال مواد را تحت تاثیر قرارداده  و روی مواد غذایی كاهش می یابد و نفوذ مواد سمی و زاید افزایش پیدا كرده و خروج آنها كند 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 یك باكتری را گویند.

حرارت لتال: حرارت كشنده باكتری ها كه سبب می گردد تمام میكروارگانیسمهای یك گونه درعر 10 دقیقه كشته شوند.

ترموتولورانس : تحمل گرمایی

چاپرون ها :  مولكول هایی پروتئینی هستند كه برای فولدینگ و تثبیت پروتئین ها اختصاص پیدا كرده 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

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

ترموفیل ها یا گرما دوست ها با دمای opt بالای 45 درجه كه در مناطق گرم، خاك و كود و ... زندگی می كنند و از نظر صنعتی نیز مهم هستند.

باكتریها هایپرترموفیل نیز گروهی از باكتری ها هستند كه در حرارت بسیار بالا مثل مناطق آتشفشانی زندگی می كنند و قادر به رشدهستند و opt بالای 80دارند. مثل Bacillus steavo thermophilus

گروه دوم مزوفیل ها هستند مثل E coli كه در حرارت های میانی رشد می كنند گروه سوم نیز ساكروفیل ها هستند مثل polaromonas كه در حرارت های زیر 20 و حتی زیر صفر صفر رشد می كنند.

به طور كلی 2 پاسخی كه سیستم های بیولوژیكی 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 یك سری از یون ها به خارج گردد كه آركیاها این مسئله را با داشتن یك سری اتصالات اتدی حل كرده و مقاوم شده اند.

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

از جمله پاسخهای مهمی كه ارگانیسم ها به تغییرات دمایی می دهند القا و تحریك تولید یك سری پروتئین ها می باشد كه به 2 دسته تقسیم می گردند:

1- cold shock pro

2- Heat shock pro

Hsp ها 2 وظیفه كلی دارند كه در شرایط فیزیولوژیكی به عنوان چایرون های مولكولی فعالیت می كنند و كاتالیز refoding پروتئین های دناتوره شده و كمك به بلوغ pro های تازه نستز شده و ممانعت از تراكم aggve pation پروتئیها.

دوم اینكه در پاسخ به استرسهای سلولی نقش دارند از جمله به طور عمده در برابر افزایش حرارت و به میزان كمتر از برابر فلزات سنگین، حضور رادیكالهای اكسیژن و اتانول و ... تولید می گردند. ( 2 و 3 و 4 )

بدست آوردن ترموتولورانس به افزایش بقا ارگانیسم ها در حرارت های كشنده برمی گردد وقتی كه برای یك مدت زمان كوتاه در معرض حرارت های بالا و كشنده قرار بگیرند.

این پاسخ لازمه سنتز تعداد كمی از پروتئین ها است كه 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 كلی از این تحقیقات بدست می آید:

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

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

اغلب تحقیقات انجام شده روی باكتری های ترموفیل فوكوس كرده اند و تعداد كمی نیز بر روی ترموفیل ها. ( 1)

HSP ها اولین بار  بعد از اینكه سلول ها به درجه حرارت های بالا عرضه گردیدند شناسایی شدند، در واقع به عنوان تركیبات حیاتی از یك مكانیسم 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 عملكردهای سلولی تحت شرایط فیزیولوژیكی دخالت دارند.

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

این اولین بار مشاهده شد در سال 1962 كه كروموزومهای غدد بزاقی یك مگس سركه  Drosophila meanogaster یك الگوی puf fing را بعد از قرار گرفتن در معرض حرارت نشان داد.

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

از آن زمان به بعد بسیاری از تحریك كننده های دیگر كه مسئول پاسخ شوك حرارتی بودند شناسایی شدند و مكان كروموزومی ژن های مربوط به این Pro ها نیز مشخص شدند. ژنها تعیین توالی شدند و كانفور فی شن pro های حاصل شرح داده شد و مكانیسم فعالیت ژن با فاكتورهای رونویسی شوك حرارتی مشخص گردید