الفيزياء الحيوية-التحليل الطيفي-قياس الطيف الكتلي

تعريف الفيزياء الحيوية والتذكير ببنية البروتينات

الانضباط الذي يحلل الظواهر البيولوجية (الميكانيكا الحيوية، التصوير الطبي، وظائف الأعضاء، إلخ) وهيكل الجزيئات البيولوجية باستخدام نظريات وتقنيات الفيزياء (أو حتى الكيمياء). هناك أربعة مستويات لبنية البروتين:

• التركيب الأساسي: هذا هو تسلسل الأحماض الأمينية أو سلسلة البولي ببتيد

• الهياكل الثانوية: وهي مجموعة الهياكل المحلية المحددة التي تتبناها أجزاء معينة من البروتين. إنها خطوة في طي البروتين

• البنية الثلاثية أو البنية ثلاثية الأبعاد: من بين الهياكل التي لا حصر لها التي يمكن أن يتبناها البروتين، فهو الهيكل الوحيد الذي يمنحه وظيفته البيولوجية.

• التركيب الرباعي: تتكون بعض البروتينات من عدة سلاسل متعددة الببتيد (تسمى الوحدات الفرعية) والتي قد تكون متطابقة أو لا تكون كذلك. الهيكل الرباعي هو الترتيب المكاني لهذه الوحدات الفرعية المختلفة.

عدد المطابقات المعروفة لبروتينات مختلفة اختلافًا كبيرًا (أقل من 25٪ من الأحماض الأمينية المتطابقة بين تسلسلين) هو 1500. التوزيع الملحوظ للطيات غير متجانس للغاية (بعضها مأهول بالسكان والبعض الآخر أقل بكثير). يقدر العدد الإجمالي لبنى البروتين الأصلي بحوالي 10000، وهو ما يكفي لنمذجة جميع البروتينات المعروفة تقريبًا.

التحليل الطيفي

 التحليل الطيفي المرئي فوق البنفسجي: 

تستخدم طرق التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحليل الجزيئات لأنها تقنيات تحليلية غير مدمرة.

الضوئي "Fluorescence"

يمتلك جزيء الفلورسنت (فلوروفور أو فلوروكروم) خاصية امتصاص الطاقة الضوئية (أو ضوء الإثارة) وإطلاقها بسرعة (أقل من 1 نانوثانية) في شكل ضوء فلورسنت (أو ضوء انبعاث). لكن يتم امتصاص جزء من طاقة ضوء الإثارة بواسطة جزيئات أخرى في الوسط ويتم تبديد جزء آخر من الطاقة على شكل حرارة. وبالتالي، فإن طاقة الضوء المنبعث أقل من طاقة ضوء الإثارة: وبالتالي فإن الضوء المنبعث (التألق) له طول موجي أعلى.

ملحوظة:

 إذا توقف انبعاث الضوء بمجرد توقف الإثارة، فهو عبارة عن تألق. إذا استمرت المادة في إصدار الضوء بعد إضاءتها، فهي عبارة عن فسفورة.

تم تطوير العديد من التقنيات:

يتم وضع العلامات البسيطة عن طريق التقارب بين الفلوروكروم والجزيء المراد تمييزه بالوسم المناعي المباشر أو غير المباشر الذي يستخدم جسمًا مضادًا مُصنَّفًا بعنصر مشع.

• تُستخدم تقنية FISH ("التهجين الموضعي("Fluorescence In Situ Hybridization")") لتسمية متواليات النيوكليوتيدات

• تستخدم تقنية FRET ("نقل طاقة الرنين الفلوري("Fluorescence Resonance Energy Transfer")") اثنين من الفلوروكروم، أحد المتبرعين الذي سينقل طاقته إلى فلوروكروم متقبل آخر. يسمح بدراسة التفاعلات بين جزيئين

• يتكون GFP ("البروتين الفلوري الأخضر("Green Fluorescent Protein")") من الاندماج في جينوم الخلية لمراقبة جين البروتين الفلوري، ثم يصبح البروتين المُصنَّع متوهجًا.

 ازدواج اللون الدائري

يعتمد ازدواج اللون الدائري على قدرة الجزيئات التي لها نشاط بصري على امتصاص الضوء المستقطب دائريًا الأيمن والضوء الأيسر المستقطب دائريًا بشكل مختلف. النشاط البصري هو الخاصية التي يمتلكها الهيكل اللولبي للتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. إنه أصل:

• ازدواج اللون دائرية

• دوران بصري

• التشتت البصري

• انبعاث الاستقطاب الدائري

ازدواج اللون الدائري هو تقنية لتحليل محتوى البنية الثانوية للبروتينات أو الأحماض النووية. لتحديد نسبة كل نوع من أنواع البنية الثانوية، من الضروري إجراء تفكيك إلى مكونات أولية من الطيف ثنائي اللون باستخدام البرامج المناسبة. هذه تقنية غير إتلافية تجعل من الممكن دراسة التغيرات في تشكيل البروتينات في بيئات مختلفة (درجة الحموضة، عوامل تغيير الطبيعة، درجة الحرارة).

قياس الطيف الكتلي

البروتينات هي جزيئات بيولوجية كبيرة. يتيح مطياف الكتلة تقسيمها (حتى 2،105 دالتون حاليًا) عن طريق تأينها، ثم استنتاج كتلة هذه الجزيئات وفقًا لمساراتها.

يتم تسريع الشظايا بواسطة مجال مغناطيسي و / أو كهربائي ويتم فرزها وفقًا لنسبتها: الكتلة / الشحنة (M / z).