نظرة ثاقبة جديدة في نقل السكر الفريد في النباتات

يتم إنتاج السكر في أوراق النبات عن طريق التمثيل الضوئي ، ويتم نقله على شكل سكر السكاريد إلى أجزاء أخرى من النبات من خلال نسيج الغربال. في أنسجة الحوض مثل الجذور وحبوب اللقاح والفاكهة ، يمكن للنبات أن يمتص السكر إما باسم السكروز أو بعد الانقسام ، مثل السكريات الأحادية والسكر والفركتوز.

يتم دفع امتصاص الجلوكوز والسكريات الأحادية الأخرى بواسطة STPs التي تحرك السكر من خلال غشاء الخلية غير المنفلت بطريقة أخرى باستخدام التدرج الحمضي. هذه البروتينات لها بعض الخصائص المحددة مقارنة بالبروتينات المشابهة من الحيوانات أو البكتيريا. لديهم قابلية عالية للغاية للسكر. في الواقع ، فإنها ترتبط بقوة أكبر بـ 100 مرة بالسكريات من البروتينات المشابهة في البشر. وفي الوقت نفسه ، فإنها تحافظ على مستوى عالٍ جدًا من النشاط على نطاق واسع من الأس الهيدروجيني مقارنةً بغيرها من ناقلات السكر التي يحركها الحمض.

أول سطوع في آلية نقل فريدة من نوعها

كونها الأولى في العالم ، قامت مجموعة صغيرة من الباحثين من قسم البيولوجيا الجزيئية والوراثة في جامعة آرهوس في الدنمارك بحل بنية بروتين نقل سكر STP. مع هذا ، تمكن الباحثون من تقديم تفسيرات لخصائص النقل المحددة للـ STPs.

إن الـ STPs هي بروتينات موجودة في غشاء الخلية ، ومن الصعب جداً العمل معها. لذلك ، غالباً ما يستغرق الأمر سنوات عديدة للحصول على نتائج جديدة ، وهذا ما كان عليه الحال أيضًا في هذه الدراسة ، حيث اضطر الباحثون إلى تغيير الاستراتيجية وتطبيق أساليب جديدة عدة مرات.

"لقد كانت عملية صعبة للغاية. على طول الطريق ، اضطررنا إلى التخلي عن نتائج واعدة للغاية والبدء من جديد بأساليب جديدة لأن جودة البيانات من الأساليب الهيكلية التقليدية لم تكن جيدة بما فيه الكفاية" ، كما يقول بوستدوك بيتر آستيد بولسن ، الذي ، بصفته المؤلف الأول ، يصف النتائج في المجلة اتصالات الطبيعة. "لقد كان من المحبط أن نترك شيئًا" يكاد يكون جيدًا "لبدء كل شيء من زاوية جديدة ، ولكنه بالتأكيد ضروري. يمكن القول أن العديد من اللحظات الصغيرة التي اكتسبناها من خلال العديد من المحاولات ، كانت في نهاية المطاف حل مشاكل الحصول على بيانات ذات جودة عالية بما فيه الكفاية ، وكان رائعا عندما عملت في النهاية! "

مفاجآت مجال جديد

مع الهيكل الجديد ، أظهر الباحثون أن نموذج STPs العام يشبه ناقلات السكر الأخرى من على سبيل المثال. البشر. لكن الهيكل يحمل أيضا المفاجآت. يبرز Peter Aasted Paulsen نطاقًا جديدًا لم يتم وصفه من قبل. "عبر جيب الربط الذي يوجد فيه السكر ، تحتوي STP على نطاق صغير جديد يشبه الغطاء الذي يحتفظ به في مكانه مع رابطة غير عادية ، ما يسمى جسر disulfide. لقد كانت ملاحظة غير متوقعة تمامًا والتي أثارت الخيال على الفور. "

للتحقيق في وظيفة المجال ، قام الباحثون بعمل نسخة من البروتين الذي تمت إزالة هذا الرابط منه. مع هذا التغيير ، يفقد البروتين قدرته على نقل السكر بكفاءة عند بعض قيم الأس الهيدروجيني. إذا قارنت هذه النتائج بتحليل للهيكل ، يمكن ملاحظة أن الغطاء يثبت في مكانه عن طريق الرابطة ، مما يخلق بيئة مواتية لربط الحامض بجيب محدد من الأحماض. يؤدي هذا الارتباط إلى دفع جزء من البروتين نحو جزيء السكر ، وبالتالي خلق تقارب عالي جدًا للسكر.

يقول البروفسور المساعد بيورن بانيلا بيدرسن ، رئيس مجموعة الأبحاث: "البيولوجيا البنيوية خاصة عندما يتعلق الأمر بشرح الآليات التفصيلية للغاية في البروتينات". "لقد كان مرضيا للغاية أن نشهد كيف تم الجمع بين البنية والكيمياء الحيوية هنا لشرح شيء أساسي تماما عن نقل السكر في النباتات التي لم نكن نعرفها من قبل".

النتائج قد تجعل من السهل تطوير المحاصيل المقاومة

يقول بيورن بانيلا بيدرسن: "من وجهة نظرنا البائسة قليلاً ، كان من المثير للغاية أن نتمكن من الإجابة على هذه الأسئلة الأساسية للغاية". "بدأنا العمل مع ناقلات السكر البشري ، ولكن بما أن العديد من القضايا الكبرى في هذا المجال قد تم الرد عليها خلال السنوات القليلة الماضية ، قررنا أن نحول تركيزنا على امتصاص السكر في الكائنات الحية الأخرى."

"تتمتع STPs بخصائص مميزة للغاية ، ومن المثير للغاية أن نتمكن من تحسين فهمنا لكيفية عملها" ، يقول Bjørn Panyella Pedersen ، "من المثير للاهتمام بشكل خاص أن النتائج التي نصفها الآن ترتبط بعدد النباتات". وتطور الأعضاء بشكل صحيح ، وفي الوقت نفسه أثبتت أنها مساهمة مهمة في استجابة النباتات للهجمات الفطرية ، فبعض أنواع القمح مقاومة للفطريات ، ونتائجنا تساعد على تفسير السبب.