• تقنيات فصل وتنقية البروتينات
تنقية البروتينات هي الخطوة الأولى الأساسية لفهم وظيفتها حيث انه بدءًا من البروتينات النقية يمكننا تحديد تسلسل الأحماض الأمينية والعلاقات التطورية بين البروتينات في الكائنات الحية المتنوعة ويمكننا التحقيق في الوظيفة الكيميائية الحيوية للبروتين. علاوة على ذلك يمكن أن تنمو بلورات البروتين من البروتين النقي ومن هذه البلورات يمكننا الحصول على بيانات الأشعة السينية التي ستزودنا بصورة للبنية الثلاثية للبروتين. يجب أن ينتج عن التنقية عينة من البروتين تحتوي على نوع واحد فقط من الجزئ. ولكن كيف يستطيع العلماء عزل بروتين معين من خليط معقد من البروتينات؟ يحتاج العلماء في هذه الحالة إلى اختبار يسمى فحص النقاوة وهو يعمل على فحص بعض الخصائص المميزة للبروتين حتى يتمكن من الكشف عن تواجد بروتين ما. عادة ما يكون تحديد اختبار فعال من هذا النوع أمرا صعبا، ولكن كلما كان الفحص أكثر تخصصا كلما زادت فعالية التنقية. بالنسبة للأنزيمات، يعتمد الاختبار عادة على التفاعل الذي يحفزه الإنزيم في الخلية. وبعد نجاح الاختبار يجب إطلاق البروتينات من الخلية ليتم تنقيتها حيث يتم أولا تكوين خليط عن طريق تكسير غشاء الخلية لتحويله إلى مجموعة من المكونات وتحديد أي منهم هو موضع الاهتمام، ويتم تجزئة غشاء الخلية وتكسيرها عن طريق الطرد المركزي، مما ينتج عنه حبيبات كثيفة «Pellet» من المواد الثقيلة في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي و«مواد أخف - Supernatant» ذات أوزان أقل في الأعلى. بعد ذلك نقوم بعمل طرد مركزي «للمواد الأخف - Supernatant» مرة أخرى بقوة أكبر، لينتج عن هذا الإجراء عدة أجزاء ذات كثافات متناقضة كل منها لا يزال يحتوي على مئات من البروتينات المختلفة.
يمكن تنقية البروتينات وفقًا للحجم، والشحنة، وقابليتها للذوبان، والارتباط، حيث يخضع خليط البروتينات لسلسة من عمليات الفصل يعتمد كل منها على خاصية مختلفة لإنتاج بروتين نقي. تكون معظم البروتينات أقل قابلية للذوبان في التركيزات العالية من الملح. وهو تأثير يسمى «التمليح - Salting Out» كما يختلف تركيز الملح الذي يترسب عنده البروتين من بروتين لآخر، بالإضافة لإمكانية استخدام التمليح لتجزئة البروتينات. يمكن فصل البروتينات عن الجزيئات الصغيرة عن طريق «التحلل - Dialysis» من خلال غشاء سيليلوزي نصف نافذ للجزيئات التي لها أبعاد أكبر بكثير من قطر الغشاء والتي يتم الاحتفاظ بها داخل الغشاء في حين أن الجزيئات والأيونات الأصغر تعبر مسام هذه الغشاء. هذه التقنية مفيدة لإزالة الجزيئات الكبيرة من البروتينات، ولكنها لا تميز بين البروتينات بشكل فعال.
كما يمكن تحقيق المزيد من عمليات الفصل التمييزية على أساس الحجم من خلال تقنية «gel-filtration chromatography» حيث يتم وضع العينة على الجزء العلوي من عمود يتكون من حبيبات مسامية مصنوعة من بوليمر غير قابل للذوبان، ولكنه مُشبع بجزيئات المياه مثل بوليمر «Agarose». حيث يمكن للجزيئات الصغيرة أن تدخل في هذه الحبيبات والمساحات البينية لها، لكن الجزيئات الكبيرة لا يمكنها ذلك والنتيجة هي أن الجزيئات الصغيرة تتوزع في المحلول المائي داخل الحبيبات وبينها في حين أن الجزيئات الكبيرة تقع فقط في المحلول بين الحبيبات كما أن جزيئات البروتين الكبيرة تهاجر بشكل أسرع من تلك الأصغر حجما بالتالي تتجمع الجزيئات الأكبر في أسفل العمود بينما تظل الجزيئات الصغيرة نسبيا في الأعلى، الأمر الذي يجعل خروج البروتينات من العمود تباعا من الأكبر للأصغر حجما. يوجد تقنيات ووسائل أخرى لتنقية البروتينات والحصول عليها بشكل نقي، سنستكمل في مقالات آخري بقية الوسائل المستخدمة في عملية التنقية، ولكن علينا فهم أولا الهدف الأساسي لكل تلك العمليات المختلفة وكيفية التعامل معها للوصول لنتائج صحيحة.
الكاتب: فاطمة سيد
