روشی ساده برای تولید پروتئین‌های محلول در آب

دانشمندان علوم مواد علاقه‌مند به طراحی مولکول‌های پلیمری بزرگی هستند که بتوانند به‌عنوان واحدهای ساختمانی ساختارهای خودآرا عمل کنند. مشکل اینجاست که این مولکول‌ها به‌طور معمول شکل کروی به خود می‌گیرند که این امر توانایی آنها در ایجاد آرایش‌های منظم را محدود می‌کند. با این حال پلی‌پپتیدها می‌توانند ساختارهای مارپیچی ایجاد کنند. زنجیره‌های پلی‌پپتیدی کوتاه که شکل فنری به خود می‌گیرند، به‌عنوان میله‌های استوانه‌ای عمل می‌کنند.
 

چنگ از محققان این پروژه می‌گوید: «اگر دو میله را که یکی دارای بار منفی و دیگری دارای بار مثبت است کنار هم قرار دهید، به یکدیگر می‌چسبند. حال در صورتی که روشی برای القای بار روی این میله‌ها داشته باشید، این میله‌ها می‌توانند کنار هم جمع شده و ساختارهای سه‌بعدی را تشکیل دهند».
 
با این حال تولید پلی‌پپتیدهای مارپیچی که در آب محلول باشند، دشوار است. پلی‌پپتیدها قابلیت انحلال خود را از زنجیره‌های جانبی خود به دست می‌آورند. این زنجیره‌ها ساختارهای مولکولی هستند که به اسیدهای آمینه در ساختار پلی‌پپتیدی متصل شده‌اند. برای اینکه یک پلی‌پپتید در آب محلول باشد، اسیدهای آمینه آن باید زنجیره‌های جانبی با بار مثبت یا منفی داشته باشند.
 

مشکل زمانی ایجاد می‌شوند که یک پلی‌پپتید دارای زنجیره جانبی باردار بخواهد ساختار مارپیچی تشکیل دهد. به‌دلیل وجود بارهای الکتریکی، نیروی دافعه قوی میان زنجیره‌های جانبی ایجاد می‌شود که این امر موجب ناپایداری ساختار مارپیچی می‌گردد. به‌همین دلیل پلی‌پپتیدهای محلول در آب به جای ساختار مارپیچی منظم، شکل حلقوی تصادفی به خود می‌گیرند.

دانشمندان برای حل این مشکل روش‌های بسیار پیچیده‌ای را آزموده‌اند. اما پژوهشگران دانشگاه ایلینویز روش بسیار ساده‌ای ابداع کرده‌اند. از آنجایی که نزدیکی بارهای الکتریکی موجب ایجاد نیروی دافعه‌ای می‌شود که ساختار مارپیچی را به هم می‌ریزد، این محققان به سادگی طول زنجیره جانبی را افزایش دادند؛ بدین ترتیب بارها از زنجیره پلی‌پپتیدی اصلی فاصله گرفته و فضای کافی برای اینکه از یکدیگر دور باشند، ایجاد می‌شود.

آنها مشاهده کردند که با افزایش طول زنجیره جانبی حاوی بار الکتریکی در انتهای خود، تمایل پی‌پپتیدها به ایجاد ساختار مارپیچی افزایش می‌یابد.