"بروتينات الصدمة الحرارية" (اختصار HSP أو HSP من الإنجليزية بروتينات الصدمة الحرارية) هي مركبات خاصة تنتجها خلايا الكائنات الحية أثناء الزيادة الحادة في درجة الحرارة أو نتيجة لأحمال الإجهاد الأخرى. تم اكتشاف أول HSPs لأول مرة من قبل العلماء في منتصف القرن الماضي. ومنذ ذلك الحين، تمت دراسة دور بروتينات الصدمة الحرارية في النباتات والحيوانات والبشر بنشاط.
في البداية كان يعتقد أنهم يؤدون دورا وقائيا حصريا، ومنع حدوث اضطرابات لا رجعة فيها. ومع ذلك، مع مرور الوقت أصبح من الواضح أن هذه المركبات يمكن أن تلعب دورا نشطا في تجديد هياكل الخلايا التالفة، وكذلك في عمل الجهاز المناعي.
على وجه الخصوص، تم الافتراض بأن HSPs متورطة في ربط أجزاء البروتين التي تظهر أثناء تدمير الخلايا السرطانية الخبيثة. في هذه الحالة، يتم تشكيل التكتلات التي يتعرف عليها الجهاز المناعي المضاد للسرطان على أنها "معتدية"، أي. يحدث ما يسمى "عرض المستضد". بمعنى آخر، يحصل الجهاز المناعي البشري على فرصة "رؤية السرطان"، والذي في الظروف العادية يمكنه إخفاء نفسه عنه بنجاح. ونتيجة لذلك، تبدأ العملية الطبيعية لتدمير الورم.
أصبح تأكيد هذه النظرية، وكذلك إجراء دراسة شاملة لبنية بروتين الصدمة الحرارية وعمله في أنسجة الورم على المستوى الجزيئي، ممكنًا فقط بعد نشر هذه المادة الفريدة عالميًا. محطة فضاء. تم إرساله إلى الفضاء من قبل متخصصين روس من معهد أبحاث FMBA للمستحضرات البيولوجية عالية النقاء، الذين قاموا بتصنيع HSP باستخدام تقنيات الهندسة الوراثية الحصرية.
بفضل انعدام الوزن، حتى بلورات البروتين المناسبة للتحليل البنيوي بالأشعة السينية نمت من المادة الأولية، "المعبأة" في أنحف الأنابيب الجزيئية. مكنت المرحلة الفضائية من حل المشكلة الرئيسية التي تواجه العلماء بنجاح: في ظل ظروف جاذبية الأرض، نمت البروتينات بشكل غير متساو، وكان من المستحيل الحصول على بلورات بالهندسة الصحيحة على الأرض. تم إجراء تحليل البروتينات البلورية المزروعة في الفضاء من قبل علماء روس ويابانيين باستخدام معدات حديثة للخدمة الشاقة.
شكلت البيانات التي تم الحصول عليها الأساس للإنشاء دواء فريد من نوعهتم اختبار تأثيره أولاً في أنابيب الاختبار على مزارع الخلايا، ثم على حيوانات المختبر. تم علاج الفئران المصابة بالساركوما والورم الميلانيني، بما في ذلك الحيوانات التي بلغت المرحلة الرابعة (النهائية) من المرض، باستخدام دواء يعتمد على HSP المركب.
وكانت النتائج أكثر من مبهرة:
- وتعافت الغالبية العظمى من الفئران تماماً؛
- ولم يبلغ عن أي آثار جانبية.
كيف يحصل العلماء الروس على بروتين الصدمة الحرارية
يتم إنتاج HSP بواسطة الخلايا البكتيرية التي تم فيها إدخال جين معزول عن الخلايا البشرية واستنساخه. هذا الجين مسؤول عن تخليق بروتين الصدمة الحرارية. حاليًا، يتم إنتاجه باستخدام هذه التكنولوجيا في مواقع الإنتاج التابعة لمعهد أبحاث ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
كيف "يعمل" الدواء وما هي أنواع السرطان التي يمكن علاجها به
يهدف استخدام منتج بيولوجي إلى زيادة تركيز Hsp في أنسجة الورم لدى مرضى السرطان إلى مستويات تسبب تأثيرًا علاجيًا. هذه الحاجة موجودة لأن بروتين الصدمة الحرارية "جهاز المناعة الذي يظهر السرطان" في جسم الإنسان:
- أنتجت بكميات صغيرة جدا.
- لا يمكن "تجميعها" في الخلايا السليمة و"نقلها" إليها خلايا غير نمطيةورم سرطاني.
يدعي المطورون أن الطريقة التي طوروها عالمية، تمامًا كما أن البروتين نفسه، الذي تنتجه جميع أنسجة الجسم، عالمي. لذلك، إذا كان خلال مزيد من الاختبارات تأثير علاجيإذا تم تأكيد الدواء ولم يتم تحديد أي آثار جانبية، فيمكن استخدامه لعلاج جميع أشكال السرطان.
المزايا الأخرى للتنمية الروسية:
- العلاج فعال في المراحل النهائية، أي. على وجه التحديد عندما يكون من الصعب للغاية، وفي كثير من الأحيان من المستحيل، التعامل مع الورم بأي طريقة أخرى.
- يدرس العلماء إمكانية العمل المستهدف للدواء. وحتى الآن، كان الدواء يُعطى عن طريق الوريد لحيوانات المختبر وينتشر عن طريق الدم في جميع أنحاء الجسم. في مرحلة التجارب السريرية، يخطط المتخصصون بالتوازي مع الوريدلاختبار تقنية للتوصيل المستهدف لبروتين الصدمة الحرارية إلى الخلايا السرطانية، على أمل زيادة فعالية العلاج وتقليل مخاطر الآثار الجانبية. وتميز هذه الفرصة بشكل أساسي التكنولوجيا الروسية عن طريقة "العلاج بالخلايا التائية CAR-T"، والتي من المتوقع أن يتم إدخالها رسميًا في الممارسة السريرية في صيف عام 2017.
المال للمرحلة النهائية من قبل التجارب السريريةتم بالفعل العثور على أموال جديدة (حوالي 100 مليون روبل). ويبقى العثور على راعي يتقاسم تمويل التجارب السريرية مع الدولة. في الوقت الحالي، تُعطى الأولويات للشركات الروسية. إذا لم يتم العثور على رعاة روس، فسيتم النظر في خيارات الشراكة مع رواد الأعمال اليابانيين أو هياكل الأعمال من بلدان أخرى. قد يستغرق الأمر من 3 إلى 4 سنوات أخرى لإكمال عملية الاختبار. إذا كانت نتائجهم إيجابية، فسيتمكن أطباء الأورام من الحصول على أداة فعالة للغاية في مكافحة السرطان.
ما الذي يمكن أن يعيق المستثمرين ويقلل من مستوى التفاؤل في التوقعات؟
تحمل الاستثمارات في أي تجارب سريرية مخاطر كبيرة جدًا على الأعمال. بعد كل شيء، حتى مع التطور الحديث للعلم، من المستحيل التنبؤ بنسبة مائة بالمائة بكيفية تصرف الدواء الجديد، ومدى فعاليته وآمنه، ليس في أنبوب اختبار أو في جسم فأر المختبر، ولكن في الممارسة العملية. ومع ذلك، فإن البحث عن الاستثمار هو مجرد مسألة وقت.
سيحدد الوقت أيضًا مدى فعالية الطريقة الجديدة. على سبيل المثال، لا يمكن استبعاد أنه إذا تم إضعاف المناعة الطبيعية، فقد لا تكون قدرتها على محاربة الورم كافية.
وبطبيعة الحال، فقط بعد عدة سنوات سيكون من الممكن أن نفهم:
- وما إذا كانت الخلايا السرطانية قادرة على التحور بحثًا عن الحماية من "جرعات التحميل" من HSPs؛
- ما إذا كان تأثير الدواء سوف يسبب عواقب غير مرغوب فيها على المدى الطويل.
كيف يبدو مقياس الحرارة الجزيئي؟ هذا السؤال أكثر تعقيدًا مما قد يبدو للوهلة الأولى. على ما يبدو، فإن "مقياس الحرارة" الذي تستخدمه الخلية، والذي يلعب أحد أهم الأدوار في الحفاظ على استقرار بروتين الخلية، هو نظام من عوامل النسخ والبروتينات المتخصصة - المرافقون، بما في ذلك. بروتينات الصدمة الحرارية، التي لا تستجيب فقط لارتفاع درجة الحرارة (هذه مجرد الوظيفة الأولى من الوظائف المكتشفة لهذه الفئة من البروتينات)، ولكن أيضًا للتأثيرات الفسيولوجية الأخرى التي تلحق الضرر بالخلية.
المرافقون هي فئة من البروتينات وظيفتها الرئيسية هي استعادة البنية الثلاثية الصحيحة للبروتينات التالفة، فضلا عن تكوين وتفكك مجمعات البروتين.
يستجيب نظام المرافقة للضرر الذي يحدث أثناء حياة الخلية ويضمن المرور الصحيح للطي - طي سلاسل الأحماض الأمينية الخارجة من "خط التجميع" الريبوسومي إلى هياكل ثلاثية الأبعاد. وعلى الرغم من الأهمية الواضحة لهذا النظام، إلا أنه لفترة طويلة لم يتخيل أي من المتخصصين الذين يدرسونه أن مقياس الحرارة الجزيئي هذا هو أيضًا نوع من "ينبوع الشباب" للخلية، كما أن دراسته تتيح فرصة إلقاء نظرة على عدد من الأمراض من جانب جديد لم يكن معروفا من قبل .
البروتينات، التي هي المنتج الرئيسي لعمل الجينوم، لا تشكل البنية فحسب، بل تضمن أيضًا عمل جميع الخلايا والأنسجة والأعضاء. لا اضطرابات في تركيب تسلسل الأحماض الأمينية. تكوين وتجميع ونقل جزيئات البروتين، وكذلك إزالة البروتينات التالفة الجانب الأكثر أهميةالحفاظ على صحة كل من الخلايا الفردية والجسم بأكمله. البروتينات هي أيضًا المادة اللازمة لتكوين "الآلات الجزيئية" التي توفر عمليات التخليق الحيوي وتشغيلها بشكل فعال، وهي عملية حاسمة لضمان طول عمر الجسم. تنجم العديد من المشاكل عن اضطرابات في العملية الأساسية لطي البروتين. تؤدي الاضطرابات في عمل "OTK"، المتمثلة في بروتينات الصدمة الحرارية والمرافقين، إلى ظهور الأخطاء وتراكمها. تؤدي هذه الأخطاء إلى تعطيل عمل الآليات الجزيئية، مما قد يؤدي إلى تطور أمراض مختلفة. إن حدوث مثل هذه الأخطاء في الخلايا العصبية محفوف بعواقب وخيمة حقًا، والتي تتجلى في تطور أمراض التنكس العصبي مثل التصلب المتعدد، وكذلك أمراض هنتنغتون ومرض باركنسون والزهايمر.
تم اكتشاف الاستجابة للصدمة الحرارية في عام 1962 من قبل فيروتشيو ريتوسا، وتم وصفها بأنها تغير ناجم عن درجة الحرارة في تنظيم الكروموسومات المتراصة بإحكام في الخلايا. الغدد اللعابيةذباب ذبابة الفاكهة يؤدي إلى تكوين ما يسمى بـ "الانتفاخات". مثل هذه التورمات، التي تبدو مثل كرات القطن تحت المجهر، محصورة بين أقسام الكروموسومات المتراصة بإحكام، تظهر أيضًا عند تعرضها لأملاح الدينتروفينول والإيثانول وحمض الساليسيليك.
اتضح أن تورمات الكروموسوم هي مناطق نسخ جديدة تبدأ في تركيب RNAs الرسول الجديد في غضون دقائق قليلة من حدوثها. تُعرف المنتجات البروتينية لهذه العملية الآن باسم بروتينات الصدمة الحرارية، وأفضلها دراسة هي Hsp90 وHsp70. تنظم بروتينات هذه العائلة طي سلاسل الأحماض الأمينية وتمنع ظهور جزيئات البروتين المشكلة بشكل غير صحيح في خلايا جميع الكائنات الحية.
في أواخر السبعينات وأوائل الثمانينات، وباستخدام تقنية أصلية للكيمياء الحيوية الخلوية لزيادة عدد الرنا المرسال الذي يشفر تسلسل البروتينات المقابلة، تمكن العلماء من استنساخ أول جينات الصدمة الحرارية لذبابة الفاكهة. في ذلك الوقت، رأى الخبراء أن رد فعل الصدمة الحرارية كان مميزًا حصريًا لكائن ذبابة الفاكهة. في هذه المرحلة، قدم ريتشارد موريموتو مساهمته الأولى في دراسة بروتينات الصدمة الحرارية. قام بجمع مجموعة واسعة من الحمض النووي من الكائنات متعددة الخلايا، وباستخدام النشاف الجنوبي، أثبت أنها تحتوي جميعها على نظائر للجين Hsp70 التي كانت متطابقة تقريبًا في البنية. في نفس الوقت تقريبًا، حدد جيم باردويل وبيتي كريج من جامعة ويسكونسن في ماديسون القولونية(الإشريكية القولونية) جين dnaK، وهو أيضًا نظير لـ Hsp70. وكانت نتيجة المزيد من الدراسة التفصيلية لهذه المسألة هي فهم أن جينات الصدمة الحرارية، التي لم تتغير عمليا أثناء التطور، ممثلة في جينومات ممثلي جميع الممالك الخمس للعالم الحي.
كان التقدم التالي في سلسلة الأحداث التي تلت ذلك هو تحديد عائلة من عوامل النسخ التي تتحكم في بدء المرحلة الأولى من الاستجابة للصدمة الحرارية. شاركت عدة مجموعات بحثية من جامعات مختلفة في هذا العمل، بما في ذلك مجموعة موريموتو. لقد أثبت العلماء أن زيادة درجة حرارة الخلية تسبب تغيرًا في شكل عوامل النسخ هذه، مما يعزز ارتباطها بمحفزات جينات الصدمة الحرارية، التي تبدأ في تخليق بروتينات الصدمة الحرارية. علاوة على ذلك، فقد تبين أنه على عكس الخميرة وذباب الفاكهة والديدان الخيطية Caenorhabditis elegans، التي لديها عامل نسخ واحد فقط لجينات الصدمة الحرارية، فإن الخلايا البشرية لديها ما يصل إلى ثلاثة عوامل من هذا القبيل. هذه دائرة معقدةإن تنظيم التعبير عن الجينات قيد الدراسة دفع العلماء إلى التفكير في تعدد وظائفها، الأمر الذي يتطلب دراسة إضافية.
وأظهرت دراسات أخرى أن بروتينات الصدمة الحرارية نفسها تنظم عمل عامل النسخ الذي يبدأ إنتاجها في نوى الخلية. لقد أصبح من الواضح أيضًا أن بروتينات الصدمة الحرارية تؤدي وظائف المرافقات الجزيئية - فهي تتحكم في طي سلاسل الأحماض الأمينية، مما يضمن تكوين المطابقات المكانية الصحيحة لجزيئات البروتين، وكذلك تحديد حالات الفشل في هذه العملية والقضاء عليها. وهكذا، اتضح أن مقياس الحرارة الخلوي لا يقيس درجة الحرارة فحسب، بل يراقب أيضًا ظهور البروتينات المشوهة والتالفة في الخلية. تغمر الصدمة الحرارية والضغوطات الأخرى الخلية ببروتينات غير طبيعية، والتي تستجيب لها المرافقات عن طريق ربط هذه البروتينات وإطلاق عامل نسخ الصدمة الحرارية 1 (Hsf1). تشكل جزيئات هذا العامل بشكل تلقائي أدوات القطع (مجمعات من ثلاثة جزيئات) التي ترتبط بالمناطق المقابلة من الجينوم، والتي بدورها تؤدي إلى تخليق بروتينات الصدمة الحرارية. الزيادة اللاحقة في تركيز بروتينات الصدمة الحرارية إلى المستوى المطلوب، وفقًا لمبدأ التغذية المرتدة، تمنع نشاط النسخ لعامل النسخ Hsf1.
إن دراسة عمل بروتينات الصدمة الحرارية على خطوط الخلايا حدت بشكل كبير من قدرات الباحثين، لأنها لم تقدم معلومات حول التغيرات المصاحبة التي تحدث في جميع أنحاء الجسم. لذلك، في عام 1999 تقريبًا، قرر موريموتو وزملاؤه التحول إلى نموذج جديد: الدودة المستديرة C.elegans. لقد استلهموا بشكل خاص من عمل ماكس بيروتز، الذي نُشر في عام 1994، والذي وجد أن سبب مرض التنكّس العصبي الخطير (مرض هنتنغتون) كان طفرة محددة في جين يسمى هنتنغتين. تؤدي هذه الطفرة إلى تخليق بروتين مختلف يحتوي على جزء إضافي من السلسلة الطويلة للحمض الأميني الجلوتامين، مما يؤدي على ما يبدو إلى تعطيل عملية الطي الطبيعية. يؤدي تراكم جزيئات البروتين غير الطبيعية هذه في الخلايا العصبية إلى تطور مرض هنتنغتون. واقترح الباحثون أن دراسة البروتينات التي يتعطل تكوينها الجزيئي بسبب تعبير البوليجلوتامين أو لأسباب مماثلة من شأنها أن تساعد في فهم عمل مقياس الحرارة الجزيئي.
أثناء العمل على إنشاء نماذج حيوانية للتعبير عن البروتينات التي تحتوي على تسلسلات بوليجلوتامين زائدة في الخلايا العصبية والخلايا العضلية، وجد الباحثون أن درجة التجميع والسمية المرتبطة بهذه البروتينات تتناسب مع طولها وعمر الكائن الحي. قادهم هذا إلى الاعتقاد بأن قمع آلية الإشارات التي يتوسطها الأنسولين والتي تنظم العمر يمكن أن يؤثر على تجميع البروتينات المحتوية على البوليجلوتامين. أكدت نتائج الدراسات الإضافية وجود العلاقة المقترحة وأظهرت أيضًا أن تأثير عمل عامل النسخ Hsf1 على عمر الكائن الحي يتم بوساطة آلية إشارات تعتمد على الأنسولين. أوضحت هذه الملاحظات أن الاستجابة للصدمة الحرارية لها نفس القدر من الأهمية لبقاء الكائن الحي في ظل ظروف الإجهاد الحاد وللتحييد المستمر للتأثيرات السامة للبروتينات التي تؤثر سلبًا على عمل الخلايا وعمرها.
إن استخدام الكائنات الحية كنموذج تجريبي سمح للعلماء بترجمة الأبحاث إلى نتائج نوعية مستوى جديد. بدأوا في الاهتمام بالآليات التي من خلالها يدرك الجسم ويدمج المعلومات الواردة من الخارج على المستوى الجزيئي. إذا كان الإجهاد يؤثر على عملية الشيخوخة، فمن المنطقي أن نفترض أن بروتينات الصدمة الحرارية، التي تكتشف المظهر وتمنع تراكم البروتينات التالفة في الخلية، قادرة تمامًا على إبطاء تطور آثار الشيخوخة.
حقيقة أن العديد من الأمراض المرتبطة بتراكم البروتينات المعرضة للتكتل تتميز بأعراض الشيخوخة، وجميع الأمراض القائمة على الاضطرابات في تكوين جزيئات البروتين ترتبط بالشيخوخة، تشير إلى أن البروتينات شبه المستقرة الحساسة لدرجة الحرارة تفقد وظائفها بسبب مع تقدم عمر الجسم. في الواقع، أظهرت التجارب على C.elegans أن عمل الآلية التي يطلقها عامل النسخ Hsf1، بالإضافة إلى أنظمة الدفاع الخلوي الأخرى، يبدأ في التلاشي على الفور تقريبًا بعد وصول الكائن الحي إلى مرحلة النضج. ومع ذلك، اتضح أن تفعيل عامل النسخ Hsf1 على المراحل الأولىيمكن أن يمنع التطور اختلال استقرار جزيئات البروتين (الاستتباب البروتيني).
قد لا ينطبق هذا الاحتمال المثير للاهتمام على الكائنات متعددة الخلايا الأكثر تعقيدًا، ولكن جميع الكائنات الحية مصنوعة من البروتينات، لذا فإن النتائج التي تم الحصول عليها من التجارب على الديدان المستديرة من المرجح أن تساعد العلماء على فهم آليات شيخوخة الإنسان.
مع ذلك، فتلك ليست نهاية الحكاية. تشير نتائج العمل الذي تم إجراؤه مؤخرًا تحت إشراف البروفيسور موريموتو إلى وجود آليات لضبط الثبات البروتيني التي لا تتطلب تدخلاً مباشرًا في عمل عامل النسخ Hsf1. قرر الباحثون إجراء فحص جيني كلاسيكي لطفرات C.elegans التي تظهر اضطرابات في تكوين جزيئات البروتين في الخلايا العضلية. ونتيجة لذلك، وجدوا أن الطفرة التي تؤثر على هذه العملية موجودة في الجين لعامل النسخ الذي يتحكم في إنتاج الناقل العصبي حمض غاما أمينوبوتيريك (GABA). يتحكم GABA في عمل الناقلات العصبية المثيرة وينظمها قوة العضلات. والحقيقة المثيرة للاهتمام هي أن أي اضطراب في استقرار الآليات التي تتوسطها GABA يؤدي إلى فرط التحفيز، مما يتسبب في استجابة خلايا العضلات بعد المشبكي للإجهاد غير الموجود، مما يؤدي إلى تعطيل تكوين جزيئات البروتين. بمعنى آخر، اتضح أن نشاط الخلايا العصبية يمكن أن يؤثر على عمل موازين الحرارة الجزيئية للخلايا الأخرى في الجسم، مما يزيد من تعقيد الصورة الناشئة.
وإذا امتدت هذه الآلية إلى البشر، فربما يتمكن العلماء من تطوير طريقة للتأثير على الخلايا العصبية تؤدي إلى تنشيط بروتينات الصدمة الحرارية في خلايا العضلات الهيكلية وتساعد في القضاء على الأعراض. ضمور العضلاتوغيرها من أمراض الخلايا العصبية الحركية. ولعل التلاعب بهذه الآليات سيجعل من الممكن أيضًا التحكم في عملية تراكم البروتينات التالفة المرتبطة بالشيخوخة. ومع ذلك، لسوء الحظ، ليس كل شيء بهذه البساطة كما نود. في C.elegans، يتم التحكم في تطور الاستجابة للصدمة الحرارية في جميع الخلايا الجسدية البالغة بواسطة زوج واحد من الخلايا العصبية. ويبدو أن نشاط هذه الخلايا العصبية وآلية التغذية المرتدة يسمحان للخلايا والأنسجة بتنشيط بروتينات الصدمة الحرارية وفقًا لاحتياجاتها المحددة. والحقيقة هي أن الأنسجة المختلفة تتميز بنشاط مختلف في التخليق الحيوي للبروتين، وكذلك التعبير والشخصية المختلفة تأثيرات خارجية. ولذلك، فإن اتباع نهج عالمي لإدارة رد فعل الصدمة الحرارية أمر مستحيل من حيث المبدأ.
مسلحًا بعملهم وأفكارهم الواعدة، أسس موريموتو والعديد من زملائه شركة Proteostasis Therapeutics، التي تهدف إلى تحديد الجزيئات العلاجية الصغيرة التي يمكنها تصحيح التأثيرات المرضية لتراكم جزيئات البروتين المشوهة. ويرتبط هذا النهج بحصة كبيرة إلى حد ما من المخاطر، حيث يزداد مستوى بروتينات الصدمة الحرارية في العديد من الأمراض الخبيثة. ومع ذلك، يعتقد موريموتو وزملاؤه أن الاتجاه الذي يطورونه لديه الكثير من الإمكانات التي لا يمكن تجاهلها.
عن المؤلف
كرّس البروفيسور ريتشارد موريموتو، بعد الدفاع عن أطروحة الدكتوراه، عمله بالكامل لدراسة عمل بروتينات الصدمة الحرارية ودورها في شيخوخة الجسم. اتخذ موريموتو خطواته الأولى في الاتجاه الذي اختاره في جامعة هارفارد تحت إشراف الدكتور مات ميسيلسون. يشغل ريتشارد موريموتو حاليًا منصب مدير معهد رايس لأبحاث الطب الحيوي في جامعة نورث وسترن في إيفانستون، إلينوي، ومؤسس مشارك لشركة Proteostasis Therapeutics (كامبريدج، ماساتشوستس).
إيفجينيا ريابتسيفا
بوابة "الشباب الأبدي" مبنية على مواد من The Scientist: ريتشارد موريموتو،
بروتينات الصدمة الحرارية(بروتينات الصدمة الحرارية HSPs) منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة الحية وهي واحدة من أكثر الجزيئات المحفوظة في المحيط الحيوي. تتمثل الوظيفة الرئيسية لـ HSPs في حماية الأنظمة البيولوجية من الضغوطات الضارة. أثناء تطور حقيقيات النوى، اكتسبت بعض HSPs وظائف سمحت لها بالاندماج في الجهاز المناعي.
دور مقدمي الخدمات الصحيةفي تفاعل آليات المناعة الفطرية والمكتسبة يتم تحديدها من خلال قدرة HSPs على اعتراض الببتيدات المستضدية وتقديمها بمساعدة DC إلى الخلايا الليمفاوية التائية في سياق جزيئات MHC.
بروتينات الصدمة الحراريةتوفر وظائف حياتية مهمة وهي موجودة في جميع الكائنات الحية. تم تحديد المنتجات الجينية التي تسمى بروتينات الصدمة الحرارية أو بروتينات الإجهاد الخلوي المنتجة في ظل ظروف ارتفاع الحرارة في البداية على أنها جزيئات يتم إنتاجها استجابة لوجود بروتينات معطلة بشكل مطابق في الخلايا. ثبت بعد ذلك أن HSPs تلعب دور المرافقين في التجميع غير التساهمي وتفكيك الهياكل الجزيئية الكبيرة الأخرى، على الرغم من أنها في حد ذاتها ليست مكونات دائمة لهذه الهياكل في أداء وظائفها البيولوجية.
استجابة البروتين للصدمة الحراريةتم تسجيلها ليس فقط في ظل ظروف ارتفاع الحرارة، ولكن أيضًا في ظل الإجهاد التأكسدي، والحماض، ونقص التروية، ونقص الأكسجة، وفرط التأكسج، واستنزاف طاقة الخلايا، وما إلى ذلك. في ظل هذه الظروف، يتم إطلاق HSPs من الخلايا النخرية أثناء تدمير الأنسجة أو تحلل الخلايا المصابة.
شكرا لميزات التعرف على تسلسل الأحماض الأمينية الكارهة للماء على سطح البروتينات، كإشارة تحذير حول عدم استقرارها المطابق، تكون HSPs قادرة على أداء وظائف حيوية مثل المشاركة في ضمان التنظيم المكاني لجزيئات البروتين (الطي)، واستقرارها، وتصحيح التغييرات المطابقة (إعادة الطي)، وانتقال البروتينات من خلال أغشية العضيات داخل الخلايا، ومنع تراكم البروتين وتدهور البروتينات غير المستقرة. جنبا إلى جنب مع هذا، تظهر HSPs نشاطًا مضادًا لموت الخلايا المبرمج. بشكل جماعي، تعمل HSPs كنظام عازل ضد العوامل العشوائية والتي يحتمل أن تكون مزعزعة للاستقرار في البيئة الخلوية.
HSPsتلعب دورًا مهمًا في تحفيز الاستجابة المناعية، وخاصة المناعة الفطرية: فهي تعزز نشاط الخلايا القاتلة الطبيعية ونضج APC وإنتاج السيتوكينات. يتم اعتراض شظايا الببتيد من جزيئات البروتين المتدهورة بواسطة HSPs، وفي النهاية، تخضع للمعالجة في APCs، وتحفز الاستجابات المناعية التكيفية. وهكذا، من خلال تنشيط APC والمشاركة في معالجة المستضد، تدمج بروتينات الصدمة الحرارية تفاعلات المناعة الفطرية والمكتسبة (التكيفية).
خصائص تحفيز المناعةيعرض HSPs من أصل مؤيد وحقيقي النواة. يمتلك ممثلو العديد من عائلات HSPs (الكالريتيكولين، HSP10، HSP60، HSP70، HSP90، HSP100 وHSP170) القدرة على تحفيز الاستجابة المناعية.
وظيفة مرافقة البروتيناتتحدث الصدمة الحرارية ليس فقط أثناء التكوين الحيوي للبروتينات الأخرى، ولكن أيضًا أثناء الاستجابة المناعية لها. يتغير بيئةأثناء العدوى، فإنه يخلق وضعا مرهقا لكل من مسببات الأمراض الغازية والخلايا المضيفة، والذي يتجلى في التكثيف المتبادل للتوليف والنشاط الوظيفي لبروتينات الصدمة الحرارية. تعمل المرافقات الجزيئية البكتيرية بمثابة بروابط للمستقبلات على سطح الخلايا المضيفة.
HSPsيمكن التعرف عليها بواسطة TLR2، TLR4. تتفاعل 96s الأخرى، HSP90 وHSP70، مع الخلايا المقدمة للمستضد من خلال مستقبل مشترك، CD91. تدخل الببتيدات المرافقة HSP إلى الخلايا البلعمية/الخلايا الجذعية عبر CD91 وتتم معالجتها وتقديمها مع جزيئات MHC I وMHC II. يؤدي هذا إلى تنشيط خلايا CD4 وCD8 T. يؤدي تفاعل HSP-DC من خلال CD91 إلى نضوج الخلايا الجذعية وإفراز عدد من السيتوكينات.
نتيجة للتفاعل المؤتلفيؤدي مرض السل HSP 70 M مع TLR-2 وTLR-4 في المختبر إلى إطلاق سلسلة إشارات تتضمن بروتينات المحول MyD88 وTIRAP وTRIF وTRAM في الخلايا البطانية البشرية وتفعيل عامل النسخ NF-inB في بلاعم الفأر.
موجود في الشبكة الإندوبلازميةحقيقيات النوى، يقوم المرافق GRP94/gp96، من خلال التفاعل مع TLR-2 وTLR-4، بتنشيط الخلايا الجذعية لبدء استجابة الخلايا اللمفاوية التائية CD8". وهذا يزيد من التعبير عن جزيئات MICA/B التي تتفاعل مع مستقبل NKG2D، المعروض على سطح CD8، ولكن ليس خلايا CD4 * T. عندما يتفاعل TLR7 مع HSP70، الذي يتم إفرازه وإطلاقه بشكل نشط أثناء الموت النخري لخلايا الثدييات، يتم تعزيز وظيفة البلعمة للبلاعم. يتجلى هذا التأثير في غضون بضع دقائق ويتم التعبير عنه ليس فقط في تحفيز البلعمة، ولكن أيضًا في وظيفة تقديم المستضد T. للخلايا من خلال مسارات الإشارة التي يتوسطها فوسفونوسيتيد 3-كيناز وp38 MAP كيناز.
قيد التنفيذ العروض التقديميةتتلقى الخلايا التائية المساعدة أيضًا مستضدًا من الخلايا الليمفاوية البائية الناضجة التي تعبر عن TLR-2 وTLR-4. إنهم يستجيبون لـ LPS، والببتيدوغليكان، وHSP60 عن طريق زيادة التعبير عن MHC II والجزيئات التقديرية. يحفز HSP 60 البشري، ولكن ليس E. coli GroEL أو M. tuberculosis HSP65، تكاثر خلايا B الفأرية الساذجة وإفرازها لـ IL-6 و IL-10.
اليوم كثيرة المستقبلات، التعرف على أنماط PAMPs المعروفة من بدائيات النوى والفطريات والفيروسات ومسببات الأمراض الأوالي تظل غير محددة. هناك علاقة بين البلعمة والتعبير عن TLRs، حيث أن تنشيط الإشارات من خلال TLRs يعزز عمليات البلعمة وتنظم البلعمة تسلسل تنشيط TLRs.
من الواضح أن لا تزال الأنماط الجزيئية غير محددةيمكن أن يشوه أو يوجه الاستجابة المناعية التكيفية وفقًا لنوع Th-2. من الممكن أن يكون غياب الإشارات (على سبيل المثال، PAMPs)، مثل نقص MHC I لتنشيط الخلايا NK، بمثابة حافز لإثارة مناعة النوع الثاني.
تحريض الإشارات من خلال مستقبلات شبيهة عدديمكن أن توفر ليس فقط حماية الجسم من الالتهابات المختلفة. يؤدي ضعف توصيل هذه الإشارات إلى تطور عدد من العمليات المرضية في الجسم. على سبيل المثال، الإفراط في إنتاج السيتوكينات المسببة للالتهابات بواسطة الروابط الداخلية يمكن أن يسبب تطور الالتهاب المزمن، أمراض المناعة الذاتية، مثل مرض كرون، ومرض السكري من النوع الأول، وتصلب الشرايين. ربما يرجع التغير في التوازن نحو السيتوكينات المؤيدة للالتهابات إلى تطور الوذمة المحلية والتفاعلات الالتهابية في الجهاز العصبي المركزي التي بدأتها السيتوكينات المؤيدة للالتهابات (TNF-a أو IL-1p). تشارك العديد من السيتوكينات في تكوين اضطرابات عصبية طويلة الأمد، والتي، من خلال تحفيز إنتاج وعمل بعضها البعض، تظل في الدورة الدموية لفترة أطول.
10.11.2018
التغيرات الهيكلية والوظيفية تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة.يؤثر التعرض لدرجات الحرارة المرتفعة في المقام الأول على سيولة الأغشية، مما يؤدي إلى زيادة نفاذيتها وإطلاق المواد القابلة للذوبان في الماء من الخلية. ونتيجة لذلك، هناك اضطراب في العديد من وظائف الخلايا، وخاصة انقسامها. لذلك، إذا كانت جميع الخلايا تخضع لعملية الانقسام الانقسامي عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، عند 38 درجة مئوية - كل خلية سابعة، وعند 42 درجة مئوية - فقط كل خمسمائة خلية.
زيادة سيولة الدهون الغشائية، الناجمة عن التغيرات في تكوين وبنية الغشاء أثناء ارتفاع درجة الحرارة، تؤدي إلى فقدان نشاط الإنزيمات المرتبطة بالغشاء وتعطيل نشاط ETC. من بين العمليات الرئيسية لإنتاج الطاقة - التمثيل الضوئي والتنفس، فإن عملية التمثيل الضوئي ETC هي الأكثر حساسية، وخاصة النظام الضوئي II (PS II). أما بالنسبة لإنزيمات التمثيل الضوئي، فإن الإنزيم الرئيسي لدورة التمثيل الضوئي C3، RuBP carboxylase، مقاوم تمامًا لارتفاع درجة الحرارة.
ارتفاع درجة الحرارة له تأثير ملحوظ على النظام المائي للنبات، مما يزيد من معدل النتح بسرعة وبشكل ملحوظ. ونتيجة لذلك، يعاني النبات من نقص المياه. إن الجمع بين الجفاف والحرارة والتعرض لأشعة الشمس العالية له أقصى تأثير سلبي على المحاصيل، حيث يعطل، إلى جانب عملية التمثيل الضوئي والتنفس ونظام الماء، امتصاص عناصر التغذية المعدنية.
الجوانب الجزيئية لأضرار الصدمة الحرارية.تؤدي الحرارة في المقام الأول إلى إتلاف البروتينات الموجودة في الخلية، وخاصة الإنزيمات، مما يعطل عملية التخليق الحيوي لبروتين دي نوفو، ويمنع نشاط الإنزيم، ويؤدي إلى تحلل البروتينات الموجودة. ونتيجة لذلك، قد تختفي مجموعات من الإنزيمات المهمة لعمل الخلايا أثناء فترات التوتر والإصلاح اللاحق. معظم الإنزيمات النباتية الرئيسية قابلة للتغير بالحرارة، بما في ذلك الروبيسكو والكاتالاز والهيئة العامة للسدود. تثبيط روبيسكو هو السبب الرئيسي لانخفاض IF عند درجة حرارة عالية. كما تمنع الحرارة أيضًا القدرة على تحويل السكروز إلى نشا في الشعير والقمح والبطاطس، مما يشير إلى أن واحدًا أو أكثر من الإنزيمات في سلسلة التحويل يتم تثبيطه بشدة بواسطة الحرارة. إن التأثير المباشر للحرارة على نشاط سينسيز النشا القابل للذوبان في السويداء القمح، سواء في المختبر أو في الجسم الحي، يؤدي إلى قمع تراكم النشا.
أعاقت درجات الحرارة المرتفعة نشاط الكاتالاز في العديد من أنواع النباتات، في حين لم يتم تثبيط نشاط الإنزيمات المضادة للأكسدة الأخرى. في الجاودار، كانت التغيرات في نشاط الكاتالاز قابلة للعكس ولم تترك أي ضرر واضح بعد توقف الحرارة، بينما في الخيار، تم تباطؤ (تثبيط) استعادة نشاط الكاتلاز ورافقه تغير لون الكلوروفيل، مما يشير إلى ضرر مؤكسد أكثر أهمية. في شتلات الذرة المزروعة في درجات حرارة مرتفعة (35 درجة مئوية)، كان نشاط SOD أقل منه في درجات الحرارة المنخفضة نسبيًا. درجات الحرارة المنخفضة(10 درجة مئوية).
أدت الحرارة إلى تعطيل سلامة الأغشية، مما أدى إلى زيادة نفاذيتها للأيونات والمحاليل. وفي الوقت نفسه، تم تعطيل نشاط الإنزيمات المرتبطة بالغشاء في عملية التمثيل الضوئي والتنفس والاستيعاب. أدت الحرارة إلى زيادة درجة تشبع الأحماض الدهنية في الدهون الفوسفاتية الغشائية في الشبكة الإندوبلازمية. في ظل ظروف الحرارة الشديدة، تتضرر أغشيتها بشكل انتقائي، مما يتسبب في تحلل الرنا المرسال (3-الأميلاز). وفي الوقت نفسه، يؤثر تسرب المواد الناجم عن الحرارة عبر الأغشية على إمكانية الأكسدة والاختزال في الأجزاء الخلوية الرئيسية، والتي بدورها، يعطل مسار العمليات الأيضية حتى موت الخلايا.
تم التعرف مؤخرًا على الإجهاد التأكسدي باعتباره أحد أهم التأثيرات السلبية للحرارة على النباتات. تسبب الحرارة خللاً في التوازن بين كمية الإشعاع الشمسي التي تمتصها الأصباغ ونقل الإلكترونات من خلال السيتوكروم، وهي عملية تسمى التثبيط الضوئي. يمكن نقل الطاقة الزائدة إلى الأكسجين، مما يؤدي إلى تكوين ROS. المناطق الرئيسية للضرر التأكسدي في الخلايا هي الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء، حيث يتم تعطيل نقل الإلكترون. في البلاستيدات الخضراء، يؤدي الإجهاد الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة إلى تثبيط ضوئي لعملية التمثيل الضوئي وتثبيط الكاتالاز، مما يؤدي إلى تراكم أنواع الأكسجين التفاعلية وتبييض الكلوروفيل. يُعرف النظام الضوئي II بأنه الأكثر حساسية للحرارة، مما يؤدي إلى تفكك المكونات الوظيفية لمجمع PS II، وبالتالي تعطيل نقل الإلكترون بين PS I وPS II، وزيادة في تدفق الإلكترونات إلى الأكسجين الجزيئي و تشكيل روس. ونتيجة لذلك، ينخفض FI، وهو السبب الرئيسي لفقدان المحاصيل بسبب الحرارة.
بروتينات الصدمة الحرارية.تم اكتشاف تخليق بروتينات الصدمة الحرارية (HSPs) استجابة لارتفاع درجة الحرارة في عام 1974. وهي سمة مميزة لجميع أنواع الكائنات الحية، بما في ذلك النباتات العليا والدنيا. يتم تمثيل HSP في جميع الكائنات الحية بواسطة مجموعة كبيرة من الببتيدات، والتي يتم تسميتها عادةً وفقًا لوزنها الجزيئي، معبرًا عنه بالكيلودالتون (kDa). على سبيل المثال، يُطلق على HSP ذو الوزن الجزيئي 70 كيلو دالتون اسم HSP 70. ويُشار إلى الدور الهام لـ HSP في حياة الخلايا من خلال الحفاظ العالي على تطورها. وهكذا، فإن المناطق الفردية في تطور HSP 70 تحتفظ بأكثر من 90% من التماثل في البكتيريا والبشر. يتم تمثيل HSPs النباتية بواسطة مجموعة من البروتينات ذات الوزن الجزيئي العالي (110-60 كيلو دالتون) والبروتينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض (35-15 كيلو دالتون). السمات المميزة للنباتات هي تعدد HSPs منخفض الوزن الجزيئي والكثافة العالية لتخليقها أثناء الصدمة الحرارية (HS).
اصطناع HSP هو برنامج إجهاد ينجم عن الصدمة الحرارية ويحدث عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار 8-10 درجات مئوية فوق المعدل الطبيعي. وهكذا، في أوراق الشعير، يتم تحقيق الحد الأقصى لتوليف HSPs عند 40 درجة مئوية، وفي أوراق الأرز - عند 45 درجة مئوية. يتضمن تحويل الحياة الطبيعية للخلية إلى برنامج الإجهاد إعادة برمجة الجينوم المرتبطة بتثبيط التعبير عن الجينات التي يكون نشاطها مميزًا للحياة في الظروف العادية وتفعيل جينات TS. في الخلايا النباتية، يتم الكشف عن مرنا ترميز HSPs بعد 5 دقائق من بداية الإجهاد. بالإضافة إلى ذلك، يحدث تفكك الجسيمات المتعددة التي تصنع البروتينات النموذجية للظروف الطبيعية، وتكوين الجسيمات المتعددة التي تصنع البروتينات HSPs. يتم تحقيق التنشيط السريع لتوليف HSP على مستوى ليس فقط النسخ (توليف الحمض النووي الريبي على الحمض النووي)، ولكن أيضًا الترجمة (تخليق البروتين على الرنا المرسال) نتيجة لتنسيق العديد من الأحداث. تسبب الصدمة الحرارية تغيرات في الرنا المرسال الذي تم تصنيعه في الخلية قبل الصدمة، ويرتبط ذلك بتعديل عوامل ترجمة البروتين وبروتينات الريبوسوم. بالإضافة إلى ذلك، تختلف جزيئات HSP mRNA عن جزيئات mRNA الخاصة بالبروتينات العادية. نتيجة لـ HS، يضعف تخليق البروتينات التقليدية ثم يتوقف ويتحول جهاز تخليق البروتين إلى تخليق HSPs، والتي تم اكتشافها في الخلية بالفعل بعد 15 دقيقة من بدء HS. ويلاحظ الحد الأقصى للتوليف بعد 2-4 ساعات، ثم ينخفض.
يحدث تخليق مختلف HSPs في درجات حرارة مختلفة. في البلاستيدات الخضراء، تم تنشيط تخليق HSPs عالي الوزن الجزيئي في نطاق 34-42 درجة مئوية، وضعفت عند 44 درجة مئوية، وانخفضت بشكل حاد عند 46 درجة مئوية. كان تحفيز تخليق HSPs منخفض الوزن الجزيئي ملحوظًا بشكل خاص عند 40-42 درجة مئوية. حدث تثبيط كبير لتخليق روبيسكو فقط عند درجات حرارة أعلى من 44 درجة مئوية. يتم تشفير جميع البلاستيدات الخضراء HSPs المكتشفة تقريبًا في النواة، ويتم تصنيعها في السيتوبلازم، ثم يتم نقلها إلى البلاستيدات الخضراء، حيث تؤدي وظيفة وقائية أثناء HS. بعد انتهاء الصدمة الحرارية، يتوقف تخليق HSPs ويستأنف تخليق البروتينات المميزة للخلية في ظل ظروف درجة الحرارة العادية. في هذه الحالة، يتم تدمير HSP mRNA بسرعة في الخلايا عند درجات الحرارة العادية، في حين أن البروتينات نفسها يمكن أن تستمر لفترة أطول بكثير، مما يوفر على ما يبدو زيادة في مقاومة الخلايا للحرارة. عادةً ما يؤدي تعرض الخلايا لفترات طويلة لظروف HSP أيضًا إلى إضعاف وتوقف تخليق HSP. في هذه الحالة، يتم تنشيط آليات تنظيم التعبير الجيني لـ HSP وفقًا لمبدأ التغذية الراجعة. يؤدي تراكم HSPs في الخلايا إلى تقليل نشاط جيناتها. ربما بهذه الطريقة تحافظ الخلية على كمية HSP عند المستوى المطلوب، مما يمنع الإفراط في إنتاجها.
كقاعدة عامة، استجابة لارتفاع درجة الحرارة، يتم تصنيع البروتينات المقابلة، مما يساعد على زيادة المقاومة الحرارية للجسم. يتم وصف الدور الوقائي لـ HSP من خلال نموذج المرافقة الجزيئية (مترجم من الإنجليزية - دليل ومرشد لشاب). في ظل الظروف القاسية، تقوم HSPs "بحماية" عمل جزيئات كبيرة محددة، الهياكل الخلوية، الخلايا الحرة من المكونات التالفة، مما يسمح بالحفاظ على التوازن الخلوي. يعتمد تفاعل HSP 70 مع البروتينات الأخرى على نسبة ATP/ADP. من المعتقد أن HSP 70، في مجمع مع ADP، يحتفظ بالبروتين غير المنسوج، واستبدال ADP بـ ATP يؤدي إلى إطلاق هذا البروتين من المجمع مع HSP 70.
وفقًا لهذا النموذج، تعمل HSPs على زيادة الاستقرار الحراري للخلايا، مما يوفر العمليات التالية: التثبيت المعتمد على الطاقة للبنية الأصلية للبروتينات؛ التجميع الصحيح للهياكل قليلة القسيمات في ظل ظروف ارتفاع الحرارة. نقل المواد عبر الأغشية العضوية. تصنيف المجمعات الجزيئية المجمعة بشكل غير صحيح؛ تحرير الخلية من الجزيئات الكبيرة المشوهة وإعادة تدوير المونومرات الموجودة فيها بمساعدة اليوبيكويتين. اليوبيكويتين عبارة عن بروتينات صدمة حرارية ذات وزن جزيئي منخفض، وارتباطها بالبولي ببتيد يجعلها هدفًا للبروتياز. هذا نوع من "علامة الموت" للبروتينات. وبمساعدتهم، يتم التخلص من البروتينات التالفة وغير المكتملة نتيجة لعمل HS.
هناك عدد من الحقائق تدعم الوظيفة الوقائية لـ HSP في HS. على وجه الخصوص، فقد ثبت أن إيقاف تخليق البروتين باستخدام مثبطات معينة أثناء HS، عندما يحدث تخليق HSP، يؤدي إلى موت الخلايا. يمكن تقوية الخلايا، مما يزيد من ثباتها الحراري عن طريق تعريضها لفترة وجيزة لدرجات حرارة مرتفعة. تتزامن شروط هذا التصلب مع ظروف تحفيز تخليق HSP. ومن المثير للاهتمام أن تخليق HSPs في النباتات لا يتم تحفيزه بواسطة HSPs فحسب، بل أيضًا، على سبيل المثال، عن طريق أملاح الكادميوم والزرنيخ، والتي تؤدي معالجتها إلى زيادة مقاومة الخلايا للحرارة. من المهم أيضًا التأكيد على أن التغييرات في بنية الجينات (الطفرات) التي تعطل تخليق HSPs تؤدي إلى فقدان مقاومة الخلايا للتدفئة. سوف تكشف المزيد من الدراسات عن الوظيفة المحددة لكل HSP تحت الضغط الآليات الجزيئيةتشكيل وعمل خصائص الحماية في TS.
تحتوي معظم بروتينات HS على بروتينات مرتبطة في الخلايا، والتي يتم تصنيعها في درجات حرارة طبيعية باستمرار أو خلال مراحل معينة من تكوين الجنين. وتبين أن هذه البروتينات، وخاصة HSP 70، ترتبط ببروتينات أخرى، مما يؤدي إلى انتشارها ومنع تراكمها. هذا الأخير يمكن أن يمنع البروتين من الحصول على التشكل الأصلي اللازم لنشاطه الوظيفي. يعد كشف البروتينات بواسطة HSPs ضروريًا لاختراقها عبر غشاء البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية. نظرًا لأن تراكم البروتين يزداد بشكل حاد مع زيادة درجة الحرارة، فإن تنشيط تخليق HSP 70 في ظل هذه الظروف من شأنه أن يحمي البروتينات من التلف الذي لا رجعة فيه. توجد HSPs في جميع حجرات الخلايا، وخاصة النواة والنواة، حيث تتراكم خلال HS. يعزز HSP 70 مرور سلائف البلاستيدات الخضراء وبروتينات الميتوكوندريا المصنعة في السيتوبلازم عبر الغشاء، مما يلعب دورًا في التكاثر الحيوي لهذه العضيات. HSP 60، المرتبط أيضًا بالمرافقين، يُسمى أيضًا بالمرافقين. تضمن هذه البروتينات التجميع الصحيح للبنية الرباعية للبروتينات الخلوية، مثل إنزيم التمثيل الضوئي الرئيسي روبيسكو، والذي يتكون من ثماني وحدات فرعية كبيرة وثماني وحدات فرعية صغيرة. تضم مجموعة المرافقين أيضًا HSP 90، الذي يلعب دورًا مهمًا في تكوين مجموعة معقدة من الهرمونات الستيرويدية مع مستقبلاتها. بالإضافة إلى ذلك، يشكل HSP 90 مجمعات تحتوي على بعض كينازات البروتين، مما يتحكم في نشاطها. من المعروف أن كينازات البروتين تعمل على فسفرة مجموعة متنوعة من البروتينات الخلوية، وتنظيم نشاطها.
تم العثور على أكثر من 30 من HSPs ذات الوزن الجزيئي المنخفض (15-35 كيلو دالتون) في النباتات، متمركزة بشكل رئيسي في حبيبات الصدمة الحرارية السيتوبلازمية التي تظهر أثناء HS وتختفي بعد ذلك. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في حماية mRNAs "ما قبل الصدمة"، مما يسمح باستخدام الأخير لتخليق البروتين بعد نهاية الصدمة. تم العثور على HSPs ذات الوزن الجزيئي المنخفض أيضًا في حجيرات أخرى، خاصة في البلاستيدات الخضراء. ويعتقد أنها تحمي أغشية الثايلاكويد، حيث تتم ترجمة عمليات المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي، من H2S.
في بعض النباتات، تم الكشف عن التوليف التأسيسي (غير المستحث) للمركبات HSPs أثناء تكوين حبوب اللقاح، على وجه الخصوص. من الممكن أن تضمن HSPs قبل الصدمة ثباتها الحراري أثناء HS. بالإضافة إلى HSPs، فإن الحرارة تحفز التعبير عن فئات أخرى من البروتينات، وخاصة الكالموديولين.
التمثيل الغذائي في ظل ظروف الصدمة الحرارية.هناك عدد قليل جدًا من الدراسات المستهدفة لاستقلاب النبات تحت تأثير H2S، وفي هذه التجارب غالبًا ما يعمل كل من H2S والجفاف في وقت واحد. هذا جدا نقطة مهمة، نظرًا لأن استجابة النباتات لمجموعة من الجفاف والنظام المنسق تختلف عن الاستجابة للضغوطات الفردية. وهكذا، تحت مجموعة من الضغوط، تراكمت لدى النباتات العديد من السكريات القابلة للذوبان، بما في ذلك السكروز والمالتوز والتريكالوز والفركتوز والجلوكوز. تحت تأثير الجفاف، يتراكم البرولين، ولكن تحت تأثير H2S، بالإضافة إلى مزيج من H2S والجفاف، لم يتراكم البرولين في النباتات. في ظل ظروف HS، يكون البرولين أو وسيطه (البيرولين -5-كربوكسيلات) سامًا، لذا فإن البرولين غير مناسب كأوسموليت متوافق. مع العمل المتزامن لـ H2S والجفاف، يزداد محتوى الجلوتامين بشكل حاد. على ما يبدو، عندما يتم تثبيط التخليق الحيوي للبرولين، يتحول الغلوتامات إلى الجلوتامين. في الوقت نفسه، يتم تنشيط الجينات التي تشفر تكسير النشا والتخليق الحيوي للدهون، ويزداد أيضًا التعبير عن الجينات التي تشفر الهيكسوكيناز، ونازعة هيدروجين الجلوكوز 6 فوسفات، والفركتوكيناز، والسكروز-UDP-ناقلة الجلوكوزيل. إن التغيرات في التعبير الجيني على مستوى النسخ هي التي تمثل العامل الرئيسي في إعادة برمجة استقلاب الكربوهيدرات.
تحت تأثير H2S على شتلات الأرابيدوبسيس، تم إنشاء زيادة متزامنة في حجم مجموعات عدد من الأحماض الأمينية والأميدات (الأسباراجين، الليوسين، الأيزوليوسين، الثريونين، الألانين والفالين) التي تم الحصول عليها من AP وPVA. بالإضافة إلى ذلك، زاد محتوى الكربوهيدرات: المالتوز، السكروز، الجالاكتينول، الميوينوسيتول، الرافينوز والسكريات الأحادية، سلائف جدار الخلية. بالفعل بعد 6 ساعات، زادت تركيزات ب-ألانين، والجلسرين، والمالتوز، والسكروز، والتريكالوز.
التمثيل الضوئي والنتح والتنفس.المؤشر الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتنظيم استقلاب ثاني أكسيد الكربون والماء في النباتات هو توصيل الثغور. تشير الأدلة الشاملة إلى أن درجات الحرارة المرتفعة تؤدي إلى إغلاق الثغور، وهو ما يمكن اعتباره استجابة غير مباشرة لاعتماد درجة الحرارة على عجز ضغط بخار الماء وتنفس الأوراق. وبالتالي، فإن الإغلاق الجزئي للثغور هو نتيجة لزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون داخل الخلايا. ومع ذلك، فإن الإغلاق المطلوب للثغور لا يؤدي إلى انخفاض في عملية التمثيل الضوئي، لأن الاعتماد على درجة حرارة توصيل الثغور وIF لا يتطابقان. وبالتالي، تزداد توصيلية الثغور عند درجات الحرارة التي يتم فيها تثبيط عملية التمثيل الضوئي بشكل لا رجعة فيه.
على الرغم من أن توصيل الثغور لا يبدو أنه يؤثر بشكل مباشر على IF، إلا أنه يساعد في تنظيم النتح، والذي، من خلال التحكم في درجة حرارة الورقة، يؤثر على تحمل الحرارة لعملية التمثيل الضوئي. في محاصيل بعض المحاصيل، مع وجود إمدادات كافية من الرطوبة، يمكن أن تكون درجة حرارة الهواء بسبب التنظيم الحراري أقل بحوالي 8 درجات مئوية من درجة حرارة الهواء فوق المحصول. وفي الوقت نفسه، إذا كان هناك نقص في الرطوبة في التربة، يمكن ملاحظة الصورة المعاكسة - درجة حرارة الأوراق في المحصول تتجاوز درجة حرارة الهواء المحيط بحوالي 15 درجة مئوية، مما يزيد التأثير السلبينقص المياه في IF.
معدل التمثيل الضوئي الصافي للقمح ومعظم محاصيل C3 مستقر تمامًا في حدود 15-30 درجة مئوية. أقل من نطاق درجة الحرارة هذا وفوقه، ينخفض IF بنسبة 5-10% لكل درجة (الشكل 3.1). إن التغير الطفيف نسبيًا في صافي التمثيل الضوئي في حدود 15-30 درجة مئوية لا ينبغي أن يخفي حقيقة أن التمثيل الضوئي الإجمالي يزداد فعليًا مع زيادة درجة الحرارة. ومع ذلك، نظرًا للزيادة المتزامنة في معرف النبات بأكمله وخاصة التنفس الضوئي، فإن شدة التمثيل الضوئي الصافي تتغير قليلاً.
هناك اختلافات ملحوظة بين المحاصيل C3 وC4 في هذا الصدد، مع ملاحظة الكثافة المثلى لعملية التمثيل الضوئي الصافي في الأنواع C4 عند أكثر درجات حرارة عالية(30-40 درجة مئوية). التنفس الضوئي الخاص بهم غير مهم، ونتيجة لذلك لا يتم إخفاء الزيادة في تثبيت ثاني أكسيد الكربون مع زيادة درجة الحرارة عن طريق تكاليف التنفس الضوئي. في الواقع، فإن ارتفاع درجة الحرارة المثلى لعملية التمثيل الضوئي الصافي في الأنواع C4 مقارنة بالأنواع C3 يتم تفسيرها بانخفاض تكاليف الجهاز التنفسي عند درجات حرارة مرتفعة في السابق. يتم ملاحظة تغيرات لا رجعة فيها في جهاز التمثيل الضوئي الخاص بهم فقط عندما تتجاوز درجة الحرارة 40 درجة مئوية، ويرجع ذلك أساسًا إلى تلف PS II الذي يحدث في غضون دقائق قليلة بعد بداية عمل H2S، والذي له تأثير حاسم على المحصول.