در مسیر رسیدن به ویتامین آ در برنج/کشف ساختار سه بعدی و مکانیزم تغییر شکل فیتون در برنج

کمبود ویتامین آ در غذا عامل اصلی مشکلات سلامتی در سراسر دنیا است و می تواند منجر به کوری و حتی مرگ شود. این مسئله به ویژه در کشورهای جهان سوم یک مشکل است، جایی که کودکان به دلیل داشتن سوء تغذیه احتمالا از کمبود ویتامین آ یا مواد سازنده آن، بتا کاروتن رنج می برند. در میان کارکردهای بسیار آن، کاروتینوئیدها مسئول ایجاد رنگ نارنجی روشن در سیب زمینی های شیرین و هویج هستند.

به گزارش ایانا از سایت "ساینس دیلی" به دلیل رنگ تند آن، بتاکاروتن در صنعت غذا در نوشیدنی ها، ماست ها و سایر غذاها به عنوان یک رنگ دهنده به غذا شناخته شده است. برنج که مهمترین غذای اصلی در آسیا است در دانه خود هیچ بتا کاروتنی ندارد، اما در برگ های برنج کاروتینوئید وجود دارد. این رنگدانه های محلول در چربی تنها برای فتوسنتز که در طول آن گیاه انرژی و اکسیژن تولید می کند استفاده نمی شود بلکه در سایر فرآیندهای مشابه نیز توسط گیاه استفاده می شود.

یکی از عوامل اصلی تشکیل دهنده بتاکاروتن، فیتون است که بی رنگ بوده و محلول در آب نیست و می تواند در چربی های دولایه ای پلاستید اندامکی (دیسه) یا به عبارت دیگر، در لایه ی بیرونی این بخش های سلولی که در بسیاری از فرآیندها از جمله فتوسنتز دخیل هستند یافت شود. در این جا آنزیم فیتون دساچوراز ( (PDS فیتون را به مرحله میانی بعدی سنتز تبدیل می کند که زرد رنگ شدن است.

پژوهشگران در آزمایشگاه پروفسور پیتر بیر ( peter beyer ) در دانشکده زیست شناسی و پروفسور اولیور اینسل ( oliver Einsle ) در دانشکده شیمی و داروسازی دانشگاه فرایبورگ با موفقیت ساختار سه بعدی فیتون در برنج را در کنار مکانیزم تغییر شکل دادن فیتون، روشن کردند . برای رسیدن به این هدف، دکتر سادرا گمکر ( Sandra Gemmecker ) و آنتون برازمن ( (Anton Brausemann باید آنزیم خالص شده را جداسازی و متبلور می کردند تا بتوانند تصویر ساختاری سه بعدی را از طریق آزمایش شکست نور با اشعه ایکس به دست آورند. آن ها سپس دریافتند که این آنزیم به طور ناقص در چربی های دولایه ای پلاستید اندامکی غوطه ور می شود و حاوی یک تونل آب گریز است که به درون آن منتهی می شود.

عمل کاتالیز زمانی که مولکول فیتون وارد این تونل می شود و به مرکز واکنش آنزیم می رسد؛ یعنی جایی که نیمی از مولکول فیتون تبدیل به مرحله میانی بعدی کاروتنوئید شده است، آغاز می شود. بعد از این مرحله ی تولیدی میانی، این مولکول، تونل را از همان راهی که آمده ترک می کند و وارد یک آنزیم فیتون دیگر درست در نزدیک اولی که اکنون به طور کامل تغییر شکل داده است می شود. سپس یک مولکول کمکی به نام کینون، آنزیم را تولید می کند. مولکول کینون از طریق همان تونل به آنزیم دسترسی پیدا می کند و الکترون های اضافی را می گیرد، بنابراین آنزیم را برای چرخه واکنشی بعدی آماده می کند.

اگر آنزیم فیتون در یک گیاه به درستی کار نکند، برای مثال به دلیل واکنش به علف کش ها، بذر گیاه به جای اینکه سبز باشد رنگ پریده و سفید می شود و گیاه در طی چند روز می میرد. از اوایل قرن بیستم، دانشمندان در سراسر دنیا برای نشان دادن مکانیزم دقیق سنتز کاروتن بر روی این مسئله کار کرده اند. با این حال اثبات این مسئله، به دلیل ترکیب پیچیده آنزیم های مختلف و به دلیل تعداد کم آن ها در سلول های گیاه دشوار بوده است.

این پژوهشگران از دانشگاه فرایبورگ توانستند ساختار آنزیم فیتون را با استفاده از یک ویژگی خاص روشن کنند: آن ها مولکول نورفلورازون که یک علف کش است و در دهه ۱۹۷۰ تولید شده، در طول زمان جداسازی این آنزیم، به آن اضافه کردند. به دلیل وجود نورفلورازون، این آنزیم از کار افتاد و بنابراین در گیاه در حال رشد دیگر موجود نبود و به همین دلیل خشک شد و مرد.

دانش درباره این علف کش ها در درون این آنزیم می تواند برای پژوهشگران زمانی که سازه های جدید در آینده توسعه یابند مفید باشد. اکنون هم چنین این امکان وجود دارد که تغییرات خاص در توالی این آنزیم ایجاد شود و از روش های بیوتکنولوژی استفاده شود تا منافعی برای محصولات کشاورزی در مقابل علف های هرز بدست آید.

مترجم: بهاران پدرام