انجذاب الطاقة Energy taxis

في العديد من الخلايا مثل E. coli  توجد علاقة بين التغير في تصرف الخلايا وبين نقل الالكترونات وجهد الأغشية الكهربائي اثناء عمليات الانجذاب للمواد مثل البرولين و الكليسرول ووجدت مثل هذه العلاقة في Az. brasilense اثناء انجذابها القوي لبعض المواد، وهذا يشير الى ان عمليات الانجذاب المتعددة على الايض تشارك في مسارات نقل الاشارات وغيرها من الاستجابات.

ويعرف انجذاب الطاقة على انه استجابة في تصرف الخلايا تجاه المحفزات التي تؤثر على مستويات الطاقة في الخالية، وهي تشمل الاستجابات التي ترتبط بعمليات نقل الالكترونات وتوليد الطاقة مثل الانجذاب للهواء Aerotaxis والانجذاب للضوء Phototaxis كذلك انجذاب الاكسدة والاختزال Redox taxis والانجذاب لمستقبلات الالكترونات البديلة.

والاشارات في هذا النوع من التصرف تنشأ في نظام نقل الالكترونات حيث تسجل التغيرات لنقل الالكترونات وغيرها من المؤشرات ويتم التحسس بها بواسطة انظمة نقل الاشارات. وقد درست في حالة مستقبلات الالكترونات والضوء التي تؤدي الى بدا عملية نقل الالكترونات. فالمواد القابلة للأيض بسرعة التي تساعد في ضخ المكافئات المختزلة Reducing equivalents الى نظام نقل الالكترونات وتحدد معدل نقل الالكترونات يتم التحسس بها على انها مواد جاذبة عن طريق آلية الانجذاب. وعليه فان مواد الأساس القابلة للاستهلاك يمكن ان تعمل كمحفزات كيماوية في البكتريا ما دام هناك عملية قياس للتغييرات لنظام نقل الالكترونات.

وفي مثل الاليات فان مثبطات السلاسل التنفسية تكون بمثابة مواد منفرة لأنها تؤثر على جهد الاكسدة الاختزال. وتؤدي الى تلاشي ظاهرة الانجذاب. ولذلك تكون هناك علاقة قوية بين الاستجابة في الانجذاب الكيماوي ومعدل سريان الالكترونات في السلاسل التنفسية وما تولده من جهد الغشاء الخلوي

مستلمات انجذاب الطاقة

يتم التحسس والانجذاب بواسطة المستلمات ومنها :

Aer في E. coli وهو مثل باقي ناقلات الانجذاب الكيماوي مكون من بروتين ثابت عند النهاية الكاربوكسيلية اما النهاية الامينية فتتكون من عدة مناطق وهذه المناطق وجدت في مئات البروتينات العاملة في نقل الاشارات في الممالك الثلاثة للأحياء ويتحسس الضوء والاوكسجين وجهد الاكسدة والاختزال، ويتوسط في الاستجابة لعدد من المواد العضوية مثل والكلسيرول وغيرها من المواد التي تسبب انجذاب الطاقة، ويسيطر على عمليات الانجذاب الكيماوي للمواد القابلة للاستهلاك باستعمال آلية التحسس للطاقة.

Trs مستلم  كيماوي يحوي على الحامض الأميني السيرين يعمل ناقلا في مجال الطاقة ويستجيب لكل المحفزات التي يستجيب لها Aer. ويتحسس البروتين للرقم الهيدروجيني داخل وخارج الخلايا. ويمكن القول ان تحسس الطاقة والرقم الهيدروجيني قد يكون متشابها وذلك لان التدرج في الرقم الهيدروجيني وهو احد مكونات القوة الدافعة للبروتون pmf التي تتولد في نظام نقل الالكترونات. ولذلك فان الثمالات او الاجزاء المشحونة بشحنة موجبة على الجهة السايتوبلازمية من الغشاء والمجاورة لمكونات النظام داخل الأغشية قد تكون هي عناصر التحسس ومثل هذه المناطق المشحونة بشحنة موجبة موجودة في أغلب البروتينات التي تستعرض الأغشية الخلوية وتكون تحت سيطرة تدرج البروتونات.

وقد وجد كل من Aer و Tsr في عدد كبير من الانواع التي تتحسس بالكيماويات عن طريق انجذاب الطاقة.

Der A من البروتينات Heme – containing accepting proteins يوجد في البكتريا Desulfovibrio vulgaris وهو أكثر المتحسسات التي تتحسس الفرق في الجهد اي يتحسس الفرق في جهد الاكسدة والاختزال في نظام نقل الالكترونات وكذلك يتحسس الاوكسجين.

Ptr من النواقل العامة العاملة في نقل اشارة الانجذاب للطاقة ويوجد في البكتريا التي تقوم بعمليات التخليق الضوئي مثل Rhodospirillum centenum من مجموعة البكتريا α –proteobacteria وهو مسئول عن التحسس للضوء وتصرف الخلايا اتجاهه، واضطراب الجين ptr يؤدي الى تلاشي الاستجابة للضوء. والمتحسس يتكون من عدة أجزاء، فيوجد جزء منه في الفسحة المحيطة والذي يقوم بتحسس حالة الاكسدة والاختزال لمكونات نظام نقل الالكترونات الخاصة بعملية التخليق الضوئي في الفسحة المحيطة.

واضافة الى ما ذكر اعلاه هنالك العديد من جزيئات الانجذاب الكيماوي التي تتحدد فعاليتها بالطاقة الايضية ومنتشرة في أنواع مختلفة من الاحياء المجهرية، ومن الاحياء الرئيسة للحياة على الأرض وهي التي تقوم بعمليات تثبيت النتروجين كما في S. meliloti.

متحسسات مؤشرات الطاقة

بعض المستلمات الكيماوية تحسس المؤثرات ذات العلاقة بالطاقة وليس الطاقة مثل التحسس بالأوكسجين والضوء وتكون آلية عملها مشابه لعمل المستلمات الاخرى. اذ تقوم بتسجيل او تحديد تراكيز الاوكسجين داخل الخلايا ومنها Hem AT الموجودة في عدد من الاحياء المجهرية وهو يسيطر على الاستجابة للتهوية، اذ يحوي على Heme B الذي يرتبط مباشرة بالأوكسجين بشكل يشابه الهيموغلوبين، اما بالنسبة للضوء والذي يكون مهما في الاحياء التي تقوم بعملية التخليق الضوئي مثل البكتريا المزرقة فان متسلماتها الكيماوية تحوي على اجزاء تحسس بالضوء Photosensors.

وعليه فان قياس التغيرات في انظمة نقل الالكترونات يعد أكفأ طريقة لتسجيل الطاقة الايضية ويمكن اجمال ما ذكر اعلاه : ان قوة الانجذاب تعتمد على تركيب المادة القابلة للاستهلاك شريطة وجود مستلمات ملائمة لها. وعند نقصان مواد الأساس التي تستهلكها الخلايا تظهر فيها ظاهرة الانجذاب الكيماوي لتتحرك الى مناطق تكون فيها التراكيز أعلى او ملائمة  .وكذلك الحال مع نقص الاوكسجين او اي مستلم للإلكترونات خارجي فان الخلايا تظهر الانجذاب للهواء لغرض الوصول الى مناطق فيها الاوكسجين بتراكيز ملائمة وبذلك فان الخلايا تقوم بالبحث عن افضل الظروف المتوازنة بين المواد القابلة للأكسدة والأوكسجين او لغرض انتاج اكبر قدر ممكن من الطاقة فمثلا وجود اثنين من المتحسسات للطاقة في E. coli وهما Aer و Tsr والذي يقيس كل منهما مؤشرا مختلفا للطاقة يوفر للخلايا مجالا اوسع لتسجيل حالة الطاقة والتي تصب في مصلحة الخلية.

اضافة الى ما ذكر اعلاه فان هناك متحسسات اخرى تنتشر في الاحياء المجهرية لنقل اشارة الانجذاب الكيماوي منها كاينيز الهستيدين ونظام Adenylate cyclases / phosphodiesterases وغيرها. وتشترك هذه المتحسسات في الجزء المتحسس، والاجزاء المتحسسة منها توجد ضمن شبكة انظمة نقل الاشارات في الخلايا حقيقية النواة، مما يشير الى ثباتية صفة تحسس الكيماويات في مختلف الاحياء. وتعد ظاهرة الانجذاب الكيماوي للمواد الملوثة للبيئة ضرورية في عمليات المعالجة الحيوية Bioremediation .

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .