مطالعه ی ساختار، فعالیت چاپرونی و آلرژی زایی کازئین بتای قندی و غیرقندی...

مطالعه ی ساختار، فعالیت چاپرونی و آلرژی زایی کازئین بتای قندی و غیرقندی... چکیده کازئین­ها فسفوپروتئین­هایی هستند که 80 درصد پروتئین­های شیرگاو را تشکیل می­دهند. این پروتئین­ها شامل انواع مختلف نظیرαS1 ، αS2، β و κ می­باشند. اگرچه آلرژی­زایی این پروتئین­ها امروزه یکی از چالش های بزرگ علم پزشکی است، اما آن­ها به عنوان منبع غنی پپتیدهای فعال زیستی با فعالیت­های مختلف از جمله خاصیت آنتی­اکسیدانی و فعالیت ضد فشار خون می­باشند. در این پژوهش کازئین­بتا با استفاده از ستون کروماتوگرافی تعویض یونی دی اتیل دی آمینواتیل-سلولز خالص شد. سپس کل کازئین­های شیرگاو و کازئین بتا به روش غیرآنزیمی و در شرایط احیایی قندی شد. نتایج آزمون جذبی اُ-فتالدئید و نشری فلورسامین حاکی از درصد بالای قندی شدن این پروتئین­ها در روش احیایی بود. مطالعه­ی ساختاری کازئین­بتا با استفاده از دستگاه فلورسانس و دستگاه دورنگ­نمایی دورانی بیانگر تغییرات قابل توجه ساختار این پروتئین ضمن فرآیند قندی شدن غیرآنزیمی بود. از منظر فعالیت چاپرونی دو کازئین­بتای قندی و غیرقندی تفاوت قابل ملاحظه­ای را نشان دادند. در این مطالعه پس از هضم ناقص این پروتئین­ها با دو آنزیم تریپسین و کیموتریپسین، خواص آنتی اکسیدانی، توانایی مهار آنزیم ACE و فعالیت آلرژی­زایی آن­ها و پپتید­های حاصل از هضم­شان بررسی شد. نتایج این پژوهش پیشنهاد می­کند که در تمام موارد هم با قندی شدن هم طی هضم ناقص کازئین­ها فعالیت آنتی­اکسیدانی این پروتئین­ها تا حدودی بهبود می­یابد. نتایج این پژوهش پیشنهاد می­کند که خاصیت آلرژی­زایی کازئین­بتا بعد از قندی شدن و هضم آنزیمی با آنزیم­های فوق­الذکر به طور معنا داری تغییر نمی کند. همچنین نتایج این پژوهش نشان داد که فعالیت آلرژی­زایی تنها کازئین­های شیرگاو که با قند لاکتوز قندی شده بودند ضمن هضم ناقص با آنزیم کیموتریپسین کاهش می­یابد. همچنین مطالعه­ی فعالیت مهاری آنزیم ACE پیشنهاد می­کند که کازئین­بتای غیرقندی و محصولات پپتیدی حاصل از هضم آنزیمی ناقص آن نسبت به پروتئین­های قندی و محصولات هضم ناقص آنزیمی آن­ها خاصیت مهار آنزیم ACE بیشتری را دارد. در مجموع به منظور دستیابی محصولات هضمی کازئینی با توان آلرژی­زایی کمتر و خواص زیستی ارتقا یافته به مطالعات بیشتری همراه با تغییر شرایط آزمایشگاهی نظیر تغییر زمان هضم و یا تغییر نسبت پروتئاز به سوبسترای کازئینی ضروری به نظر می­آید. واژگان کلیدی:ساختار کازئین­بتا، فعالیت چاپرونی، فعالیت مهار آنزیم ACE، فعالیت آنتی­اکسیدانی، آلرژی­زای. فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول: مقدمه 1-1- شیر2 1-2- ترکیبات شیر4 1-3- پروتئین­های شیر5 1-3-1- پروتئین­های آب پنیر6 1-3-2- کازئین­ها7 1-3-3- کازئین­بتا9 1-4- فعالیت­های زیستی کازئین­ها11 1-4-1- فعالیت چاپرون کازئین­های شیر11 1-4-2- پپتیدهای فعال زیستی12 1-4-2-1- پپتیدهای فعال زیستی12 1-4-2-2- منابع اصلی پپتیدهای فعال زیستی12 1-4-2-3- برخی از خواص پپتیدهای فعال زیستی12 1-4-2-3-1- خاصیت ضد فشار خون12 1-4-2-3-2- فعالیت آنتی­اکسیدانی14 1-5- مشکلات ناشی از مصرف شیر در افراد15 1-5-1- عدم تحمل لاکتوز15 1-5-2- آلرژی به پروتئین­های شیر16 عنوان صفحه 1-5-2-1- معرفی انواع آزمون­های رایج جهت مطالعه­ی فرآیند آلرژی18 1-5-2-2- آزمون الایزا19 1-6- قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین­ها20 فصل دوم: مروری بر پژوهش­های پیشین.............. 23 فصل سوم: مواد و روش­های تحقیق 3-1- مواد مصرفی............................. 27 3-2- تهیه­ی محلول­ها.......................... 28 3-2-1- تهیه­ی محلول­های کازئینی، کازئین­بتا و تعیین غلظت آن­ها........................................... 28 3-2-2- تهیه­ی محلول برادفورد و رسم نمودار استاندارد آن با استفاده از کازئین­بتا...................... 28 3-2-3- تهیه­ی محلول­های مورد نیاز برای الکتروفورز ژلی 30 3-2-3-1-تهیه محلول SDS 20 درصد........... 30 3-2-3-2- تهیه محلول آمونیوم پر سولفات (APS)30 3-2-3-3- تهیه محلول آکریلامید و بیس آکریلامید 31 3-2-3-4- تهیه بافر تریس 5/1 مولار......... 31 3-2-3-5- تهیه بافر تریس 5/0 مولار......... 31 3-2-3-6- تهیه بافر تانک به حجم 500 میلی­لیتر 31 3-2-3-7- تهیه بافر نمونه X2.............. 32 3-2-3-8- تهیه 100 میلی­لیتر محلول کوماسی­بلو33 3-2-3-9- تهیه محلول رنگ بر ژل............ 33 3-2-4- تهیه محلول OPA به حجم 50 میلی­لیتر... 33 3-2-5- تهیه محلول فلورسامین................ 34 عنوان صفحه 3-2-6- تهیه محلول ANS...................... 35 3-2-7- تهیه محلول ABTS رادیکال............ 36 3-2-8- تهیه عصاره­ی ACE از پودر استون شش خرگوش 37 3-3-روش­ها................................... 38 3-3-1- تخلیص کازئین­بتا شیرگاو.............. 38 3-3-2- تخلیص هموگلوبین A از خون انسان...... 39 3-3-3- تعیین میزان خلوص پروتئین با استفاده از SDS-PAGE40 3-3-4- تهیه پودر استون شش خرگوش............ 40 3-3-5- قندی کردن کازئین­بتا و کازئین­های شیرگاو به روش غیرآنزیمی........................................... 41 3-3-6- آزمون­های OPA و فلورسامین برای تایید فرآیند قندی شدن غیرآنزیمی......................... 41 3-3-7- مطالعه­ی فلورسانس ذاتی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی........................................... 42 3-3-8- مطالعه­ی فلورسانس عارضی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی........................................... 43 3-3-9- مطالعه تغییرات ساختاری کازئین­های بتای قندی و غیرقندی، با استفاده از دستگاه دورنگ نمایی دورانی.... 43 3-3-10- مطالعه­ی فعالیت چاپرونی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی........................................... 44 3-3-11- هضم کازئین­های شیرگاو و کازئین­بتای قندی و غیرقندی به وسیله­ی آنزیم­های تریپسین و کیموتریپسین پانکراس گاوی44 3-3-12- مطالعه­ی فعالیت آنتی­اکسیدانی کازئین­های شیرگاو کازئین­بتای قندی و غیرقندی............................ 45 3-3-13- مطالعه­ی فعالیت مهار آنزیم ACE به وسیله­ی کازئین­بتا قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم آنزیمی آن­ها 47 3-3-14- مطالعه­ی توان آلرژی­زایی کازئین­ها و کازئین­بتای قندی و غیرقندی................................. 47 عنوان صفحه 3-3-15- آزمون آماری........................ 48 فصل چهارم: نتایج و بحث 4-1- مطالعه اثر قندی شدن غیرآنزیمی بر ساختار، فعالیت­های زیستی (چاپرونی، آنتی­اکسیدانی و مهار آنزیمACE ) و آلرژی­زایی کازئین­بتا............................................ 50 4-1-1- تخلیص پروتئین کازئین­بتا............. 50 4-1-2- تخلیص هموگلوبینA از خون انسان....... 51 4-1-3- مطالعه فرآیند قندی شدن غیرآنزیمی کازئین­بتا در حضور ماده­ی احیا کننده................... 52 4-1-3-1- مطالعه­ی قندی شدن کازئین­بتا با استفاده از ترکیب OPA......................................... 53 4-1-3-2- مطالعه فرآیند قندی شدن غیرآنزیمی کازئین­بتا با استفاده از ترکیب فلورسامین...................... 54 4-1-3-3- استفاده از ژل SDS-PAGE احیایی برای تایید فرآیند قندی شدن غیرآنزیمی کازئین­بتا............. 55 4-1-4- مطالعه­ی فلورسانس ذاتی و عارضی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی.................................... 56 4-1-5- مطالعه ساختار دوم کازئین­های بتای قندی و غیرقندی با استفاده از دستگاه دورنگ نمایی دورانی............... 58 4-1-6- مطالعه فعالیت چاپرونی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی........................................... 60 4-1-7- هضم آنزیمی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی با آنزیم­های تریپسین و کیموتریپسین..................... 62 4-1-7-1- تایید فرآیند هضم آنزیمی با استفاده از ژلSDS-PAGE (15درصد) احیایی.......................... 63 عنوان صفحه 4-1-7-2- مطالعه فعالیت آنتی­اکسیدان کازئین­های بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم آن­ها... 65 4-1-7-3- مطالعه خاصیت مهار آنزیم ACE به وسیله­ی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم آنزیمی آن­ها 71 4-1-8- مطالعه آلرژی­زایی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم آنزیمی آن­ها.................... 73 4-2- مطالعه اثر قندی شدن غیرآنزیمی بر ساختار، فعالیت آنتی­اکسیدانی و آلرژی­زایی کازئین­های شیرگاو............... 77 4-2-1- جداسازی و قندی کردن کازئین شیرگاو... 77 4-2-2- تایید فرآیند قندی شدن کازئین­های شیرگاو 77 4-2-2-1- استفاده از ژل SDS-PAGE (12 درصد) برای تایید قندی شدن غیرآنزیمی...................... 77 4-2-2-2- استفاده از ترکیب OPA برای مطالعه­ی قندی شدن غیرآنزیمی کازئین­های شیرگاو......................... 78 4-2-3- هضم آنزیمی کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو با آنزیم­های تریپسین و کیموتریپسین..................... 80 4-2-4- مطالعه فعالیت آنتی­اکسیدان کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو و پپتیدهای حاصل از هضم آن­ها............... 82 4-2-5- مطالعه آلرژی­زایی کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو و پپتیدهای حاصل از هضم آنزیمی آن­ها به وسیله­ی دو آنزیم تریپسین و کیموتریپسین................................ 86 عنوان صفحه خلاصه­ ی نتایج .................................. 90 نتیجه­گیری نهایی.............................. 91 فهرست منابع و مآخذ............................ 92 فهرست جداول عنوان صفحه جدول1-1- ترکیبات سازنده شیر در جانوران مختلف بر حسب درصد4 جدول1-2- برخی ویژگی­های پروتئین­های آب پنیر شیرگاو6 جدول1-3- برخی از ویژگی­های کازئین­های شیرگاو..... 7 جدول3-1- رسم منحنی استاندار برادفورد با استفاده از کازئین­بتا (1 میلی گرم بر میلی لیتر) به عنوان پروتئین استاندارد29 جدول 3-2- مواد و مقادیر مورد نیاز برای تهیه 500 میلی لیتر بافر تانک.......................................... 32 جدول3-3- مواد و مقادیر مورد نیاز برای تهیه 25 میلی لیتر بافر نمونه X2............................................ 32 جدول4-1-1- محتوی ساختارهای دوم نمونه­های کازئین­بتای قندی و غیرقندیبر حسب درصد59 فهرست اشکال عنوان صفحه شکل1-1-نمایی از ترکیبات موجود در شیر........... 3 شکل1-2- پروتئین­های تشکیل دهنده شیرگاو.......... 5 شکل1-3- نمایی از چگونه­گی تشکیل میسل کازئین شیر. 8 شکل 1-4- جهش جایگزینی پرولین67 وتبدیل آن به هیستیدیندر کازئین­بتا A1............................................. 9 شکل1-5- نمایی از سیستم رنین- آنژیوتنسین به عنوان سیستم مهم تنظیم کننده فشار خون...................... 13 شکل1-6-نمایی از انواع اپی­توپ­های خطی و فضایی پروتئینی17 شکل1-7- علائم حساسیت به شیرگاو................. 17 شکل1-8- آزمون خراش پوستی برای تعیین میزان حساسیت فرد به ماده­ی آلرژی­زا....................................... 19 شکل 3-1- نمونه­ایی از نمودار استاندار برادفورد. 30 شکل 3-2- نمایی از ساختارشیمیایی ترکیب OPA..... 34 شکل 3-3- نمایی ازساختار شیمیایی فلورسامین..... 35 شکل 3-4- نمایی از ساختار شیمیایی ترکیب ANS.... 36 شکل 3-5- تولید ABTS رادیکال در حضور پتاسیم پرسولفات 37 شکل 3-6- نمونه­ایی از نمودار استاندارد ترولوکس. 46 شکل4-1-1- نمایی از SDS-PAGE احیایی (12درصد) مراحل خالص­سازی پروتئین کازئین­بتا..................................... 51 عنوان صفحه شکل4-1-2- نمایی از SDS-PAGE احیایی (12درصد) فرآیند خالص­سازی پروتئین هموگلوبین A انسانی.................... 52 شکل4-1-3- نتایج مطالعه­ی قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین کازئین­بتا با استفاده از آزمون OPA....................... 53 شکل4-1-4- نتایج حاصل از قندی شدن غیرآنزیمی کازئین­بتا با استفاده از آزمون فلورسامین............................ 54 شکل4-1-5- نمای از SDS-PAGE احیایی (12درصد) که به منظور تایید قندی شدن پروتئین در این مطالعه استفاده شد.... 55 شکل 4-1-6- طیف نشری فلورسانس ذاتی کازئین­بتا­ی قندی و غیرقندی 56 شکل4-1-7- نمایی از نشر فلورسانس عارضی کازئین­های بتا ی قندی و غیرقندی که با استفاده از نشانگر فلورسانس ANS بررسی شد57 شکل4-1-8- طیف دور فرابنفش (Far-Uv CD) کازئین­بتای قندی و غیرقندی59 شکل4-1-9- مطالعه­ی فعالیت چاپرونی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی با استفاده از هورمون انسولین به عنوان پروتئین هدف 61 شکل4-1-10- مطالعه­ی فعالیت چاپرونی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی با استفاده از هموگلوبین به عنوان پروتئین هدف. 62 شکل4-1-11- نمایی از SDS-PAGE احیایی (15درصد) هضم کازئین­های بتای قندی و غیرقندی با آنزیم تریپسن............... 63 شکل4-1-12- نمایی از SDS-PAGE احیایی (15درصد) هضم کازئین­های بتای قندیو غیرقندی با آنزیم کیموتریپسن............. 64 شکل4-1-13- مطالعه خاصیت آنتی­اکسیدان کازئین­بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم این پروتئین به وسیله­ی آنزیم تریپسین 66 عنوان صفحه شکل4-1-14- این شکل بیانگر ظرفیت آنتی­اکسیدانی معادل ترلوکس (TEAC) کازئین­بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم 2 و 4 ساعته­ی آن­ها با آنزیم تریپسین می­باشد...................... 67 شکل4-1-15- مطالعه خاصیت آنتی­اکسیدان کازئین­بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم این پروتئین به وسیله­ی آنزیم کیموتریپسین.............................................. 69 شکل4-1-16- این شکل بیانگر ظرفیت آنتی­اکسیدانی معادل ترلوکس (TEAC) کازئین­بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم 2 و 4 ساعته­ی آن­ها با آنزیم کیموتریپسین می­باشد................... 70 شکل4-1-17- نتایج آزمون مهار آنزیم ACE به وسیله­ی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم آن­ها به وسیله­ی دو آنزیم تریپسین و کیموتریپسین................ 71 شکل4-1-18- نتایج بررسی میزان آلرژی­زایی کازئین­بتای قندی و غیرقندی و پپتیدهای حاصل از هضم 4 ساعته­ی آن­ها به وسیله­ی دو آنزیم تریپسین و کیموتریپسین................................ 74 شکل4-1-19- مقایسه­ی میزان آلرژی­زایی کازئین­های بتای قندی و غیرقندی با پپتیدهای حاصل از هضم آنزیمی آن­ها با دو آنزیم تریپسین و کیموتریپسین................................... 75 شکل4-2-1- نمای از SDS-PAGE احیایی (12درصد) که به منظور تایید قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین در این مطالعه استفاده شد78 شکل4-2-2- نتایج مطالعه­ی قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین کازئین­بتا با استفاده از آزمون OPA.................................. 79 شکل4-2-3- ژل SDS-PAGE احیایی (15درصد) هضم کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو به وسیله­ی آنزیم تریپسین..... 80 عنوان صفحه شکل4-2-4- نمایی از SDS-PAGE احیایی (15درصد) هضم کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو با آنزیم کیموتریپسن......... 81 شکل4-2-5- مطالعه خاصیت آنتی­اکسیدان کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو و پپتیدهای حاصل از هضم این پروتئین به وسیله­ی آنزیم تریپسین 82 شکل4-2-6- مطالعه خاصیت آنتی­اکسیدان کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو و پپتیدهای حاصل از هضم این پروتئین به وسیله­ی آنزیم کیموتریپسین.............................................. 83 شکل 4-2-7- در این شکل معادل ترولوکس (TEAC) کازئین قندی و غیرقندی شیرگاو و پپتیدهای حاصل از هضم 2 و4 ساعته با آنزیم تریپسین آمده است84 شکل 4-2-8- در این شکل معادل ترولوکس (TEAC) کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو و پپتیدهای حاصل از هضم 2 و4 ساعته با آنزیم کیموتریپسین آمده است...................................... 85 شکل4-2-9- نتایج آزمون سنجش آلرژی کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو و پپتیدهای حاصل از هضم آنزیمی آن­ها........... 87 شکل4-2-10- مقایسه­ی میزان آلرژی­زایی کازئین­های قندی و غیرقندی شیرگاو با پپتید­های حاصل از هضم آنزیمی آن­ها با دو آنزیم تریپسین و کیموتریپسین................................... جدول اختصارات نام کامل نام اختصاری Angiotensin Converting Enzyme ACE 2,2-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) ABTS 8- aniline-1-naphthalenesulfonic acid ANS Ammunium persulfate APS Bovine serum albumin BSA Circular dichroism CD Ethylenediaminetetraacetic acid EDTA N-3-2-furylacrylolyl-phenylalanylglycylglycin FAPGG Intrinsically unstructured protein IUP O- phthaladehyde OPA Trolox Equivalent Antioxidant Capacity TEAC فصل اول مقدمه 1-1- شیر شیر یک مایع زیستی پیچیده متشکل از آب، پروتئین، چربی، کربوهیدرات، مواد معدنی و برخی ترکیبات فعال زیستی از جمله آنزیم­ها و ویتامین­ها می­باشد که به عنوان اولین ماده غذایی برای نوزاد، بوسیله غدد پستانی موجودات پستاندار ساخته می­شود. در اوایل دوران شیردهی، شیر آغوز[1] نامیده می­شود که سرشار از آنتی­بادی­هایی است که خطر ابتلای نوزاد به بسیاری از بیماری­ها را کاهش می­دهد. شیر به عنوان اولین ماده­ی غذایی برای نوزاد شامل اکثر ترکیبات ضروری و مورد نیاز برای رشد و نمو است. در شکل (1-1) ترکیبات اصلی موجود در شیر مشاهده می­شود (Pehrsson، 2000). شکل1-1-نمایی از ترکیبات موجود در شیر. شیر نه تنها به عنوان یک ماده­ی غذای برای تغذیه­ی نوزاد تازه متولد شدهمطرح است بلکه به عنوان یک ماده­ی غذایی ارزشمند و مغذی برای انسان در تمام کشورهای جهان استفاده می شود. امروزه در سراسر جهان دامداری­های بزرگ در سطح وسیع به تولید شیر و محصولات لبنی مشغولند به طوریکه در سال 2011 میزان تولید شیر در جهان 730 میلیون تن بوده است. هندوستان به عنوان بزرگترین کشور تولید و مصرف کننده شیر در جهان و نیوزلند، 28کشور عضو اتحادیه اروپا، استرالیا و ایالات متحده­ی آمریکا به عنوان بزرگترین صادر کننده های شیر و محصولات لبنی می­باشند. همچنین چین و روسیه به عنوان بزرگترین واردکنندگان شیر و محصولات لبنی در جهان شناخته می­شوند (Blasko، 2011). 1-2- ترکیبات شیر همانطور که در بالا ذکر شد، شیر یک ماده­ی غذایی غنی از پروتئین، کربوهیدرات، چربی و ترکیبات معدنی است. درصد، اندازه و نوع هر یک از ترکیبات تشکیل دهنده شیر بسته به گونه جاندار متفاوت است. به عنوان مثال درصد پروتئین شیر انسان نسبت به شیر گاو پایین­تراست در صورتی که درصد کربوهیدرات و چربی آن بالاتر می­باشد. شیر اسب والاغ کمترین میزان چربی را در بین گونه­های مختلف دارد. همچنین شیر انسان فاقد پروتئین بتالاکتوگلوبولین[2] است، درصورتی که این پروتئین یکی از پروتئین­های اصلی آب پنیر است و به مقدار قابل ملاحظه­ایی در شیرگاو دیده می­شود. در جدول (1-1) درصد ترکیبات موجود در شیر برخی جانوران مشاهده می­شود(Nelson و همکاران 1951 ، Barlowska و همکاران 2011). جدول1-1- ترکیبات سازنده شیر جانوران مختلف بر حسب درصد 1-3- پروتئین­های شیر اکثر پروتئین­های شیر در طول زمان شیردهی بوسیله­ی سلول­های پوششی غدد پستانی تولید و ترشح می­شود. این سلول­ها علاوه بر پروتئین، ترکیبات دیگری مانند چربی (تری­آسیل گلیسرول[3] و دی­گلیسرول[4]) و کربوهیدرات (لاکتوز[5]) را نیز تولید و ترشح می­کنند (Bouguyo و همکاران 2006، De Kruif و همکاران 2003). پروتئین­های شیر از نظر ارزش غذایی و فعالیت زیستی بسیار حائز اهمیت هستند و به دو گروه کازئین­ها (آلفا S1، آلفا S2، بتا و کاپا کازئین) و پروتئین­های آب­پنیر (آلفالاکتالبومین[6]، بتا لاکتوگلوبولین، سرم آلبومین[7] و ایمونوگلوبولین[8]) تقسیم می­شوند. کازئین­های شیر گاو 80درصد و پروتئین­های آب­پنیر بین20 تا 45درصد کلپروتئین­های شیر انسان را تشکیل می­دهند ( Kunz و همکاران 1990، Wong و همکاران 1996). شکل1-2- پروتئین­های تشکیل دهنده شیرگاو. 1-3-1- پروتئین­های آب­پنیر پروتئین­های آب­پنیر از نوع کروی هستند که حدود 20 درصد پروتئین­های شیر را شامل می شوند. از لحاظ ساختاری این پروتئین­ها دارای مقدار قابل توجهی مارپیچ­آلفا[9] در ساختارشان می­باشند. آمینواسید­های اسیدی، بازی، آبگریز[10] و آبدوست[11] به صورت نسبتا متعادل در طول زنجیره ی پلی­پپتیدی این پروتئین­ها وجود دارد. این پروتئین­ها در محیط آبی شیر به صورت محلول هستند (Evans، 1982). پروتئین­های آب­پنیر شامل بتالاکتوگلوبولین، آلفالاکتالبومین، ایمونوگلوبولین، آلبومین سرمی، لاکتوفرین[12] و لاکتوپراکسیداز[13] می­باشد که غلظت و درصد این پروتئین­ها در شیر نسبت مستقیم با نوع آب­پنیر شامل اسیدی با pH پایین تر از 1/5 و بازی با pH بالاتر یا مساوی 6/5، منبع شیر ( گونه­ی حیوان)، زمان سال، نوع خوراک حیوان و مرحله­ی شیردهی دارد (Pintado 2001). فعالیت­های زیستی مختلفی به پروتئین­های آب­پنیر نسبت داده شده است که از بین این فعالیت­ها، خواص ضد میکروبی این پروتئین­ها به میزان زیادی بررسی شده است (Clare وهمکاران 2003). جدول1-2- برخی ویژگی­های پروتئین­های آب­پنیر شیرگاو. 1-3-2- کازئین­ها کازئین­ها فسفو پروتئین­هایی غنی از آمینواسیدهای گلوتامین، لوسین، سرین، لیزین و پرولین می­باشند که80 درصد پروتئین­های شیرگاو را تشکیل می­دهند. کازئین­ها به چهار گروه اصلی آلفا S1، آلفا S2، بتا و کاپا کازئین تقسیم می­شوند. این پروتئین­ها تحت تاثیر تغییرات پس از ترجمه نظیر فسفوریلاسیون و گلیکوزیلاسیون قرار می­گیرند و به صورت امولسیون یا معلق در فاز آبی شیر وجود دارند. این پروتئین­ها ساختارهای کروی به نام میسل کازئینی تشکیل می دهند (Wong 1996، Dalgleish و همکاران 1998). در جدول زیر برخی ویژگی­های کازئین ها مشاهده می­شود. جدول1-3- برخی از ویژگی­های کازئین­های شیرگاو. میسل کازئین دارای اندازه­های متنوعی از 20 تا300 نانومتراست. تشکیل میسل در شیر رابطه­ی مستقیم با غلظت کازئین، دما، pH و مقدار یون­های موجود در شیر از جمله کلسیم دارد (Dekruif و همکاران2003، Leclerc و همکاران 1997). همچنین مطالعات گذشته نشان داده است که یون کلسیم فرایند تشکیل میسل را تسهیل می­کند. یون کلسیم از طریق اتصال به گروهای فسفر باقیمانده­های آمینواسیدهای سرین فسفوریله در بخش­های آبدوست پروتئین باعث تشکیل پل­های کلسیم-­­­ ­­فسفات بین کازئین­ها می­شود که این پدیده به نوبه­ی خود به فرآیند تشکیل میسل کمک می­کند (Rollema و همکاران 1992). نیروهای اصلی پایدار کننده­ی میسل، پیوند­هایهیدروژنی، برهمکنش­های آبگریز و الکتروستاتیک، پیوندهای دی­سولفید و پل­های نمکی (کلسیم، فسفر، منیزیم وسیترات) می باشد. شکل1-3- نمایی از چگونگی تشکیل میسل کازئین شیر( Martin، 1999). در بخش­های داخلی میسل کازئینی اغلب کازئین­های آلفا و بتا و در بخش­های سطحی آن کازئین کاپا دیده می­شود. کازئین­کاپا یک گلایکو­پروتئین با بخش قندی متصل به انتهای C پروتئین است. مطالعات پیشین همچنین نشان داده است که وجود کازئین کاپا و گروه­های کربوهیدرات آن در سطح میسل به پایداری و تعلیق میسل در فاز آبی کمک می­کند به طوری که حذف انتهای C و گروه های کربوهیدراتی به وسیله­ی آنزیم­هایی مانند رنین باعث تخریب ساختار میسل می­شود (Holt وهمکاران 1996و1992، Mc Mahon و همکاران 1998). 1-3-3- کازئین­بتا کازئین­بتا یک فسفو پروتئین با زنجیره­ی پلی­پپتیدی شامل 209 آمینواسید و وزن مولکولی kDa 24 می­باشد. این پروتئین دارای یک انتهایN کوتاه و قطبی و یک انتهای C بلند بدون بار و آبگریز است که به آن خاصیت دوگانه­دوست[14] می­دهد. کازئین­بتا در انتهایN دارای 5 گروه فسفاتی متصل به باقیمانده­های آمینواسیدی سرین می­باشد که بیشترین بار پروتئین را به خود اختصاص می­دهد(Rollema و همکاران 1992). این پروتئین30 تا 36 درصد کازئین های شیرگاو را شامل می­شود. ساختار دوگانه دوست کازئین­بتا نقش مهمی در فعالیت­های زیستی مختلف آن از جمله فعالیت چاپرونی و تشکیل میسل و ایجاد ویژگی­های امولسیونی شیر دارد (Horne و همکاران 2002). کازئین­بتا شیر گاو به طور طبیعی به دو صورت A1 و A2 دیده می­شود. نوع اصلی کازئین بتا A2 است در حالیکهA1 از جهش جایگزینی پرولین­­ 67 با هیستیدین ایجاد شده است(Farrel و همکاران2004، Kaminski و همکاران 2007،Keating و همکاران 2008). شکل 1-4- جهش جایگزینی پرولین67 وتبدیل آن به هیستیدین در کازئین بتاA1 مطالعات پیشین نشان داده است که بین مصرف کازئین بتاA1 و مرگ و میر ناشی از بیماری­های قلبی- عروقی، سختی شریان­های خون و دیابت نوع یک رابطه­ی معنی­داری وجود دارد. همچنین بررسی­ها نشان داده که تغذیه با کازئین­بتاA1 در مقایسه با نوع A2 با افزایش میزان کلسترول خون و تجمع چربی در عروق خونی ارتباط دارد (Mc Lachlan و همکاران 2001، Tailford و همکاران 2003، Beales و همکاران 2002، Elliot و همکاران 1988). همانطور که ذکر شد، هضم ناقص کازئین بتا باعث تولید پپتیدی به نام بتا-کازومورفین[15]7 می­شود که در انتهای خود دارای توالی پپتیدی پرولین-گلایسین-پرولین-ایزولوسین می­باشد. این توالی مشابه توالی پروتئین ناقل گلوکز(GLUT2) در سلول­های بتای پانکراس است. اتصال بتا-کازومرفین7 به GLUT2 در سلول­های پانکراس باعث حمله­ی آنتی­بادی به سلول­های بتای پانکراس و تخریب این سلول­ها و ایجاد دیابت نوع1 می­شود. از طرفی برخی محققان عقیده دارند شباهت ساختار فضایی اپی­توپ[16] کازئین­بتا به برخی از سلول­های پانکراس باعث حمله­ی آنتی­بادی­ها به این سلول­ها و تخریب آن­ها و ایجاد دیابت نوع 1 می­شود (Woodford، 2008). پروتئین­های کازئینی به دلیل دارا بودن درصد بالایی از آمینواسید­های گلوتامین و پرولین (15 درصد) نمی­توانند ساختار دوم پایداری تشکیل دهند. از اینرو این پروتئین­ها متعلق به خانواده پروتئینی هستند که به اختصارIUP[17] خوانده می­شوند و به طور طبیعی فاقد ساختار دوم منظم می­باشند(Farrell و همکاران 2006و2002، Holt و همکاران 1988، Tompa و همکاران 2002). مطالعه به کمک دستگاه دورنگ­نمای دورانی نشان داده است که در ساختار دوم کازئین­بتا10درصد مارپیچ­آلفا و13­درصد صفحات بتا وجود دارد. همچنین توالی­های پپتیدی 28 تا­ 1و 52 تا 31 در محیط آبی ساختار پیچه نامنظم[18] دارند(Rollema وهمکاران1992، Holt وهمکاران 1993). 1-4- فعالیت­های زیستی کازئین­ها 1-4-1- فعالیت چاپرون کازئین­های شیر چاپرون­ها دسته­ای از مولکول­های پروتئینی هستند که از برهمکنش نامناسب سایر مولکول های پروتئینی جلوگیری می­کنند. در نتیجه چاپرون مانع تجمع و رسوب پروتئین­ها در داخل سلول می­شود(Ehrnsperger و همکاران 1997). مولکول­های چاپرون به تاخوردگی صحیح و طبیعی سایر پروتئین­ها کمک می­کنند. خانواده های پروتئینی متفاوتی با فعالیت چاپرونی شناسایی شده­اند. در سلول­های یوکاریوتی مولکول­های چاپرون اغلب در داخل شبکه­ی آندوپلاسمی و سیتوزول یافت می­شود. در سیتوزول بیشترین میزان سنتز و انتقال پروتئین انجام می­شود تا از تاخوردگی صحیح پروتئین­ها اطمینان حاصل شود(Ellis و همکاران 1996، Ruddon و همکاران 1997). تنش­های فیزیولوژیکی مانند گرما و تنش­های اکسایشی بیان مولکول­های چاپرون را 10 تا 20 برابر افزایش می­دهد. همچنین مطالعات گذشته نشان می­دهد که هم توالی کد کننده­ی پروتئین و هم توالی تنظیمی در ژن مولکول­های چاپرونی به شدت حفاظت شده است(Ingolia و همکاران 1980، Hunt و همکاران 1985، Corces و همکاران 1980، Lindsquist و همکاران 1986). مطالعات پیشین نشان می­دهد که کازئین بتا، کازئین کاپا و بخصوص کازئین­های آلفا S1 و آلفا S2 دارای فعالیت چاپرونی هستند (Humphreys و همکاران 1999). کازئین­ها در شیر از تجمع و رسوب پروتئین­های آب پنیر در اثر حرارت جلوگیری می­کنند(Morr و همکاران 1968، Zhang و همکاران 2005، Barzegar و همکاران 2008). حضور گروه­های فسفات نقش مهمی در فعالیت چاپرونی کازئین­ها دارد. حذف این گروه­ها از کازئین­های آلفا و بتا باعث کاهش توانایی آن­ها در جلوگیری از واسرشته شدن، تجمع و رسوب پروتئین­های هدف می شود ( Matsudomi و همکاران 2004، Koudelka و همکاران 2009). 1-4-2- پپتید های فعال زیستی 1-4-2-1- پپتید های فعال زیستی پپتید­هایی که در محیط آزمایشگاهی یا در بدن موجودات زنده به وسیله آنزیم­های آبکافت کننده از هضم ناقص پروتئین­ها ایجاد و دارای عملکرد زیستی یا تاثیر فیزیولوژیک خاص باشند را اصطلاحا پپتیدهای فعال زیستی[19] می­نامند. این پپتید­ها می­توانند از پروتئین­های باکتریایی، گیاهی و یا جانوری بدست آیند. از جمله عملکردهای زیستی این پروتئین­ها می­توان به خاصیت کاهندگی فشار­خون، خاصیت آنتی­اکسیدانی، فعالیت ضد میکروبی، توانایی انتقال مواد معدنی و خاصیت ضد سرطانی آن­ها اشاره کرد (Bruck و همکاران 2002). پپتید­های فعال زیستی زمانی که در ساختار پروتئین قرار دارند ممکن است هیچ نوع فعالیت زیستی از خود نشان ندهند اما پس از آبکافت پروتئین بوسیله پروتئاز­ها و آزاد شدن قطعات پپتیدی خواص زیستی آن­ها آشکار می­شود (Korhonen و همکاران2006). 1-4-2-2- منابع اصلی پپتیدهای فعال زیستی از منابع غنی پپتید­های فعال زیستی می­توان به تخم مرغ، شیر و به میزان کمتر گوشت برخی از حیوانات مانند ماهی و برخی از پروتئین­های گیاهی مانند سویا اشاره کرد (Korhonen و همکاران 2003، Eedmann وهمکاران 2008). 1-4-2-3- برخی از خواص پپتیدهای فعال زیستی 1-4-2-3-1- خاصیت ضد فشار خون فشار خون بالا یک عامل خطرناک برای بیماری­های قلبی-عروقی از جمله بیماری عروق کرونر قلب و سکته­های مغزی محسوب می شود. در بدن انسان سیستمی با نام سیستم رنین- آنژیوتنسین تنظیم فشار خون را بر عهده دارد. آنژیوتنسین-I پروتئینی است که از پیش­سازی با نام آنژیوتنسینوژن[20] در کبد ساخته و به خون رها می­شود. در خون آنزیم رنین[21] این پیش ساز را به آنژیوتنسین-I تبدیل می­کند. آنژیوتنسین-I وارد شش شده و در آنجا بوسیله آنزیم ACE[22] به آنژیوتنسین-II یعنی شکل فعال­تر آن تبدیل می­شود. آنزیم­های آنژیوتنسین-I وII قطر عروق خونی را کاهش می­دهند و بدین ترتیب فشار خون را بالا می­برند. بنابراین هر ترکیبی که بتواند از فعالیت این سیستم یا آنزیم ACE جلوگیری کند به درمان فشار خون کمک می­نماید (Laplaize و همکاران 2003،Jingbo و همکاران 2010، Guan-Hong و همکاران 2005). شکل1-5- نمایی از سیستم رنین- آنژیوتنسین به عنوان سیستم مهم تنظیم کننده فشار خون. مطالعات پیشین نشان می­دهد برخی از پپتیدهای حاصل از آبکافت آنزیمی پروتئین­های شیر از جمله کازئین­ها و پروتئین­های آب پنیردارای خاصیت مهار آنزیم ACE می­باشند. به عنوان مثال پپتیدهای مشتق شده از کازئین­های شیر گاو با نام کازوکینین[23] که شامل توالی­های 21 تا 23، 23 تا 34 و 194تا 199 ازکازئین آلفا S1، توالی 177 تا 183 کازئین­بتا دارای خاصیت مهار آنزیم ACE است (Maruyama وهمکاران 1982-1985). برخی از پپتیدهای حاصل از پروتئین­های آب پنیر نیز مهار کننده­ی آنزیم ACE می­باشند. به عنوان مثال توالی پپتیدی 142 تا 148 بتا لاکتوگلوبولین مهار کننده­ی قوی آنزیم ACE در محیط آزمایشگاهی می­باشد (Laplaize و همکاران 2003). مطالعات زیادی بر روی رابطه­ی بین ساختار و فعالیت مهار آنزیم ACE پپتید­های مهار کننده­ی این آنزیم انجام شده است. این مطالعات نشان می­دهد که انتهای C این پپتیدها نقش مهمی در اتصال آن­ها به آنزیم ACE دارد. همچنین این بررسی­ها نشان می­دهد که پپتیدهای که در انتهای C خود دارای آمینواسیدهای آبگریز مانند تریپتوفان، تیروزین، فنیل­آلانین و پرولین هستند توانایی بالایی در مهار آنزیم ACE از خود نشان می­دهند (Cheung و همکاران 1984). 1-4-2-3-2- فعالیت آنتی اکسیدانی مطالعات پیشین نشان می­دهد بسیاری از بیماری­ها ازجمله آلزایمر، دیابت، سختی شریان­های خون، ورم مفاصل و سرطان رابطه­ی معنی داری با میزان استرس­های اکسایشی، حضور رادیکال های آزاد[24] و گونه­های فعال اکسیژنی[25] دارد. این ترکیبات که می­تواند از محیط خارج وارد بدن فرد شود و یا نتیجه­ی فرآیندهای متابولیکی داخل سلول باشد با آسیب رساندن به بخش­های مختلف سلول مانند چربی­های موجود در غشای سلول، پروتئین­ها و DNA سلول باعث اختلال در عملکرد آن می­شود و می­تواند سلول را به سمت مرگ برنامه­ریزی شده سلولی[26] و یا سرطانی[27] شدن ببرد. امروزه در بسیاری از صنایع از جمله در صنایع غذایی، صنایع آرایشی و دارویی از ترکیبات آنتی­اکسیدان مصنوعی برای جلوگیری از اکسایش مواد سازنده استفاده می­شود که خود این ترکیبات مصنوعی عوارض جانبی مختلفی را ایجاد می­کنند. بنابراین جایگزینی این ترکیبات با آنتی­اکسیدان­های طبیعی بسیار حائز اهمیت است (Abuja و همکاران 2001، Liu و همکاران 2003، Okada و همکاران 1998، Collins و همکاران 2005). بررسی­ها نشان می­دهد که پپتید­های مشتق شده از کازئین آلفا دارای توانایی مهار رادیکال های آزاد و جلوگیری از پراکسیداسیون آنزیمی و غیرآنزیمی لیپید­ها می­باشند(Rival و همکاران 2001). 1-5- مشکلات ناشی از مصرف شیر در افراد 1-5-1- عدم تحمل لاکتوز عدم تحمل لاکتوز نتیجه­ی ناتوانی در هضم قند شیر اغلب به علت کمبود یا نبود آنزیم لاکتاز[28] روده­ای می­باشد که با علائمی همچون نفخ، دردهای شکمی، اسهال و استفراغ همراه است. آنزیم لاکتاز روده­ای قند دی­ساکارید شیر را به دو قند ساده گلوکز و گالاکتوز تبدیل می­کند که این مونوساکارید­ها بوسیله سلولهای روده قابل جذب هستند(Cuatrecasas و همکاران 1965، Huang و همکاران 1968). کمبود آنزیم لاکتاز اغلب به دو صورت در افراد بروز می­کند: 1- آنزیم یا به صورت جزئی و یا به طور مطلق در افراد تولید نمی­شود و کمبود آنزیم لاکتاز به صورت مادر زادی بسیار نادر است. 2- در مواردی نیزآسیب به مخاط روده­ی کوچک باعث کاهش میزان این آنزیم و در نتیجه اشکال در هضم لاکتوز شیر می­شود. توصیه­های درمانی که برای افراد مبتلا به عدم تحمل لاکتوز وجود دارد، معمولا استفاده نکردن از فراورده­های لبنی یا کاهش مصرف این فراورده­ها است. همچنین استفاده از فرآورده های لبنی که لاکتوز آنها بطور کامل حذف شده است راه حلی است که به وسیله­ی زیست- فناوری[29] ارائه شده است. همچنین افزودن آنزیم لاکتاز به شیر می­تواند با شکستن لاکتوز به گلوکز و گالاکتوز از ایجاد عوارض ناشی از عدم هضم لاکتوز در افرادی که قادر به هضم این دی ساکارید نیستند جلوگیری کند. 1-5-2- آلرژی به پروتئین های شیر بین2 تا 7درصد کودکان به شیر گاو آلرژی[30] نشان می­دهند که 60 تا70درصد آن­ها در سال دوم زندگی و 84 تا 87 درصد آن­ها در سال سوم بهبود می­یابند. در آلرژی به شیر گاو سیستم ایمنی دخالت دارد و از اینرو با عارضه­ی عدم ­تحمل لاکتوز متفاوت است (Caffarelli و همکاران 2010). آنتی­ژن[31] مولکولی است که اغلب سیستم ایمنی را وادار به پاسخ گویی اختصاصی با استفاده از آنتی­بادی می­کند. بخشی از مولکول آنتی­ژن که بوسیله مولکول آنتی­­بادی شناسایی و به آن متصل می­شود اصطلاحا اپی­توپ[32] نام دارد که در مورد پروتئین­ها می­تواند به دو صورت اپی توپ خطی[33] (توالی آمینو اسیدی) و اپی­توپ ساختار فضایی[34] (ساختار سوم پروتئین ) باشد شکل1-6- نمایی از انواع اپی­توپ­های خطی و فضایی پروتئینی. پاسخ سیستم ایمنی به پروتئین­های شیر به عنوان آنتی­ژن بر اساس میزان حساسیت فرد می­تواند از انواع بسیار خفیف تا شوک آنافیلاکسی و مرگ متفاوت باشد. معمولا آلرژی به شیر گاو سه دستگاه گوارش، تنفس و پوست را درگیر می­کند (Baehler و همکاران 1996، Salvatore و همکاران 2002، Host و همکاران1994، Heine و همکاران2002). شکل1-7- علائم حساسیت به شیرگاو. به علت طیف وسیع علائم تشخیص، آلرژی به شیر در کودکان یکی از چالش­های پزشکی محسوب می­شود. در صورتی که آلرژی کودک به شیر ثابت شود کودک و مادر هر دو از مصرف شیر و فراورده های لبنی منع می­شوند که این خود می­تواند باعث کمبود انواع ویتامین و مواد معدنی در زمان رشد کودک شود و او را به انواع بیماری­ها از جمله راشیتیسم مستعد می­کند. یکی از روش­هایی که به وسیله آن می­توان میزان حساسیت[35] به شیر را در نوزادان کاهش داد، آبکافت[36] ناقص پروتئین­های شیر می­باشد. امروزه انواع مختلفی از این نوع شیرها در بازار برای مصرف وجود دارد. البته این روش نیز به طور کامل موثر نیست و بهترین راه برای جلوگیری از خطرات ناشی از مصرف شیر در کودکان عدم مصرف شیر توسط مادر و کودک محسوب می شود (Jarvinen و همکاران 1999، Terheggen-Lagro و همکاران 2002، Sampson و همکاران1991). 1-5-2-1- معرفی انواع آزمون­های رایج جهت مطالعه­ی فرآیند آلرژی برای تشخیص آلرژی یا آزمون­های پوستی و یا از خون فرد بیمار استفاده می­شود (Garcia-Ara و همکاران 2001، Canani و همکاران 2007). در آزمون پوستی قسمتی از پوست بیمار پس از خراش پوستی با یک وسیله­ی نوک تیز مقداری از آنتی­ژن با آن ناحیه تماس داده می شود و از روی قطر ناحیه التهاب و اندازه تاول میزان حساسیت فرد سنجیده می­شود (Yuen و همکاران 2007). شکل1-8- آزمون خراش پوستی برای تعیین میزان حساسیت فرد به ماده­ی آلرژی زا. در آزمون­های خونی که بسیار اختصاصی تر از آزمون پوستی است نمونه سرم خون بیمار که دارای آنتی­بادی علیه آلرژن خاص می­باشد استفاده می­شود. معمولا از روش الایزا[37] برای انجام آزمون­های خون استفاده می­شود که می­تواند به صورت رنگ­سنجی یا اندازه­گیری نشر فلورسانس[38] و لومینسانس[39] انجام شود. 1-5-2-2- آزمون الایزا از این روش می­توان برای تشخیص یک آنتی­بادی اختصاصی که بر علیه یک آلرژن خاص ترشح شده استفاده کرد. آزمون الایزا به روش­های مستقیم[40]، غیرمستقیم[41]، ساندویچی[42] و رقابتی[43] انجام می­گیرد که در زیر روش غیرمستقیم که در این پژوهش استفاده شد، شرح داده شده است. در روش الایزای غیرمستقیم، ماده­ی آلرژن به چاهک­های پلیت 96 خانه ایی الایزا اضافه می­شود. سپس پلیت در یک مدت زمان خاص (معمولا به صورت یک شبانه روز در 4 درجه­ی سانتی­گراد) انکوبه می­شود. پس از پایان مدت زمان انکوبه پلیت را با بافر شستشو (بافر فسفات سالین حاوی تووین)، 3 مرتبه شستشو می­دهند تا آلرژن­هایی که به آنتی­بادی متصل نشده از چاهک خارج شود. در مرحله­ی بعد سرم بیمار به چاهک­ها افزوده می­شود و پلیت مجددا به صورت یک شبانه روز در دمای 4 درجه­ی سانتی­گراد انکوبه می­گردد. پس از پایان مدت زمان انکوبه و شستشوی پلیت، آنتی­بادی ثانویه که به یک آنزیم (معمولا پراکسیداز یا آلکالین فسفاتاز) متصل است به چاهک­ها اضافه شده و پلیت به مدت 2 ساعت در دمای 37 درجه­ی سانتی­گراد در بن ماری انکوبه می­گردد. در مرحله­ی بعد، سوبسترای آنزیم به چاهک­ها اضافه و پلیت به مدت 15 دقیقه در دمای 37 درجه­ی سانتی­گراد انکوبه می­شود. در نهایت محلول متوقف کننده­ی واکنش به چاهک­ها اضافه شده و میزان جذب یا نشر در یک طول­موج خاص خوانده می­شود. 1-6- قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین­ها قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین­ها اولین بار در سال 1912 به وسیله­ی میلارد شرح داده شد. در این واکنش گروه کربونیل قند احیا کننده با گروه­های آمین آزاد آمینواسید­های پروتئین از جمله اپسیلون آمینواسید لیزین، آمینواسیدهای آرژنین و هیستیدن و آمین آلفای انتهای N پروتئین واکنش می­دهد. واکنش میلارد طی 3 مرحله انجام می­شود: مرحله­ی اول: حمله­ی نوکلئوفیلی گروه آمین آزاد پروتئین به گروه کربونیل قند و تولید حدواسط­های ناپایداری به نام بازشیف است که طی یک مرحله نوآرایی ساختاری، گلوسیتول و کتوآمین (محصول آمادوری) را تولید می­کنند. مرحله­ی دوم: شامل تبدیل محصولات آمادوری از طریق واکنش­های اکسایش-کاهش به ترکیبات کربونیلی بسیار واکنش پذیر می­باشد. مرحله­ی سوم: واکنش ترکیبات کربونیلی با زنجیره­های جانبی نوکلئوفیلی آمینواسید­های همان پروتئین یا پروتئین­های مجاور و ایجاد ترکیبات بسیار سمی پایدار به نام محصولات پیشرفته­ی واکنش میلارد[44] (AGE) است (Lapolla و همکاران 2005، Miura و همکاران 2003). حضور ترکیبات احیا­کننده در محیط می­تواند سرعت تولید ترکیبات حدواسط بازشیف را افزایش داده و به طور انتخابی مسیر واکنش را به سمت تولید گلوسیتول پیش ببرد و محصولات کتوآمین (آمادوری) کمتری نسبت به شرایط غیر­احیایی تولید شود (Watkins و همکاران 1985). مطالعات پیشین نشان می­دهد قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین­ها با تغییرات ساختاری و عملکردی پروتئین همراه است. از آنجایی که بسیاری از این تغییرات با بیماری­های مختلف از جمله آلزایمر، پارکینسون، سرطان و بیماری­های قلبی-عروقی در ارتباط هستند و همچنین تغییرات ساختاری پروتئین­های مواد غذایی باعث تغییر رنگ، طعم، بو و مزه­ی این مواد می­شود، بررسی فرآیند قندی شدن غیرآنزیمی از اهمیت زیادی برخوردار است. مطالعات فراوانی روی فرآیند قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین­های مختلف از جمله پروتئین­های شیر انجام شده است. شیر به عنوان یک ماده­ی غذایی غنی از پروتئین، کربوهیدرات و ترکیبات احیا کننده­ایی مانند ویتامین­های E و C محیط مناسبی را برای قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین­ها در شرایط احیایی فراهم می­کند. مطالعات پیشین نشان می­دهد فرآیند قندی شدن غیرآنزیمی پروتئین های شیر بر روی خواص مختلف این پروتئین­ها از جمله خواص فیزیکی، شیمیایی، بیوشیمیایی و عملکردهای زیستی آن­ها تاثر قابل توجهی دارد. به عنوان مثال Lee در سال 1979نشان داد قندی شدن غیرآنزیمی کازئین­های شیرگاو با کاهش ارزش تغذیه­ایی و قابلیت هضم این پروتئین­ها همراه است. همچنین Sun در سال 2005 نشان داد قندی شدن غیرآنزیمی آلفا-لاکتالبومین شیرگاو باعث افزایش توان مهار رادیکال­های آزاد و خاصیت آنتی­اکسیدانی این پروتئین می­شود. [1]Colostrum [2] Beta-lactoglobulin [3]Triacylglycerol [4]Diacylglycerol [5]Lactose [6]α-Lactalbumin [7]Serum Albumin [8]Immunoglobulins [9]Alpha- helix [10]Hydrophobic [11]Hydrophilic [12]Lactoferrin [13]Lactoperoxidas [14]Amphiphilic [15]Beta-casomorphin7 [16]Epitope [17]IUP: Intrinsically unstructured proteins [18]Randum co [19]Bioactive peptides [20]Angiotensinogen [21]Renin [22]Angiotensin Converting Enzyme [23] Kasokinin [24]Free radicals [25]Reactive oxygen [26]Apoptosis [27]Cancer [28]Lactase [29]Biotechnology [30]Allergy [31]Antigen [32]Epitope [33]Sequential epitope [34]Conformational epitope [35]Reflex [36]Hydrolyses [37]ELIZA: Enzyme-linked immunosorbent assay [38]Fluorescence [39]Luminescence [40]Direct ELISA [41]Indirect ELISA [42]Sandwich ELISA [43]Competitive ELISA [44] Advanced glycation end products (AGEs) دریافت فایل مطالعه ی ساختار، فعالیت چاپرونی و آلرژی زایی کازئین بتای قندی و غیرقندی...

دانلود حل تمرین شیمی معدنی شرایور ویرایش ششم

دانلود حل تمرین شیمی معدنی شرایور ویرایش ششم دانلود حل تمرین شیمی معدنی شرایور ویرایش ششم حل المسائل شیمی معدنی شرایور نویسنده: Alen Hadzovic تاریخ انتشار: ۲۰۱۴ ویرایش: ششم فرمت: PDF تعداد صفحات: ۳۰۰ دریافت فایل دانلود حل تمرین شیمی معدنی شرایور ویرایش ششم

اقدام پژوهی معلم پایه چهارم ابتدایی چگونه توانستم ضعف املا دربعضی از دانش آموزانم رابرطرف کنم؟

اقدام پژوهی معلم پایه چهارم ابتدایی چگونه توانستم ضعف املا دربعضی از دانش آموزانم رابرطرف کنم؟ اقدام پژوهی معلم پایه چهارم ابتدایی چگونه توانستم ضعف املا دربعضی از دانش آموزانم رابرطرف کنم؟در قالب ورد و قابل ویرایش در 28صفحه بهترین نمونه در فضای مجازی بیان مسأله از آنجایی که دیکته یکی از مهمترین مواد درسی دانش آموزان محسوب می شود. که آن نیز به علت مهم بودن مهارت های نوشتاری است، شاید بتوان دلیل این امر را در عینی بودن مهارتهای نوشتاری دانست که امکان تحلیل مشکلات کودک را فراهم می سازد. با توجه به اهمیت موضوع سعی کردم دقت و تعمق بیشتری در درس املاء دانش آموزان داشته باشم. بنابراین مشکل این دانش آموز فکرم را خیلی مشغول کرده است. از آنجایی که وظیفه شغلیم ایجاب می کرد سعی کردم برای حل این مشکل راه حلهایی پیدا کنم تا شاید بتوان با به کار گرفتن این شیوه ها به کودکانی که به علت ضعف در دیکته به آنها برچسب کم ذهنی ، تنبلی ، حواس پرتی ، عقب مانده زده می شود کمک کرد. املاء کلمه ای عربی و دارای معانی گوناگون از قبیل :پر کردن ،بر سر جمع سخن گفتن و تقریر است . دیکته کلمه ای است فرانسوی به معنای مطلبی که کسی املاء کند و دیگری بنویسد. واژه ی دیکتاتورهم فرانسوی از همین کلمه است و به معنا ی فرما نروایی است که با قدرت و زور حکومت افکار و عقاید خود را بر جامعه تحمیل کند .منظور از اضطراب هیجان نا خوشایندی است که با اصطلا حاتی مانند «نگرانی »،« دلشوره»،« وحشت»و«ترس» بیان می شود . اضطراب سبب به هم ریختن تعادل موجود می گرددو چون فرد دائما به منظور برقراری تعادل کوشش می کند ، می توان گفت اضطرب یک محرک بسیار قوی است که امکان دارد گاهی مفید و زمانی مضر باشد و این بستگی به درجه «ترس» ومقدار «خطری » دارد که متوجه فرد است اضطراب تنها زمانی نا بهنجار محسوب می شود که در برابر موقعیتهایی رخ دهد که اکثر مردم به راحتی آنها را حل و فصل می کنند. توصیف وضعیت موجود: اینجانب ............ مدت .............. سال است که در آموزش و پرورش در حال تدریس می باشم و هم اکنون نیز در آموزشگاه ..................شهرستان ...... مشغول تدریس در پایه .... هستم. خوب نوشتن و صحیح نوشتن یک توانایی ایست که ما به عنوان معلمان شکوفا کردن این توانایی ها را عهده دار هستیم.در ماه مهر وقتی درس را تدریس می کردم و با دانش آموزان در کلاس املا کار می کردم تمام سعی من بر این بود تا دانش آموزانم مشکلی در نوشتن نداشته باشند. زیرا هر معلّمی آرزو دارد که دانش آموزانش درس های او را بهتر و آسان تر یاد بگیرند و گفته هایش در اعماق وجود دانش آموزان نفوذ کند.در این بین تعداد یا زدانش آموزان در صدا کشی کلمات ئ نوشتن املا سطح با دانش آموزان دیگر نبودند با تشویق وراهنمایی به درس های کلاس توجّه نمی کردند . اضطرا ب فراوانی در نوشتن املا داشتند .برای انجام فعالیت های نوشتنی از خود علاقه ای نشان نمی داد ندو زود خسته می شدند. درکلاس آرام و قرار نداشتند بنابراین باخود اندیشیدم چگونه می توانم آنها به درس املاء علاقه مند سازم و مهارت املا را در آنها تقویت کنم؟... فهرست منابع: 1- بنی اسدی ، حسین (1384) ، آشنایی با طرح ارزشیابی توصیفی ؛ تهران : آزمون نوین. 2- تبریزی ، مصطفی (1384) ، درمان اختلالات دیکته نویسی ؛ تهران : انتشارات فراروان ، چاپ دهم. 3- تبریزی ، مصطفی (1380) ، درمان اختلالات ریاضی ؛ تهران : انتشارات فراروان ، چاپ پنجم. 4- حاجی اسحاق ، سهیلا ، (1382) ، آموزش راههای یادگیری (الگوی یادسپاری) ؛ همدان : انتشارات میهن نو. 5-حبیب الله پور ، منیژه و محمدی رودباری ، فرشته (1381) ، برگزیده های پژوهشی در عمل ، کارشناسی تحقیقات سازمان آ. پ مازندران ، چاپخانه نیما. 6- کرک ، ساموئل ، چالفانت ، جمیز (1377) ، ناتوانیهای یادگیری تحولی و تحصیلی ، (ترجمه: رونقی ، سیمین و همکاران) ، انتشارات آموزش و پرورش استثنایی ، چاپ اول. 7- مردادی، رضا ... [و دیگران] ( 1387)، فرهنگ واژه ها و اصطلاحات در تعلیم و تربیت؛ اصفهان: نشر آموخته، چاپ اول.   اقدام پژوهی معلم پایه چهارم ابتدایی چگونه توانستم ضعف املا دربعضی از دانش آموزانم رابرطرف کنم؟در قالب ورد و قابل ویرایش در 28صفحه بهترین نمونه در فضای مجازی در این قسمت خرید و دانلود کنید.   دریافت فایل اقدام پژوهی معلم پایه چهارم ابتدایی چگونه توانستم ضعف املا دربعضی از دانش آموزانم رابرطرف کنم؟

مطالعه ی باکتری های بی هوازی هالوفیل احیا کننده نیترات مولد بیوسورفکتانت از نفت خام ایران...

مطالعه ی باکتری های بی هوازی هالوفیل احیا کننده نیترات مولد بیوسورفکتانت از نفت خام ایران... چکیده مبحث حضور باکتریها در اعماق زمین در اوایل قرن 21 مطرح شد. یکی از اولین تحقیقاتی که در مورد میکروبیولوژی اعماق زمین انجام شد منتج به جداسازی باکتریهای احیا کنندة سولفات از چاه نفت شد. باکتری های احیا کننده سولفات، اصلی ترین باکتریهایی هستند که باعث ترش و اسیدی شدن نفت شده و در نتیجه افت کیفیت نفت خام را به بار خواهند آورد. رقابت بین SRBها و باکتریهای بیهوازی احیا کننده نیترات برای کسب سوبسترای هیدروکربنی امروزه به عنوان یکی از راه­حلهای بالقوه بیوتکنولوژیک در جهت ارتقا کیفیت API نفت خام مطرح می­شود. لذا تحقیق در مورد یافتن NRBهای بومی نفت خام هر منطقه جغرافیایی تبدیل به یکی از موضوعات مورد توجه دانشمندان صنعت نفت در دهه اخیر شده است.از مهمترین ویژگیهای یک باکتری مفید در بیوتکنولوژی نفت توانایی تحمل شرایط فیزیکو شیمیایی دشوار مخزنی و تولید بیو سورفکتانت جهت افزایش دسترسی میکروبی می­باشد. لذا در این تحقیق باکتریهای بی­هوازی هالوفیل،احیاکننده نیترات و مولد بیوسورفکتانت بومی نفت خام ایران بررسی شدند.نمونه نفتهایی از برخی مخازن ایران با هدف بررسی حضور باکتریهای احیاکننده نیترات بومی مورد مطالعه قرار گرفت. تمامی کشتها به روش Hungate در ویالهای crimped seal شده و تنظیم اتمسفر بی هوازی، تحت شرایط کاملا بی هوازی در دمای 40درجه سانتیگرادصورت گرفت.در تمامی مراحل هالوفیل بودن باکتریهای جدا شده با افزودن NaClبه محیطهای کشت لحاظ شد. از محیط نوترینت براث و BSMفاقد منبع گوگردکه حاوی نفت خام استریل به عنوان تنها منبع کربن و انرژی بود، به منظور حذف SRBرقیب و غنی سازی اولیه استفاده شد. در مرحله بعد، نیترات براث برای جداسازی و خالص سازی باکتریهای هدف مورد استفاده قرار گرفت، سپس در محیط MSMتجدید کشت شد. جهت بررسی توانایی NRBهای بومی جداشده در تولید بیوسورفکتانت از محیط کشت Blood Agar ، BHIو تکنیک پخش شدن نفت بکار برده شد. در نهایت برای حصول اطمینان از اینکه باکتریهای بی هوازی جدا شده از نفت خام قطعا از ازت نفت خام برای تامین نیاز خود استفاده میکنند، تست احیای نیترات و تست NCH که جهت بررسی کاهش ازت بود، انجام گرفت.نتایج حاصل نشان داد که نفت خام ایران دارای NRB های به شدت بی هوازی هستند که علاوه بر احیا نیترات و رقابت با SRBها، می­توانند از آن به عنوان تنها منبع کربن استفاده نمایند. این باکتریها با توانایی تحمل شوری، دما و نیز تولید بیو سورفکتانت میتوانند از کاربردی ترین باکتریها در صنعت نفت در فرایندهایی مثل ارتقائ کیفیت نفت به روش بیولوژیک، کاهش آلودگیهای محیطی و یا ازدیاد برداشت میکروبی نفت (MEOR) در شرایط بیهوازی باشند، که پیشنهاد می شود کاربرد آنها در کاهش ترشی و اسیدیته نفت خام نیز بررسی شود. فهرست مطالب فصل اول کلیات 1-1 مقدمه 2 2-1 پیدایش نفت 4 1-2-1 نظریه منشأ معدنی 4 1-2-1 نظریه منشأ آلی 4 1-3 نفت خام 5 1-4 انواع نفت خام 5 1-5 خام برنت 6 1-6 نفت خام مارس 6 1-7 نفت خام میناس 6 1-8 نفت خام موربان 7 1-9 نفت خام تاپیس 7 1-10 اجزای نفت خام 7 1-11 خواص نفت خام 9 1-11 -1 خواص فیزیکی نفت خام 9 1-11-2 شیمیایی نفت خام 10 1-12 باکتری های بی هوازی 10 1-13 دسته بندی باکتری های بی هوازی 11 1-13-1 باکتری های بی هوازی احیاکننده نیترات 11 1-14 اندامگان بی هوازی 11 1-15 متابولیسم بی هوازی 12 1-16 بیوسورفکتانت 13 1-17 تعریف بیوسورفکتانت ها 13 1-18 بیوسورفکتانت ها از نظر وزن مولکولی 13 1-18-1 بیوسورفکتانت های با وزن مولکولی پایین 13 1-18-2 بیوسورفکتانت های با وزن مولکولی بالا 14 1-19 تولید بیوسورفکتانت ها 14 1-20 اثر فاکتورهای مختلف بر تولید بیوسورفکتانت ........................................................14 1-20-1 اثر منبع کربن بر تولید بیوسورفکتانت ..................................................................15 1-20-2 اثر منبع نیتروژن بر تولید بیوسورفکتانت .............................................................. 15 1-20-3 اثر فاکتورهای محیطی بر تولید بیوسورفکتانت .................................................... 15 1-21 تقسیم بندی بیوسورفکتانت ها ................................................................................. 16 1-22 انواع بیوسورفکتانت ................................................................................................... 16 1-23 مزیت های استفاده از بیوسورفکتانت ......................................................................... 17 1-24 مزیت بیوسورفکتانت ها به سورفکتانت های شیمیایی .............................................. 18 1-25 کاربردهای بیوسورفکتانت ها ..................................................................................... 19 1-25-1 کاربردهای بیوسورفکتانت ها در صنعت نفت ....................................................... 19 1-25-2 کاربردهای بیوسورفکتانت ها در صنایع غذایی .................................................... 20 1-26 نقش های طبیعی و فیزیولوژیکی بیوسورفکتانت ها .................................................. 20 1-27 افزایش سطح تماس ناحیه هیدروفوبی سوبستراها ..................................................... 20 1-28 هالوفیل ها .................................................................................................................... 20 1-29 اهداف تحقیق ............................................................................................................. 21 1-30 سوالات تحقیق ........................................................................................................... 22 1-31 فرضیه های تحقیق ...................................................................................................... 22 فصل دوم پیشینه پژوهش 2-1 بیوتکنولوژی و اهمیت بیوتکنولوژی نفت .................................................................. 24 2-2 بیوتکنولوژی در خدمت صنعت و نفت ....................................................................... 24 2-3 استخراج نفت ............................................................................................................... 26 2-4 حفر چاه ........................................................................................................................ 27 2-5 روش های استخراج نفت ............................................................................................ 27 2-6 مزایای بیوسورفکتانت ها در استخراج نفت ثالثیه ...................................................... 31 2-7 پیشینه تحقیق ................................................................................................................ 32 فصل سوم روش کار 3-1 دستگاههای مورد استفاده ............................................................................................ 39 3-2 وسایل مورد نیاز ........................................................................................................... 39 3-3 مواد مورد استفاده ........................................................................................................ 40 3-4 مراحل انجام آزمایش .................................................................................................. 40 3-4-1 نمونه برداری ........................................................................................................... 41 3-4-2 غربالگری و غنی سازی بی هوازی باکتری های نفتی .......................................... 41 3-4-3روش تهیه لام ........................................................................................................... 43 3-4-4 رنگ آمیزی گرم .................................................................................................... 43 3-4-5 رنگ آمیزی منفی ................................................................................................... 44 3-4-6 شناسایی و تخلیص ................................................................................................. 44 3-4-7 تست احیای نیترات ............................................................................................... 46 3-4-8 تست CHNS......................................................................................................... 46 3-4-9 آزمایش های وجود بیوسورفکتانت در نمونه های آزمایش شده ......................... 48 فصل چهارم نتایج 4-1 مشاهده میکروسکوپی .................................................................................................... 54 4-2 نتایج مرحله شناسایی و تخلیص ................................................................................... 54 4-3 نتایج تست احیای نیترات .............................................................................................. 54 4-4 نتایج تست CHNS..................................................................................................... 55 4-5 نتایج آزمایش های وجود بیوسورفکتانت در نمونه های آزمایش شده .........................57 فصل پنجم بحث و نتیجه گیری 5-1 مقدمه ............................................................................................................................ 59 5-2 بحث ............................................................................................................................ 61 5-3 نتیجه گیری .................................................................................................................. 63 5-4 پیشنهادات ..................................................................................................................... 64 پیوست الف .......................................................................................................................... 65 منابع فارسی ........................................................................................................................... 66 منابع لاتین ............................................................................................................................. 66 فهرست جداول 4-1 نمونه شاهد برای تست CHNS................................................................................... 55 4-2 نتایج بدست آمده از نمونه محیط کشت MSMبرای تست CHNS...................... 56 فصل اول کلیات 1-1مقدمه نفت که در زبان انگلیسی Petroleumنامیده میشود، از دو کلمهPetra و Oleumکه در زبان یونانی به معنی سنگ روغن و یک نوع روغن میباشد، تشکیل شده است که در زبان فارسی معادل مناسبی ندارد. نفت و سایر مواد سوختنی هیدروکربنی به صورتی که ما امروزه آن را میشناسیم، در مخازنی در اعماق زمین وجود دارند. نفت به عنوان یک منبع انرژی در جهان محسوب می شود و با وجود منابع انرژی دیگر هنوز هم منبع انرژی غالب و در دسترس و قابل اطمینان جایگزین آن نشده است(9). پترولیوم می تواند به صورت فازهای مختلف، از جمله فاز گازی نظیر گاز طبیعی (Natural Gas )، فاز مایع نظیر نفت خام ( Crude Oil ) و فاز جامد مثل قیر ( Asphaltene ) در خلل و فرج و شکستگی های سنگ تجمع می یابد. مهمترین منبع هیدروکربن ها، نفت خام است. نفت خام شامل مقدار کمی ترکیبات آلی اکسیژن دار، نیتروژن دار و گوگردی و نیز فلزاتی است که به طور شیمیایی به مولکول های آلی متصلند. انباشته شدن مواد هیدروکربنی در زیر سطح زمین در سنگ هایی صورت می گیرد که توانایی نگه داری و انتقال سیالات را داشته باشند.معمولا نفت خام زیر پوششی از سنگ های غیر قابل نفوذ در محفظه های سنگ های متخلخل به نام مخازن یا (rReservoi) که منحصرا در حوضچه های رسوبی قرار دارند، محبوس است (10). تجمع مواد هیدروکربنی به صورت اقتصادی در سنگ مخزن منوط به وجود عوامل متعددی است.به طور کلی وجود پنج عامل برای تجمع اقتصادی نفت و گاز لازم و ضروری است، این پنج عامل عبارتند از : 1-سنگ منشأ بالغ (Mature Source Rock) که تولید هیدروکربن کرده باشد. 2-سنگ مخزن ( Resevoir Rock) که بتواند هیدروکربن را در داخل خود جای دهد. 3-مهاجرت هیدروکربن بین سنگ منشأ و سنگ مخزن ( Migration Pathway) عملی باشد. 4-پوش سنگ (Cap Rock ) از خروج نفت از داخل سنگ مخزن جلوگیری می کند. 5-تله نفتی ( Oil Trap) که در آن نفت به صورت تراوش های سطحی شناخته شده و مورد استفاده بوده اند(9). شکل 1-1 عنصرهای سیستم نفت اکتشافات نفت یک دانش بسیار قدیمی و کاربردی است که با جمع آوری قیر از تراوش های طبیعی سطحی به قلمرو علم وارد شد. در آن زمان ها از نفت برای مقاصد پزشکی، گرمایی و همچنین مصارف عایق کاری استفاده می شد. این مواد در ابتدای کشف به صورت منبع بسیار مهم انرژی تلقی شدند، لیکن با پیشرفت علم و تکنولوژی مدرن، خواص دیگر آنها نیز مورد توجه قرار گرفت و شاید امروز بتوان گفت که ارزش مشتقات پتروشیمی بسیار حایز اهمیت میباشند، زیرا منابع سوختی دیگری وجود دارند که از آنها به عنوان منبع انرژی می توان استفاده نمود،حال آنکه نفت میزان محدودی داشته و چنانچه به اتمام برسد، تهیه مشتقات مهم آن نیز منتفی خواهد شد. لذا تولید صحیح و برنامه ریزی های دقیق در صنعت، نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند و با مرور زمان به صورت رکن اساسی این صنعت تلقی می گردند (9). 1-2 پیدایش نفت در مورد منشأ و پیدایش نفت نظریه های مختلفی وجود دارد که عبارتند از : 1-2-1 نظریه منشأ معدنی نظریه معدنی نفت که در ابتدای قرن بیستم به وسیله اکثر شیمی دان ها و زمین شناسان مورد قبول واقع شده بود در حال حاضر فقط جنبه تاریخی دارد. در 1901، Sanderens, Sabatier, استیلن را دمای 200-300 درجه سانتی گراد در حضور کاتالیزورهای نیکل و آهن احیاء شده، هیدروژن دار کردند و میزان زیادی از هیدروکربن های موجود در نفت خام به دست آوردند. با آنکه نظریه معدنی بودن منشأ نفت در ابتدا به سهولت پذیرفته شده بود طولی نکشید که با ایرادهای زیادی مواجه گشت که منجر به کنار گذاشتن آن شد. 1-2-2 نظریه منشأ آلی نفت امروزه می توان گفت که نظریه منشاء آلی برای نفت خام نسبت به هر نظریه دیگری قابل قبول تر است. نفت خام معمولا در لایه های رسوبی یافت می شود و همواره مقدار زیادی مواد آلی در این لایه ها وجود دارند. بقایای این مواد اعم از گیاهی و یا حیوانی محتوی مقدار زیادی کربن و هیدروژن هستند که سازنده اصلی نفت خام می باشند. به نظر می رسد موجودات بسیار کوچک و بی شماری که در دریاها، دریاچه ها و مرداب ها زندگی می کنند و پلانکتون نامیده می شوند، منشاء مواد آلی مولد نفت باشند. توزیع پلانکتون ها در سطح دریاها یکنواخت نیست. این موجودات در قسمت بالای آب دریاها ( عمق 50 تا 100 متری ) که اشعه خورشید نفوذ می کند و نیز در مجاورت سواحل متمرکزاند. تولید مثل این موجودات بسیار زیاد است و پس از نابودی در کف دریاهارسوب کرده، قسمت اعظم مواد آلی را تشکیل می دهند که بعدا با رسوب های مختلف مخلوط می شوند، همچنین آب رودخانه هایی که به دریا می ریزند حاوی مقداری مواد هیومیک است که ترکیباتشان نزدیک به هیدروکربن می باشد (11). 1-3 نفت خام نفت خام یا پترولیوم نوعی سیال است که به صورت مجموعه ای از هیدروکربن های مختلف، به اشکال مایع و یا گاز در مخازن زیر زمینی وجود دارد. پترولیوم در شیمی و زمین شناسی، اصطلاحا به ترکیبا ت هیدروکربنی اتلاق می شود که توسط چاههای نفت از داخل زمین استخراج می شوند. تصویر اصلی پترولیوم در داخل مخازن به صورت گاز است که به نام گاز طبیعی نامیده می شود. بخشی از پترولیوم در شرایط متعارفی (دمای 15 درجه سانتی گراد و فشار 760 میلی متر جیوه ) به صورت مایع درآمده که به آن نفت خام میگویند و بخش دیگر به همان صورت گاز باقی می ماند (12). 1-4 انواع نفت خام برای نشان دادن میزان سبکی و سنگینی نفت خام به طور معمول از شاخص ((ای-پی-آی)) (API) استفاده می شود. نفت های خام API بالاتر از 30 را سبک و 20 تا 30 را متوسط و پایین تر از 20 را نفت خام سنگین می گویند. نفت خام هایی با APIبیشتر از 44 مانند نفت خام « اکوفیسک » نیز وجود دارد که آنها را بسیار سبک می گویند. ((نفت شیرین)) به نفت خامی می گویند که میزان گوگرد آنها کمتر از 5/0 درصد و ((نفت ترش)) به نفت خامی می گویند که میزان گوگرد آنها بیش از 5/0 درصد باشد. میزان گوگرد موجود در نفت خام به طور معمولبین 1/0 و 3 درصد وزن نفت خام است. بیشتر نفت خام های شیرین، سبک و بیشتر نفت خام های ترش، سنگین هستند (12). 1-5 نفت خام برنت نفت خام برنت، یکی از شناخته شده ترین شاخص های نفت خام است که به عنوان مبنای قیمت گذاری بسیاری از انواع نفت خام در بازارهای جهانی به کار برده می شود. نفت خام برنت مخلوطی از نفت استخراج شده از شبکه برنت و (( نینان )) در دریای شمال است که از طریق شبکه خط لوله به پایانه نفتی ((سالوم وو))، بزرگترین بندر صادراتی دریای شمال در بریتانیا انتقال می یابد و در آنجا بارگیری می شود. درجه API مخلوط برنت بیش از 38 و میزان گوگرد آن 41/0 درصد است، بنابراین در طبقه نفت خام های سبک و شیرین قرارمیگیرد (6) 1-6 نفت خام مارس نفت خام مارس ( Mars ) از جمله نفت خام های سنگین و ترش به شمار می آید که در آمربکا و خلیج مکزیک تولید و در بندر Clovelly بارگیری و صادر می شود. درجه API آن 29 و مقدار گوگرد ان 9/1درصد است. مقدار تولید نفت خام مخلوط مارس از 150 تا 230 هزار بشکه در روز در نوسان است. شرکت شل یکی از تولید کنندگان بزرگ این نفت خام به شمار می آید(6). 1-7 نفت خام میناس نفت خام میناس ( Minas ) که با نفت خام سبک سوماترا ( sumatra light ) نیز شناخته می شود، یکی از نفت خام های شاخص بازار آسیاست که در مناطق خشکی جزیره ساماترای اندونزی تولید و از بندر « دومای » صادر می شود. این نفت خام با درجه API 8/35 درصد گوگرد از جمله نفت سبک و شیرین به شمار می آید. محموله های صادراتی این نفت خام از 500 تا 700 هزار بشکه در نوسان است.تولید روزانه نفت خام میناس بیش از 400 هزار بشکه برآورده می شود(6). 1-8 نفت خام موربان نفت خام موربان ( Murban ) با درجه API 3/ 39 و وجود 8/0 درصد از جمله انواع نفت خام های سبک و نسبتا شیرین به شمار می آید. این نفت خام در امارات عربی متحد تولید Jebel بارگیری می شود.مقدار تولید نفت خام موربان تا 5/1میلیون شبکه در روز گزارش می شود(6). 1-9 نفت خام تاپیس نفت خام تاپیس با درجه API نزدیک به 46 و میزان گوگرد 03/0 درصد، در حوزه دریایی Trengganu مالزی تولید می شود.گفتنی است که این نوع نفت خام بر خلاف نفت خام برنت در بازار نفت مورد مطالعه قرار نمی گیرد،اما، یکی از انواع نفت شاخص برای قیمت گذاری در منطقه آسیا به شمار می آید. استرالیا به سبب روابط تجاری گسترده ای که با منطقه آسیا دارد، قیمت نفت خام تاپیس را برای قیمت گذاری نفت خام های وارداتی و حتی فراورده های نفتی خود به خود به کار می برد (6). 1-10 اجزای نفت خام فراورده های نفتی، از نفت خام مشتق می شوند که مهم ترین اجزای سازنده آن را هیدروکربن ها تشکیل می دهند. اجزای تشکیل دهنده نفت خام را می توان بر اساس کروماتوگرافی جذب سطحی به چهار جزء اشباع شده، آروماتیک، رزین،و آسفالتن تفکیک کرد. هر کدام از این چهار گروه، تعداد زیادی از ترکیبات مختلف را شامل می شوند. هیدروکربن های اشباع شده، ترکیباتی هستند که هیچ پیوند دوگانه ای در ساختار خود ندارند. این هیدروکربن ها را می توان بر اساس ساختار شیمیایی به دو گروه آلکان ها (پارافین ها ) و سیکلوآلکانها (نفت ها) تقسیم بندی کرد. آلکان ها، خود می توانند زنجیره های انشعاب دار یا بدون انشعاب (نرمال)باشند. سیکلوآلکان ها دارای یک یا تعدادی حلقه کربنی ( معمولا سیکلوپنتان یا سیکلوهگزان ) در ساختار خود هستند. اغلب آلکان های موجود در نفت خام دارای استخلاف آلکیل می باشند (13). آروماتیک ها یک یا چند حلقه آروماتیک یا بدون استخلاف آلکیل دارند. بنزن ساده ترین آنهاست ولی در نفت خام، ترکیبات آروماتیک حاوی استخلاف آلکیل، عموما از انواع بدون استخلاف بیشتر هستند. بر خلاف هیدروکربنهای اشباع شده و آروماتیک، آسفالتها و رزینها هر دو ساختارشان دارای گروههای قطبی غیر هیدروکربنی هستند و عناصر سازنده آنها علاوه بر کربن و هیدروژن، شامل مقادیر ناچیزی از ازت، گوگرد، و (یا) اکسیژن نیز می باشد. این گروهها اغلب با فلزات سنگین کمپلکس میدهند. آسفالنتنها از ترکیبات سنگین ملکولی تشکیل شده اند که در حلالهایی نظیر n-هپتان حل نمی شوند، در حالیکه رزین ها ملکولهای قطبی محلول در n-هپتان می باشند. رزین ها شامل ترکیبات ناجور حلقه،اسید ها و سولفونیک ها هستند (14). انواعی از محصولات نفتی،بوسیله فراوری نفت خام تولید می شوند.این فراوری اساسا یک فرایند تقطیر جزء به جزء است که بوسیله آن اجزاء یا بخشهای مختلف نفتی تولید می شوند.آلکان ها که یک گروه از هیدروکربنهای غیر اشباع شده هستند،در نفت خام یافت نمی شوند، ولی در حین جزء جزء کردن آن تولید می شوند (13). شکل 1-2 مثالی از ساختمان یک رزین – آسفالتین 1-11 خواص نفت خام نفت خام دارای خواص فیزیکی و شیمیایی می باشد. 1-11-1 خواص فیزیکی نفت خام وزن مخصوص،گرانروی،سیلان ( نقطه ربزش ) و درجه حرارت تقطیر جزئی از خواص فیزیکی نفت خام می باشند. هر یک از این عوامل بستگی به چگونگی ترکیب نفت خام دارد. 1-وزن مخصوص ( چگالی ) : با در دسترس داشتن مقدار چگالی می توان حجم نفت را در دماهای مختلف محاسبه نمود. 2-گرانروی : مقدار گرانروی نفت با وزن و شکل قرارگیری مولکول در ارتباط است. 3-نقطه سیلان یا ریزش : عبارت است از پایین ترین درجه حرارتی که نفت تحت آن دما سیال خواهد بود. نقطه ریزش پایین، هنگام حمل محموله های دریایی به ویژه در مناطق قطبی و نیز در مواقع نشت نفت حائز اهمیت است. چنانچه نقطه سیلان نفت حمل شده، پایین تر از درجه حرارت محیط باشد، تمام نفت به هنگام نشت نفت منعقد شده و جمع آوری و کنترل آن ساده تر می باشد. نقطه سیلان تابعی از چگالی بوده که با ازدیاد چگالی افزایش می یابد. 4-درجه حرارت تقطیر جزء به جزء : ترکیبات یا اجزاء تشکیل دهنده نفت با روش تقطیر جزء به جزء از یکدیگر تفکیک می شوند (12). 1-11-2 خواص شیمیایی نفت خام نفت خام به علت منشأ تشکیل یافتن آن مخلوطی پیچیده از مولکول هایی است که اغلب آن ها هیدروکربنی هستند، مقدار کمی نیز ترکیبات گوگردی و اکسیژن دار در آن وجود دارد. ترکیبات پایه و اولیه نفت خام عبارتند از : کربن 84 تا 87 % هیدروژن 11 تا 14 % گوگرد 0 تا 5 % نیتروژن 0 تا 5 % اکسیژن 0 تا 1 % (12) 1-12 باکتری های بی هوازی به هر اندامگانی که برای رشد به اکسیژن نیاز نداشته باشد و حتی شاید در حضور اکسیژن بمیرد، اندامگان بی هوازی (imAnaerobic organis) یا باکتری بی هوازی (Anaerobic bacteria) گفته می شود (15). 1-13 دسته بندی باکتری های بی هوازی دسته ای که در حضور اکسیژن توانایی زندگی نخواهند داشت. دسته ای که توانایی استفاده از الکترون موجود در اکسیژن را هم دارند، در واقع قابل شیفت شدن به هوازی در محیط های حاوی اکسیژن اند (15). 1-13-1 باکتری های بی هوازی احیاکننده نیترات باکتری هایی هستند که در شرایط بی هوازی خاص با حذف و کاهش نیترات در نفت خام روی ویژگی های آن تاثیر میگذارد . 1-14 اندامگان بی هوازی شکل 1-3 شناسایی اندامگان بی هوازی و هوازی در محیط کشت مایع تایوگلایکولیت اندامگان بی هوازی انواع باکتری های هوازی و غیر هوازی را می توان با قرار دادنشان در محیط کشت مایع تایوگلایکولیت (Thigolycollate Broth ) شناسایی نمود، که حاصل آن در شکل بالا مشخص شده است: 1-هوازی اجباری: آن دسته که تنها در حضور اکسیژن توانایی زندگی دارند. 2-بی هوازی اجباری: آن دسته که در حضور اکسیژن توانایی زندگی ندارند. 3-بی هوازی اختیاری : آن دسته که توانایی استفاده از الکترون موجود در اکسیژن را هم دارند و در واقع قابل تغییر دادن متابولیسم خود به هوازی در محیط های حاوی اکسیژن اند. 4-خرد هوازی : آن دسته که به اکسیژن نیاز دارند، اما غلظت عادی اکسیژن موجود در جو برای آنها بیش از اندازه و مرگبار است. 5-تحمل کننده هوا : آن بی هوازیانی که در حضور اکسیژن هم می توانند به فعالیت خود ادامه دهند ولی قادر به استفاده از الکترون اکسیژن نیستند (16). به هر اندامگانی که برای رشد به اکسیژن نیاز نداشته باشد و حتی شاید در حضور اکسیژن بمیرد، اندامگان بی هوازی (Organism Anaerobic) گفته می شود (17). 1-15 متابولیسم بی هوازی ها باکتری های بی هوازی اجباری فسفوریلاسیون اکسیداتیو را انجام نمی دهند. علاوه براین، آنها در حضور اکسیژن کشته می‌شوند. این باکتریها فاقد آنزیمهای خاصی مثل کاتالاز (که پراکسید هیدروژن را به آب و اکسیژن تجزیه می کند )، ( که به واسطه آنH + NADH2O2به DAN ,O2 تبدیل می شود. ) و سوپر اکسید دیسموتاز ( که به واسطه آن سوپر اکسید به پراکسید هیدروژن تبدیل می شود ) هستند. در سایر باکتری ها این آنزیم ها وجود دارند و آنها سمیت پراکسید و رادیکال های آزاد اکسیژن را که طی متابولیسم در حضور اکسیژن تولید شده اند برطرف می کنند. ارگانیسم های بی هوازی اختیاری مانند اشریشیا کولی می توانند بین انواع هوازی و غیر هوازی دگرگشت ( متابولیسم ) تغییر جهت دهند. تحت شرایط بی هوازی، آنها به وسیله تخمیر یا تنفس بی هوازی رشد کرده، اما در حضور اکسیژن به سمت تنفس هوازی بر می گردند. ارگانیسم های تحمل کننده هوا فقط متابولیسم غیر اکسیداتیو دارند ولی به دلایلی مانند وجود آنزیم های فوق در برابر اکسیژن مقاومند (16). 1-16 بیوسورفکتانت باکتری های هدف یعنی باکتری های بی هوازی و هالوفیل می بایست توانایی این امر را داشته باشند که از نفت به عنوان تنها منبع کربن و انرژی استفاده کنند. بنابر این تولید فاکتور های کمکی میزان دسترسی زیستی به ترکیبات نفتی را بالا می برد. یکی از این ترکیبات مورد بررسی بیوسورفکتانت می باشد (17). 1-17 تعریف بیوسورفکتانت ها ترکیبات آمفی فیلیکی هستند که در سطوح زنده توسط میکروارگانیسم های مختلفی تولید می شوند. این مولکول ها یا در سطح سلول قرار میگیرند و یا به محیط خارج از سلولی ترشح می شوند. بیوسورفکتانت ها با داشتن قسمت های هیدروفیلیک و هیدروفوبیک، کشش سطحی و بین سطحی را به ترتیب در سطح و بین سطوح(مثلا آب و نفت)کاهش می دهند (18). 1-18 بیوسورفکتانت ها از نظر وزن مولکولی میکروارگانیسم ها اغلب به سطوح متصل شده و در بین سطوح تجمع می یابند، بنابراین تعجب آور نیست که یک باکتری با نسبت سطح به حجم بالا، عوامل فعال در سطح مختلفی را تولید کند. تحقیقات نشان داده که بیوامولسیفایرهای سنگین وزنی که سطح باکتری را می پوشانند می توانند به صورت افقی به دیگر باکتری ها منتقل شده، ویژگی های سطحی آن ها را تغییر داده و سبب میانکنش آنها با محیط می شود. از نظر وزن مولکولی بیوسورفکتانت ها به دو گروه سبک و سنگین تقسیم بندی می شوند(18). 1-18-1 بیوسورفکتانت های با وزن مولکولی پایین مولکول هایی هستند که کشش سطحی و بین سطحی را کاهش داده و عموما شامل گلیکولیپید ها و لیپوپپتیدها می باشند. بهترین بیوسورفکتانت های گلیکولیپیدی رامنولیپید ها، تره هالولیپیدها و سوفورولیپیدها هستند، دی ساکاریدهایی که با یک زنجیره بلند اسید چرب یا هیدروکسی اسید چرب آسیله شده اند (18). 1-18-2 بیوسورفکتانت های با وزن مولکولی بالا(بیوپلیمرها ) گونه های باکتری بسیاری سورفکتانت های پلیمری خارج سلولی تشکیل شده از پلی ساکاریدها، پروتئین ها، لیپوپلی ساکاریدها، لیپوپروتئین ها و مخلوط های پیچیده این پلیمرها را تولید می کنند. بهترین بیوپلیمر شناخته شده امولسان ها هستند که توسط گونه های مختلف cterAcinetobaتولید می شوند. امولسان یک امولسیفایر فعال در غلظت های کم می باشد. اجزاء پروتئین و پلی ساکارید تنهایی هیچکدام فعالیت امولسیفیکاسیون ندارند اما مخلوط پروتئین و پلی ساکاریدی خالص شده اجازه بازسازی فعالیت امولسیفیکاسیون را به آنها می دهد. امولسیفایرها زیرمجموعه ای از سورفکتانت ها هستند که انتشار یک مایع در دیگری را پایدار می کند (18). 1-19 تولید بیوسورفکتانت ها محققین زیادی در مراکز تحقیقاتی مختلف در سراسر دنیا سعی در تولید حداکثری بیوسورفکتانت ها با استفاده از منابع متفاوت و ارزان قیمت داشته اند، ولی تاکنون از نظر صرفه اقتصادی توانایی رقابت با انواع شیمیاییسورفکتانت ها را نداشته اند. منابع کربنی مورد استفاده در تولید بیوسورفکتانت ها اغلب هیدروکربن ها، کربوهیدرات ها و روغن های گیاهی هستند. برای کاهش هزینه های تولید، دیگر منابع کربنی مانند ضایعات ناشی از روغن زیتون، ضایعات آبی تهیه پنیر و ملاس هایی که تلفات صنعتی به شمار می روند نیز به خوبی مورد استفاده قرار می گیرند (17). 1-20 اثر فاکتورهای مختلف بر تولید بیوسورفکتانت عوامل متنوعی بر تولید بیوسورفکتانت اثر می گذارند که خلاصه ای از آنها به قرار زیر است 1-20-1 اثر منبع کربن بر تولید بیوسورفکتانت منبع کربن مورد استفاده در تولید بیوسورفکتانت بسیار مهم است. این منبع به طور کلی در سه گروه طبقه بندی می شود. کربوهیدرات ها، هیدروکربن ها و روغن های گیاهی. برخی میکروارگانیسم ها فقط با استفاده از منبع کربنی هیدروفوبیکی هیدروکربن و روغن های گیاهی و برخی نیز توسط کربوهیدرات و یا چندین منبع کربنی مختلف بیوسورفکتانت تولید می کنند (19). 1-20-2 اثر منبع نیتروژن بر تولید بیوسورفکتانت اثر منبع نیتروژن بر تولید بیوسورفکتانت در میان نمک های معدنی تست شده، نمک های آمونیوم و اوره منبع نیتروژنی ترجیح داده شده تولید بیوسورفکتانت در سویه های آرتروباکتر بوده در حالیکه نیترات سبب تولید بیشترین میزان بیوسورفکتا نت در سودوموناس ها شده است. محدودیت نیتروژن باعث افزایش تولید و به همان اندازه نیز سبب تغییر در ترکیب تولید شده می شود (19). 1-20-3 اثر فاکتور های محیطی بر تولید بیوسورفکتانت فاکتورهای محیطی و شرایط رشد مانند دما، pH، دور شیکر و میزان دسترسی به اکسیژن نیز بر تولید بیوسورفکتانت از طریق اثر بر رشد و فعالیت سلولی اثر می گذارند. تولید رامنولیپید در سویه های سودوموناس در pH=6 به حداکثر می رسد و در pHبالاتر از 7 به شدت کاهش می یابد. سویه های باسیلوسی گرما دوست در دمای بالاتر از چهل درجه سانتی گراد رشد و بیوسورفکتانت تولید می کنند. مهار حرارتی این بیوسورفکتانت ها سبب تغییر محسوسی در خصوصیات آنها مانند کاهش کشش کشش سطحی، بین سطحی و کارایی امولسیفیکاسیون نمی شود و همه این ویژگیها پس از اتوکلاو در دمای 120 درجه به مدت 15 دقیقه ثابت می ماند (19). 1-21 تقسیم بندی بیوسورفکتانت ها بر خلاف بیوسورفکتانت های شیمیایی که بر اساس گروه قطبی تقسیم بندی میشوند، دسته بندی بیوسورفکتانت ها عمدتا توسط ترکیب شیمیایی و منشا میکروبی آنها انجام می شود. بخش هیدروفیلی بیوسورفکتانت ها دارای آمینو اسیدها یا کاتیون ها، آنیون های پپتیدی، مونو، دی و یا پلی ساکاریدها و. . . می باشد، در حالیکه بخش هیدروفوبیکی دارای اسیدهای چرب اشباع یا غیراشباع است. به طور کلی بیوسورفکتانت ها بر اساس ترکیب شیمیایی به چند گروه اصلی شامل گلیکولیپید، لیپوپپتیدها و لیپوپروتئین ها، اسید های چرب، فسفولیپیدها، سورفکتانت های پلیمری و سورفکتانت های ذره ای تقسیم می شوند (18). 1-22 انواع بیوسورفکتانت Glycolipids : بیوسورفکتانت با وزن مولکولی پایین و کربوئیدراتی متصل به یک زنجیره اسید چرب بلند یا اسید چرب هیدروکسیل است و مشهور ترین انواع بیوسورفکتانت محسوب می شود. Sophorolipids, Trehalolipids, Rhamnolipids از معروف ترین گلیکولیپید ها هستند. Rhamnolipids : این نوع گلیکوپپتید از یک یا دو مولکول رامنوز تشکیل شده است. باکتری Pseudomonas aeroginosaاین بیوسورفکتانت را تولید می کند. Rhamnolipids نقش مهمی را در پاکسازی آلودگی خاک ایفا می کنند. Trehalolipids: چندین نوع از ساختمان گلیکولیپید Trehalolipids گزارش شده است. جنس های Mycobacterium، Nocardia، acteriumbenCory از مهم ترین تولید کنندگان این بیوسورفکتنانت محسوب می شوند. Trehalolipid های تولیدی از میکروارگانیسم های مختلف در اندازه، ساختار مایکولیک اسید و تعداد اتم های کربن با هم متفاوتند. Sophorolipids : این گلیکولیپید توسط مخمرهایی مثل bombicolaTorulopsisتولید می شود. Sophorolipid ها شامل قند Sophorose و اسید چرب هیدروکسیل هستند که توسط پیوند بتاگلیکوزیدی به هم متصل می شوند. دو نوع Sophorolipid یافت شده است. نوع اسیدیک که در آرایشگری، ماسک صورت کاربرد داشته و خاصیت ضد شوره باکتری کشی دارد. نوع لاکتونیک خاصیت آفت کشی داشته و نسبت به نوع اسیدیک کاربرد تجاری بیشتری دارد. teinsLipopeptids and lipopro: لیپیدهای متصل به اسید چرب هستند.معروفترین لیپوپپتید های حلقوی،سورفکتین نامیده می شوند و توسط گونه های باسیلوس تولید می شوند. شامل 7 آمینو اسید متصل به گروههای کربوکسیل و هیدروکسیل یک اسید 14 کربنه هستند. لیپوپپتید حلقوی سورفکتین به وسیله گونه باسیلوس سوبتلیس تولید می شود و از قوی ترین بیوسورفکتانت ها محسوب می شود. یکی از مهم ترین ویژگی های سورفکتین توانایی آن در لیز اریتروسیت پستانداران است. Lichenysin : از نظر ساختاری و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی شبیه به سورفکتین است و توسط گونه cheniformisBacillus Li تولید می شود. اسید های چرب، فسفولیپید و بیوسورفکتانت های پلیمریک نمونه های معروفی هستند که توسط باکتری ها و مخمرها تولید می شوند. هر کدام از این گروه ها دارای خصوصیات و کاربردهای مشخصی هستند. بیوسورفکتانت ها، علاوه برکاهش دادن کشش سطحی نفت، لایهیکپارچه نفتی را به ذرات کوچک تر می شکنند و به این ترتیب باعث امولسیونه شدن و نهایتاً حل شدن لایه نفتی در آب می شوند. همچنین نسبت سطح به حجم لکه نفتی را نیز افزایش داده وموجب میشوندتاباکتریهای نفت خواربراحتی اطراف ذرات نفتی جمع شده و آن را تجزیه نماید (18). 1-23 مزیت های استفاده از بیوسور فکتانت ها 1) تولید حجم انبوه با کاهش قیمت 2)از آنجا که بیوسورفکتانت منشا زیستی دارد و از نفت نیست می تواند به صورت پایدار تولید شود. 3) با محیط سازگار است. 4)فعالیت های خاص در دماهای شدید، pHوشوری، امکان تولید انها از طریق تخمیر 5) عملکرد انتخابی از دیگر مزایای باکتری های مولد بیوسورفکتانت جلوگیری از آلودگی نفتی می باشد. به این طریق که باکتری های نفت خوار تولید بیوسورفکتانت می کنند که این ماده کشش سطحی نفت را کاهش داده و آن را امولسیونه می کنند (20). نفت امولسیون شده توسط باکتری که تجزیه می شود و به این ترتیب به دی اکسید کربن و مواد ساده تری تبدیل می شود که جذب میکروب های موجود در طبیعت شوند. در مواردی نظیر ترک خوردگی لوله های نفت و یا غرق شدن یک نفت کش که مقدار زیادی نفت وارد دریا می شود، با انتقال این باکتری ها به محل می توانیم آلودگی ناشی از وجود نفت از بین ببریم (7). 1-24 مزیت بیوسورفکتانت ها به سورفکتانت های شیمیایی تجزیه پذیری زیستی : بر خلاف سورفکتانت های شیمیایی ترکیبات میکروبی به آسانی تجزیه می شوند در نتیجه در کاربردهای محیطی همچون حذف آلودگی های نفتی بسیار مناسب هستند، زیرا طی سازگاری که با محیط دارند به خوبی در حفظ محیط زیست نقش خود را ایفا می کنند. تنوع شیمیایی : به خاطر جمعیت دوگانه دوستی این عوامل فعال در سطح، کاربردهای اختصاصی در زمینه های گوناگون یافته اند. بسته به ساختار شیمیایی متنوعی که دارند، علاوه بر سوبستراهای متنوعی که از آن سنتز می شوند، کاربردهای بسیار زیادی را برای آنها فراهم کرده است. سمیت بسیار کم : بیوسورفکتانت ها بر خلاف سورفکتانت های شیمیایی معمولا غیر سمی و یا با سمیت بسیار کم در نظر گرفته می شوند. تحمل دامنه های مختلف دمایی، pH و یونی : بسیاری از بیوسورفکتانت ها و فعالیت ها سطحی آنان به وسیله شرایط محیطی مانند دما، pH و. . . تحت تاثیر قرار نمیگیرند. به طور مثال لیکنسین حاصل از B. Lichniformis در دماهای بالاتر از 50 درجه سانتی گراد، دامنه pH 9-1؛ و غلظت های Nacl و Ca به ترتیب بیشتر از 50 گرم بر لیتر و 25 گرم بر لیتر پایداری بسیار خوبی دارد. ویژگی های لیپو پپتید سنتز شده به وسیله B. Subtilis پس از 20 دقیقه اتوکلاو در دمای 120 درجه سانتی گراد و شش ماه قرار دادن در دمای -18 سانتی گراد هیچ تغییری نکرد (20). 1-25 کاربردهای بیوسورفکتانت ها همه بیوسورفکتانت ها به صورت شیمیایی سنتز شده اند، با این وجود در سال های اخیر همه توجهات به بیوسورفکتانت ها به خاطر دامنه وسیع ویژگی های عملکردی و توانایی سنتز میکروبی معطوف شده است. 1-25-1 کاربرد بیوسورفکتانت ها در صنعت نفت بیوسورفکتانت ها به خوبی جایگاه خود را در بخش های مختلف صنعت نفت پیدا کرده اند. این امر به خصوص در ازدیاد برداشت میکروبی نفت بسیار به چشم می آید. کاهش کشش سطحی نفت، کاهش کشش بین سنگ مخزن و نفت، کاهش ویسکوزیته نفت و دیگر کاربردهای ارزشمند بیوسورفکتانت ها خود نمایانگر اهمیت آنها در این صنعت است. البته تجزیه آلودگیهای نفتی در مناطق نفت خیز و حذف این آلودگی ها از پتانسیل های ارزشمند این مولکول ها به شمار می روند. بیوسورفکتانت های رامنولیپیدی قادر به حذف فلزات سنگینی مانند کادمیم، روی، اورانیوم از خاک می باشد. میکروب از طریق رامنولیپید سطح سلولی به کادمیم متصل شده وآن را به درون خود جذب می کند.امولسان تولید شده به وسیله A. Calcoaceticus می تواند به اورانیوم متصل شود. شرکت Multi-Biotech یکی از زیر مجموعه های شرکت Geodyne Technology است که بیوسورفکتانت ها به منظور کاربرد در ازدیاد برداشت نفت به صورت تجاری درآورده است (1). 1-25-2 کاربرد بیوسورفکتانت ها در صنایع غذایی بیوسورفکتانت ها علاوه بر ویژگی های ذکر شده در صنایع غذایی نیز کاربردهای فراوانی دارند. آنان در کنترل تراکم گلبول های چربی، بهبود بافت و عمر مفید محصولات نشاسته ای، اصلاح ویژگیهای رئولوژیکی خمیر گندم و بهبود سازگاری و بافت محصولات بر پایه چربی به خوبی عمل می کنند. استفاده از سورفکتانت های رامنولیپیدی سبب پایداری خمیر و نیز حجم و بافت محصولات آشپزی می شود. لسیتین و مشتقات آن، استرهای اسید چرب شامل گلیسرول، سوربیتان و مشتقات اتیوگزیلاته مونوگلیسریدها در حال حاضر بیشترین امولسیفایر های مورد استفاده در صنایع غذایی هستند (1). 1-26 نقش های طبیعی و فیزیولوژیکی بیوسورفکتانت ها با افزایش تعداد بیوسورفکتانت های میکروبی شناسایی شده، مشخص شده که بیوسورفکتانت هایی که ساختارهای بسیار متفاوتی نسبت به هم دارند به وسیله میکروارگانیسم های متفاوتی تولید می شوند. عمومی سازی نقش های فیزیولوژیکی بیوسورفکتانت ها بسیار مشکل است و عمده مطالعات صورت گرفته بر ویژگیهای سطحی آنها استوار است (3). 1-27 افزایش سطح تماس ناحیه هیدروفوبی سوبستراها در رشد باکتری روی هیدروکربن ها، سرعت رشد می تواند به وسیله سطح ناحیه تداخلی ما بین آب و هیدروکربن (نفت) محدود شود. زمانی که سطح این ناحیه محدود می شود افزایش بیوماس بصورت حسابی بیشتر از حالت لگاریتمی است. در حقیقت سورفکتانت میکروبی با افزایش ناحیه سطح تماس، سبب افزایش بیوماس سلولی (در نتیجه استفاده از هیدروکربن بیشتر ) به صورت لگاریتمی می شود (8). 1-28 هالوفیل ها هالوفیل ها باکتری های شیمیوتروف هستند که در محلول های آب شور اشباع شده اند، مانند دریاچه نمک و حوضچه هایی که آب دریا در آنها تبخیر می شود، مانند حوضچه های نمک نزدیک خلیج سان فرانسیسکو زندگی می کنند. نمک دوست های افراطی از ATPبرای تنفس هوازی استفاده می کنند و توسط رنگ دانه بنفش خود، شکلی از فتوسنتز را با کسب انرژی نور خورشید، انجام میدهند. این باکتری بی خطر بوده و حوضچه های مذکور برای تولید نمک به صورت تجاری مورد استفاده قرار میگیرند. اسم این نوع باکتری ها از معادل یونانی آن یعنی نمک دوست گرفته شده است. هالوفیل ها را می توان در هر جایی که غلظت نمکش 5 برابر آب اقیانوس ها باشد به عنوان مثال در دریاچه نمک یوتا (یکی از ایالت های آمریکا) یافت. هالوفیل ها از این جهت منحصر به فرد تلقی می شوند که قادرند در آب هایی با شوری 15 تا 20 درصد به زندگی خود ادامه دهند. هالوفیل ها نیز خود به دو گروه میانه رو و افراطی تقسیم می شوند. هالوفیل های میانه رو می توانند در آب های 15 تا 20 درصد شوری زندگی می کنند ولی این در حالیکه است که نوع افراطی آنها در آب هایی با شوری حدود 36 درصد هم یافت می شوند (21). همان طور که می دانید وقتی سلولی در محیط غلیظ قرار می گیرد به دلیل هیپرتونیک بودن محیط و هیپوتونیک بودن سیتوپلاسم، این اختلاف غلظت سبب می شود که سلول سیتوپلاسم خود را از دست داده و می میرد. اکنون این سوال پیش می آید که این باکتری چگونه در این درجه شوری زنده می ماند ؟ آنها برای جلوگیری کردن از خروج مواد داخلیشان دو استراتژی را به کار می گیرند و برای اینکار مقداری انرژی مصرف می کنند. اول اینکه هالوفیل ها با متراکم کردن مولکول های زیستی که خود سنتز کرده اند و یا از محیط گرفته اند در سیتوپلاسم غلظت درون خود را با محیط برابر می کنند و دوم اینکه آنها از نفوذ پذیری انتخابی یون پتاسیم به داخل سیتوپلاسم سعی می کنند که خود را با محیط سازگار کنند (22). هالوفیل ها، هتروتروف و هوازی بوده و انرژی خود را از محیط بدست می آورند (21). 1-29 اهداف تحقیق نتایج حاصل از این تحقیق قابل استفاده درصنایع مرتبط با صنعت ومحیط میباشد. چنانچه درفرآیندهایی مثل ازدیاد برداشت میکروبی نفت، سبکسازی نفتهای سنگین، پاکسازی خاکها، آبهای آلوده به هیدروکربنهای نفتی قابل استفاده است. خصوصادرکشوری مثل ایران که مبحث آلاینده های نفتی درمحیطهای آبی ودریاهای جنوب وشمال ایران ویاخاکهای اطراف پالایشگاه وجوددارد، بررسی این موضوع مهم میباشد. 1-30 سوالات تحقیق 1)آیا نفت خام ایران حاوی باکتری های احیا کننده نیترات می باشد؟ 2) آیا باکتری های هالوفیل ساکن نفت ایران می توانند نیترات را احیا کنند؟ 3) آیا باکتری های هالوفیل احیا کننده نیترات در نفت ایران توانایی تولید بیوسورفکتانت را به منظور افزایش دسترسی زیستی به هیدروکربن های قابل مصرف دارند؟ 4) بهترین باکتری که هدف ما را تأمین می کنند کدام است؟ 1-31 فرضیه های تحقیق نفت خام ایران با تنوع میکروبی بالا به احتمال زیاد حاوی تنوعی از باکتری های بی هوازی از جمله باکتری های بی هوازی احیا کننده نیترات می باشد. این باکتری ها با حذف نیترات می تواند برخی ترکیبات هیدروکربنی پلی آروماتیک( PAH )، با وزن مولکولی بالا و حتی آلکانهای بلند زنجیره را شکسته و ترکیبات قابل دسترس تری برای میکروبها فراهم آوردند. لذا در فرآیند های آلاینده های نفتی و یا سبک سازی نفت می توانند مثمر ثمر باشند (23). دریافت فایل مطالعه ی باکتری های بی هوازی هالوفیل احیا کننده نیترات مولد بیوسورفکتانت از نفت خام ایران...

مطالعه نقش استیله شدن بر ساختار و ویژگی های آمیلوئیدی هورمون انسولین...

مطالعه نقش استیله شدن بر ساختار و ویژگی های آمیلوئیدی هورمون انسولین... چکیده استیل سالیسیلیک اسید (آسپیرین) یکی از داروهای پرمصرف جهان است که به طور بالقوه توانایی انتقال گروه استیل موجود در ساختارش را به مولکول های واجد گروه آمین آزاد دارد.از آنجایی که فعالیت آمیلوئیدی هورمون انسولین بسیار حساس به تغییرات شیمیایی پس از ترجمه است در این پژوهش اثر استیلاسیون انسولین بر ساختار و ویژگی های آمیلوئیدی آن بررسی می شود. برای این منظور انسولین در زمان های مختلف با آسپیرین به عنوان دهنده ی گروه استیل انکوبه گردید و در پایان میزان استیلاسیون این هورمون به کمک دو روش آزمون جذبی OPA و آزمون نشری فلورسامین تائید گردید. سپس به روش های مختلف اسپکتروسکوپی ( جذبی- فرابنفش، فلورسانس، دورنگ نمای دورانی، پراکنش پویای نور)، الکتروفورز ژلی و کشش سطحی ساختار و ویژگی های آمیلوئیدی انسولین های استیله و غیراستیله مقایسه شد. نتایج این پژوهش وجود گونه های مولکولی با وزن بالا در نمونه های انسولین استیله را نشان می دهد. همچنین نتایج مطالعات دو رنگ نمای دورانی و طیف سنجی فلورسانس حاکی از تغییر قابل توجه ساختارهای دوم و سوم این هورمون ضمن فرآیند استیلاسیون است به نحوی که متاثر از این فرایند میزان سطوح آبگریز در معرض و محتوی ساختارهای بتای این پروتئین به میزان چشمگیری افزایش می یابد. علاوه بر این مشخص شد که استیلاسیون باعث افزایش کشش سطحی محلول انسولین می گردد. نتایج آزمون جذبی کنگورد، آزمون نشری تیوفلاوین T و مطالعات میکروسکوپی تمایل بالای انسولین استیله برای حضور در ساختارهای فیبری را نشان داد که البته فاقد سمیت سلولی بودند. همچنین در این پژوهش با استفاده از دو چاپرون آلفا کریستالین و بتا کازئین به طور موثری از فرآیند توده ای شدن انسولین استیله و غیراستیله در الگویی وابسته به غلظت جلوگیری شد. دلیل افزایش تمایل انسولین استیله برای حضور در ساختارهای توده ای و فیبر آمیلوئیدی را می توان با تغییرات ساختاری منحصر به فرد آن توجیه کرد. افزایش سطوح آبگریز در معرض همراه با افزایش محتوی صفحات بتا در ازدیاد تمایل انسولین استیله برای حضور درساختار های توده ای و فیبر آمیلوئید موثر می باشد. با توجه به نتایج این پژوهش به نظر می رسد علاوه بر عوارض جانبی آسپیرین مانند خونریزی دستگاه گوارش، پیامدهای ناشی از واکنش نامطلوب این ترکیب دارویی با پروتئین های مختلف از جمله انسولین را می توان به عواقب ناشی از مصرف بلند مدت این دارو افزود. واژگان کلیدی: آسپیرین، انسولین، استیلاسیون، ساختار، کشش سطحی، فیبر آمیلوئیدی فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول: مقدمه 1-1- هورمون انسولین 2 1-1- 1- ساختار هورمون انسولین 4 1-1-1-1- ساختار اول انسولین4 1-1-1-2- ساختار دوم انسولین5 1-1-1-3- ساختار سوم انسولین6 1-1-1-4- ساختار چهارم انسولین6 1-1-2- سنتز هورمون انسولین8 1-1-3- ترشح هورمون انسولین9 1-1-4- اشکال مختلف هورمون انسولین 10 1-1-5- عملکرد زیستی هورمون انسولین 11 1-1-6- گیرنده هورمون انسولین13 1-2- بیماری دیابت قندی15 1-2-1- دیابت نوع- 15 1-2-1-1- دیابت آدیوپاتیک16 1-2-2- دیابت نوع- II 16 1-2-3- دیابت حاملگی17 1-2-4- عوارض بیماری دیابت 17 عنوان صفحه 1-3- آسپرین ................................ 19 1-3-1- ساز و کار عملکرد آسپرین ............ 21 1-4- تا خوردگی و تجمعات پروتئینی............ 22 1-4-1- تجمعات منظم پروتئینی: فیبر آمیلوئیدی25 1-4-2- مراحل تشکیل فیبریل ها............... 26 1-4-3- پدیده فیبریلاسیون هورمون انسولین..... 28 1-5- نقش چاپرون ها در جلوگیری از فرآیند توده ای شدن و فیبریلاسیون پروتئین ها..................... 32 1-5-1- چاپرون های آلفا کریستالین و بتا کازئین 32 فصل دوم: مروری بر پژوهش های پیشین............. 35 فصل سوم: مواد و روش های تحقیق 3-1- مواد مصرفی و رده ی سلولی............... 40 3-1-1- مواد مصرفی.......................... 40 3-1-2- رده ی سلولی......................... 41 3-2- تهیه محلول ها.......................... 41 3-2-1- تهیه محلول های مورد نیاز کشت سلول سرطانی 41 3-2-1-1- تهیه محلول MTT.................. 41 3-2-1-2- تهیه محلول تریپان بلو جهت رنگ آمیزی و شمارش سلول های زنده و غیر زنده................ 41 3-2-1-3- تهیه محلول SDS-DMF............... 42 3-2-2- تهیه ی محلول های پروتئینی........... 42 عنوان صفحه 3-2-2-1- تهیه ی محلول انسولین ........... 42 3-2-2-2- تهیه محلول های بتاکازئین و آلفاکریستالین 43 3-2-3- تهیه ی محلول های مورد نیاز......... 43 3-2-3- 1- تهیه محلول بافر فسفات......... 43 3-2-3-2- تهیه ی محلول استوک ANS.......... 44 3-2-3-3- تهیه ی محلول استوک تیوفلاوین T . 45 3-2-3-4- تهیه محلول استوک کنگورد......... 46 3-2-3-5- تهیه محلول OPA................. 47 3-2-3-6- تهیه محلول فلورسامین........... 48 3-2-4- تهیه محلول های مورد نیاز ژل الکتروفورز 48 3-2-4-1- تهیه محلول آکریل آمید و بیس آکریل آمید48 3-2-4-2- تهیه محلول 20 درصد SDS......... 48 3-2-4-3- تهیه محلول 10 درصد آمونیوم پرسولفات (APS) 49 3-2-4-4- تهیه محلول بافر تریس 5/1 مولار .. 49 3-2-4-5- تهیه محلول بافر تریس 5/0 مولار . 49 3-2-4-6- تهیه محلول بافر تانک........... 50 3-2-4-7- تهیه بافر نمونه X2 ............ 50 3-2-4-8- تهیه محلول رنگ آمیزی کوماسی بلو51 3-2-4-9- تهیه محلول رنگ زدای کوماسی بلو.. 51 3-3- روش های استفاده شده در این پژوهش....... 52 3-3-1- تخلیص آلفا کریستالین .............. 52 3-4- روش های تحقیق.......................... 53 3-4-1- فرآیند استیلاسیون هورمون انسولین پانکراس گاوی با آسپیرین5 عنوان صفحه 3-4-2- الکتروفورز ژلی هورمون انسولین استیله و غیر استیله به منظور بررسی میزان استیلاسیون و تشکیل توده های پروتئینی با وزن مولکولی بالا........................ 53 3-4-3- تعیین گروه های آمین آزاد/ غیر واکنش دهنده در هورمون انسولین.................................... 54 3-4-4- مطالعه فلورسانس ذاتی هورمون انسولین در حضور آسپیرین........................................... 55 3-4-5- مطالعه فلورسانس عارضی هورمون انسولین در حضور آسپیرین........................................... 56 3-4-6- بررسی تشکیل فیبر آمیلوئیدی هورمون انسولین در حضور آسپیرین با استفاده از آزمون فلورسانس تیوفلاوین T (ThT) و آزمون اسپکتروسکوپی سنجش جذبی کنگورد............. 57 3-4-7- بررسی توده ای شدن پروتئین انسولین استیله و غیر استیله ........................................... 58 3-4-8- مطالعه اثر استرس های شیمیایی و فیزیکی در القاء تشکیل فیبر آمیلوئیدی انسولین استیله و غیر استیله58 3-4-9- مطالعه جلوگیری از توده ای شدن هورمون انسولین استیله و غیر استیله با چاپرون های بتا کازئین و آلفا کریستالین 59 3-4-10- مطالعه ساختار دوم انسولین به روش دو رنگ نمای دورانی در حضور آسپیرین .......................... 59 3-4-11- مطالعه هورمون انسولین به روش دستگاه پراکندگی پویای نور در حضورآسپیرین................... 61 3-4-12- مطالعه تغییرات کشش سطحی نمونه های انسولین استیله و غیر استیله............... 62 3-4-13- مشاهده ی فیبر آمیلوئیدی پروتئین با دستگاه میکروسکوپ فلورسانس......................... 63 3-4-14- بررسی فعالیت القا مرگ سلولی انسولین استیله با سنجش MTT........................................... 63 3-4-15- آزمون آماری........................ 65 عنوان صفحه فصل چهارم: نتایج و بحث 4-1- مطالعه استیلاسیون پروتئین انسولین پانکراس گاوی در حضور آسپیرین..................................... 67 4-2- مطالعه بررسی استیلاسیون پروتئین انسولین. 67 4-3- بررسی پیدایش گونه های مولکولی با وزن بالای انسولین در حضور آسپیرین با الکتروفورز ژلی........................... 70 4-4- مطالعه پیدایش گونه های مولکولی مختلف انسولین در حضور آسپیرین با روش پراکنش پویای نور.................... 73 4-5- مطالعه ساختار دوم پروتئین انسولین استیله به روش دو رنگ نمای دورانی...................................... 75 4-6- مطالعه ساختار سوم انسولین استیله با روش فلورسانس ذاتی و محیطی....................................... 78 4-7- مطالعه کشش سطحی انسولین نمونه های مختلف انسولینی 80 4-8- بررسی توده ای شدن پروتئین انسولین بعد از فرآیند استیلاسیون............................................ 82 4-9- بررسی تشکیل فیبر آمیلوئیدی پروتئین انسولین در حضور آسپیرین با روش های اسپکتروسکوپی.................... 84 4-10- مطالعه ی میکروسکوپی تشکیل فیبر آمیلوئیدی به وسیله ی پروتئین انسولین در حضور آسپیرین.................... 87 4-11- مطالعه ی اثر استرس های شیمیایی و فیزیکی بر ساختار و ویژگی های آمیلوئیدی انسولین استیله و غیر استیله....... 88 4-12- مطالعه کینتیک توده ای شدن نمونه های مختلف انسولینی 93 4-13- جلوگیری از فرآیند توده ای شدن نمونه های مختلف انسولینی به کمک دو چاپرون مولکولی آلفا کریستالین و بتا کازئین 94 4-14- مطالعه ی سمیت توده های پروتئینی انسولین استیله 97 نتیجه گیری ................................... 99 فهرست منابع و مآخذ ........................... 101 فهرست جداول عنوان صفحه جدول3-1- مقادیر لازم برای تهیه ی 1 لیتر بافر فسفات 43 جدول3-2- مقادیر لازم برای تهیه ی 1 لیتر بافر تانک50 جدول 3-3- مقادیر مورد نیاز جهت تهیه ی 25 میلی لیتر بافر نمونه51 جدول 4-1- تغییرات شعاع هیدرودینامیک پروتئین انسولین در حضور آسپیرین....................................... 75 جدول 4-2- محتوای ساختارهای دوم نمونه های مختلف انسولین بر حسب درصد.............................................. 77 فهرست شکل ها عنوان صفحه شکل 1-1- توالی اسید آمینهی پروتئین انسولین انسانی 4 شکل 1-2- ساختار سوم و چهارم انسولین............ 7 شکل1-3- نمایی از مراحل سنتز هورمون انسولین..... 9 شکل 1-4- نمایی شماتیک از سلول بتای پانکراس و چگونگی ترشح انسولین از این سلول............. 10 شکل1-5- مدل ساختاری گیرنده انسولین............ 14 شکل1-6- نمایی از ساختار مولکولی داروی آسپیرین. 20 شکل1-7- نمایی از مراحل تاخوردگی پروتئین....... 23 شکل1-8- نمایی از ایجاد حالات مولکولی گوناگون در مسیر تاخوردگی پروتئین....................................... 25 شکل1-9- تصویر شماتیک الگوی پراش اشعه X ساختار های بتا در فیبرهای آمیلوئید...................................... 26 شکل1-10- کینتیک تشکیل فیبر آمیلوئیدی.......... 27 شکل 1-11- نمایی از ساز و کار فیبریلاسیون هورمون انسولین 28 شکل1-12- مدل سلسله مراتبی تجمع انسولین در تشکیل فیبر آمیلوئید31 شکل 3-1- نمایی از طیف جذبی انسولین............ 43 شکل3-2- نمایی از طیف جذبی ANS................ 44 شکل3-3- نمایی از طیف جذبی تیو فلاوین-T......... 45 شکل 3-4- نمایی از طیف جذبی کنگورد............. 46 شکل3-5- نمایی از ساختار ترکیبOPA............. 47 عنوان صفحه شکل3-6- نمایی از ساختار شیمیایی ترکیب فلورسامین48 شکل 3-7- دستگاه فلورسانس Cary-Eclips.............. 57 شکل 3-8- نمایی از دستگاه دورنگ نمای دورانی215 Aviv 60 شکل 3-9- نمایی از دستگاه DLS.................. 61 شکل3-10- دستگاه کشش سنج Kruss K100............... 62 شکل3-11- نمایی از دستگاه میکروسکوپ فلورسانس Olympus-CX31 63 شکل 3-12- نمایی از خانه های پلیت کشت سلولی.... 64 شکل 3-13- تبدیل MTTبه فورمازان در یک واکنش کاهشی در میتوکندری سلول های زنده.................... 65 شکل 4-1- نتایج حاصل از مطالعه ی استیلاسیون پروتئین انسولین با استفاده از آزمون های جذبیOPA و نشری فلورسامین69 شکل 4-2- نمایی از الکتروفورز طبیعی و غیر طبیعی (احیایی و غیر احیایی ) نمونه های مختلف هورمون انسولین................ 71 شکل 4-3- نمایی از الکتروفورز طبیعی و غیر طبیعی (احیایی و غیر احیایی ) نمونه های مختلف هورمون انسولین............... 72 شکل 4-4- مطالعه ی DLS نمونه های متفاوت انسولین74 شکل 4-5- طیف دو رنگ نمای دورانی محدوده فرابنفش دور نمونه های انسولین استیله شده در مدت زمان 20 روز و 36 روز76 شکل 4-6- طیف نشری فلورسانس ذاتی نمونه های مختلف انسولین 79 شکل 4-7- طیف نشری فلورسانس عارضی نمونه های مختلف انسولین80 شکل 4-8- مطالعه ی تغییرات کشش سطحی نمونه های متفاوت انسولین طی انکوباسیون در مدت زمان 20 و 36 روز......... 82 شکل 4-9- مطالعه ی توده ای شدن انسولین در حضور آسپیری83 عنوان صفحه شکل 4-10- مطالعه ی فلورسانس تیوفلاوین T نمونه های انکوبه شده 20 روز و 36 روز انسولین در حضور آسپیرین...... 85 شکل 4-11- مطالعه ی اتصال کنگورد به نمونه های مختلف انسولینی 86 شکل 4-12- تصویر فیبر آمیلوئیدی پروتئین انسولین مشاهده شده با فلورسانس تیوفلاوینT....................... 88 شکل 4-13- مطالعه ی نشر فلورسانس ذاتی نمونه های متفاوت انسولین در حضور استرس شیمیایی و فیزیکی............... 90 شکل4-14- مطالعه ی نشر فلورسانس عارضی نمونه های متفاوت انسولین در حضوراسترس شیمیایی و فیزیکی................ 91 شکل 4-15- مطالعه ی فلورسانس تیوفلاوین Tنمونه های متفاوت انسولین در حضور استرس شیمیایی و فیزیکی............... 92 شکل 4-16- مطالعه ی کنیتیک توده ای شدن نمونه های مختلف انسولینی.............................................. 94 شکل 4-17- مطالعه جلوگیری از فرآیند توده ای شدن نمونه های مختلف انسولین با استفاده از چاپرون های بتا کازئین و آلفا کریستالین96 شکل 4-18- نتایج حاصل از آزمون MTT پس از 24 ساعت انکوبه کردن رده سلول سرطانی Jurkat با فیبر نمونه های انسولینی استیله وغیراستیله.............................................. 9 فصل اول 1-1- هورمون انسولین مسیر پیچیده کشف انسولین که با یک مشاهده اتفاقی شروع شد، بیانگر موهبتی بزرگ و آزمایش های دقیق است که به وسیله آن بسیاری از هورمون­ها کشف شدند. نقطه آغاز ماجرا اصلا ارتباطی با انسولین نداشت. در سال 1989 اسکار مینکوفسکی[1] به همراه ژوزف فون مرینگ[2] به بررسی دخالت پانکراس سگ در هضم چربی پرداختند. قبل از انجام آزمایش های مربوط به هضم چربی، مینکوفسکی مشاهده کرد که میزان ادرار سگ به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرده است و همچنین مقادیر بالایی از گلوکز در ادرار مشاهده می شود. آن­ها با این مشاهده به نقش کمبود عاملی از پانکراس در ایجاد دیابت پی بردند. مینکوفسکی تلاش های زیادی در تهیه عصاره ای از پانکراس کرد تا بتواند اثر دیابت را معکوس نماید ولی هیچ وقت به چنین موفقیتی دست نیافت. امروزه با پیشرفت علم مشخص شده که ماهیت پروتئینی انسولین از یک سو و تولید پروتئازها در پانکراس از سویی دیگر، از طریق تجزیه این هورمون به وسیله این آنزیم ها عامل این شکست بوده است. تلاش های بی ثمر زیادی در این راستا انجام شد که تا تابستان 1921 نتیجه ای در بر نداشت. در این سال دانشمندی به نام فریدریک بنتینگ[3] با همکاری چارلز بست[4] در آزمایشگاه مک لود[5] این موضوع را بررسی کردند. از این به بعد بود که سلول های جزایر لانگرهانس به عنوان محل اختصاصی تولید عامل ضد دیابت مشخص شد. بر همین اساس نام انسولین به دلیل اینکه در جزایر لانگرهانس تولید می شود بر روی عامل ضد دیابت گذاشته شد. بنتینگ و بست به همراه بیوشیمی دانی به نام کولیپ[6] موفق به تهیه عصاره ی خالصی از پانکراس شدند که سبب بهبود علایم ناشی از دیابت در سگ شد. یک سال بعد با تزریق فرآورده انسولین به پسر بچه 14 ساله ای به نام لئونارد تامپسون که مبتلا به دیابت قندی شدید بود، جان وی نجات یافت. در سال 1923 جایزه نوبل برای این کشف به بنتینگ و مک لود اهدا شد. تا سال های مدید برای تولید انسولین از پانکراس خوک استفاده می شد تا اینکه در دهه 1980 و با پیشرفت مهندسی ژنتیک از ژن های کلون شده انسانی در میکرو ارگانیسم ها برای این منظور استفاده شد. انسولین هورمونی است که برای تنظیم ذخیره ی انرژی و سوخت و ساز گلوکز در بدن ضروری است و درون بافت های کبدی، ماهیچه ای و چربی به عنوان یک عامل محرک برای دریافت گلوکز از خون و ذخیره ی آن به صورت گلیکوژن عمل می نماید. انسولین یکی از کوچکترین پروتئین هایی است که دارای ساختار های متنوع پروتئینی شامل مارپیچ آلفا[7]، صفحات بتا[8]، چرخش بتا[9]، خودتجمعی[10] و فیبرهای آمیلوئیدی[11] است (Huaو همکاران 2004، Dobson 1999 ). 1-1- 1- ساختار هورمون انسولین 1-1-1-1- ساختار اول انسولین انسولین که اولین هورمون پپتیدی کشف شده می باشد دارای 51 اسید آمینه در دو زنجیره ی پلی پپتیدیA و B است. ساختار طبیعی این هورمون به وسیله سه پلی دی سولفیدی پایدار می شود. در این پروتئین یک پیوند دی سولفیدی درون زنجیره ای بین اسید آمینه ی سیستئین 6 و 11 زنجیره ی A ، دو پیوند دی سولفیدی بین زنجیره ای میان اسید آمینه های سیستئین موقعیت 7 زنجیره A و موقعیت 7 زنجیره ی B، همچنین سیستئین جایگاه 20 از زنجیره A و سیستئین جایگاه 19 زنجیره ی B تشکیل می شود. (Nielsen و همکاران 2001) شکل 1-1- توالی اسید آمینهی پروتئین انسولین انسانی. ساختار اول انسولین در بین گونه های انسانی وحیوانی به صورت حفاظت شده است. جایگاه پیوند های دی سولفیدی و تعداد اسید های آمینه در هر زنجیره در اغلب گونه ها ثابت است. در بین گونه های مختلف، انسولین های انسانی، گاوی و خوکی دارای بیشترین شباهت هستند. درمقایسه با انسولین انسانی در گونه ی خوکی درموقعیت 30 زنجیره B اسید آمینه آلانین جایگزین اسید آمینه ترئونین شده است و در انسولین گاوی علاوه بر این تغییر در موقعیت A8 آلانین جانشین ترئونین و در موقعیت A10والین جایگزین ایزولوسین گردیده است. این تغییرات تاثیری بر روی فعالیت زیستی این هورمون ندارد. دیگر اسید های آمینه که بدون تغییر در بین گونه ها باقی مانده اند مسئول شکل گیری ساختار مولکول بوده و به تا خوردگی صحیح مولکول انسولین کمک می کنند. به عنوان مثل باقی مانده های اسید آمینه ی سیستئین، اسید آمینه های غیر قطبی که هسته آبگریز پروتئین را تشکیل می دهند و سایر باقی مانده های اسید آمینه ای که در تا خوردگی صحیح ساختار سوم این پروتئین نقش ایفا می کنند در پدیده های فوق الذکر اهمیت دارند (Brange و همکاران 1993). 1-1-1-2- ساختار دوم انسولین در ساختار دوم پروتئین ها زنجیره های پلی پپتیدی حالت منظم به خود می گیرندو به وسیله پیوند های هیدروژنی بین گروه های آمین و کربوکسیل زنجیره های جانبی پایدار می شود. این موتیف های ساختاری شامل مارپیچ آلفا، زنجیره های بتا، چرخش بتا و لوپ هستند. انسولین پروتئین کروی غنی از ساختار های ثانویه مارپیچ آلفا است. در این پروتئین سه مارپیچ آلفا A2-A8 , A13-A19 , B9-B19))، دو چرخش بتا (B7-B10 , B20-B23) و یک زنجیره بتا B24-B28)) دیده می شود. سه مارپیچ آلفا بدنه اصلی پروتئین انسولین را تشکیل می دهد. در این میان، مارپیچ آلفا A2-A8 به خوبی دو مارپیچ آلفا دیگرتا نمی خورد (Baker و همکاران 1998). به طور کلی چهار پخش هسته آبگریز انسولین را تشکیل می دهند: مارپیچ مرکزی زنجیره B، پل دی سولفیدی A20-B19)) مارپیچ آلفا انتهای کربوکسیل زنجیره AA13-A19)) و یک چرخش بتا B20-B23)) (Hua و همکاران 2001). روش معمول برای مطالعه ساختارهای دوم پروتئین استفاده از دستگاه دو رنگ نمای دورانی[12] در محدوده طول موج 250 تا 170 نانومتر است. مطالعه ساختاری انسولین با این روش نشان دهنده دو کمینه در طول موج های 208 و 222 نانومتر است که بیانگر ساختارهای مارپیچ آلفا می باشد. همچنین یک کمینه در طول موج 218 نانومتر نشانگر صفحات بتای شرکت کننده در ساختار این پروتئین است. 1-1-1-3- ساختار سوم انسولین ساختار سوم در واقع نحوه قرارگیری ساختار های دوم در کنار یکدیگر است. در این ساختار چهار نوع بر همکنش شامل پیوند هیدروژنی، پل نمکی، پیوند دی سولفیدی و برهمکنش های غیر قطبی آب گریز بین زنجیره های جانبی اسید آمینه ها وجود دارد. ساختار سوم بیشتر به وسیله ی پیوند دی سولفیدی پایدار می شود که این پیوند ها بین گروه های تیولی باقی مانده های اسید آمینه سیستئین صورت می گیرد. قابل ذکر است که سطح بیرونی مولکول انسولین قطبی است درحالی که سطح درونی آن بیشتر غیر قطبی می باشد. در آرایش ساختار سوم انسولین سیستئین های A6 و A11 و زنجیره های جانبی اسید های آمینه جایگاه های 6A و A16 و اسید های آمینه لوسین B11و B15 درون هسته غیر قطبی قرار می گیرند. همچنین 23 اسید آمینه قطبی این پروتئین در بخش های سطحی و در معرض حلال می باشند(Brange و همکاران 1993). 1-1-1-4- ساختار چهارم انسولین در ساختار چهارم پروتئین ها، دو یا بیش از دو زنجیره پلی پپتیدی در کنار یکدیگر قرار می گیرند. شاخه جانبی آمینواسیدی این زنجیره های پلی پپتیدی به وسیله ی برهمکنش های آبگزیر و واندروالس با هم تماس می یابند. در خصوص پروتئین انسولین به دلیل اینکه پیوندهای دی سولفیدی به جای برهمکنش های آبگزیر پایدارکننده و شکل دهنده ساختمان فضایی آن است، ساختار چهارم را حالات دیمر و هگزامر این پروتئین در نظر می گیرند که در آن مونومرها به دلیل برهمکنش های آبگزیر و هیدروژنی کنار یکدیگر قرار دارند. انسولین تنها درغلظت های پایین به صورت مونومر است ولی در غلظت های بالاتر از 01/0 میلی مولار (که غلظت به کار رفته در فرمولاسیون های دارویی است) به صورت دیمر دیده می شود. در محدود pH بین 4 تا 8 و در حضور یون روی هنگامی که غلظت انسولین بالاتر از 01/0 میلی مولار باشد سه دیمر انسولینی گرد هم آمده و یک ساختار هگزامری را تشکیل می دهند. در غلظت های بالاتر از 2 میلی مولار و در pH خنثی، حتی در غیاب یون روی انسولین به صورت هگزامر است. دو مولکول انسولین در یک دیمر به وسیله نیروهای آبگریز و چهار پیوند هیدروژنی (بین اتم های زنجیره اصلی متعلق به باقی مانده های B26-B24) کنار یکدیگر نگاه داشته شده اند. در مونومرهای انسولین این چهار پیوند هیدروژنی یک ساختار صفحه ی بتای موازی ناهمسو بین قطعات انتهای C زنجیره Bبه وجود می آورند. تجمع دیمر ها در اطراف یون روی باعث پوشیده شدن بخش های غیر قطبی ای می شود که در حالت مونومر در سطح هستند (B17, B18, B14, B1, B2 A13, A14). برهمکنش بین دیمرها در حالت هگزامری به میزان قابل ملاحظه ای سست تراز برهمکنش میان مونومر ها در دیمر است. زنجیره های A، بخش بزرگی از سطح عمدتاً قطبی هگزامر را در بر می گیرند. حالت هگزامر این پروتئین ساختاری تقریبا کروی شکل به قطر 50 آنگستروم و ارتفاع 35 آنگستروم است (Jansen و همکاران 2005 ،Jeffrey و همکاران1996). شکل 1-2- ساختار سوم و چهارم انسولین.(a شکل مونومر (b شکل دایمر (c شکل هگزامر. 1-1-2- سنتز هورمون انسولین انسولین به طور اختصاصی به وسیله ی سلول های بتای جزایر لانگرهانس پانکراس ساخته می شود. اولین محصول ترجمه ی ژن انسولین، پری پرو انسولین با 110 اسیدآمینه ای است و 24 اسیدآمینه آن مربوط به پپتید نشانه می باشد. این پپتید نشانه[13] با ذره ی شناساگر سیگنال[14] در سیتوزول بر همکنش می دهد. در مرحله ی بعد این کمپلکس از طریق گیرنده ی مربوطه وارد شبکه ی آندوپلاسمی می شود. با برش پروتئولیتیکی برروی پری پروانسولین در لومن شبکه ی آندوپلاسمی پرو انسولین تشکیل می شود. سپس در پروانسولین با تشکیل پیوندهای دی سولفیدی تا خوردگی مناسب ایجاد می شود. پروانسولین تا خورده به دستگاه گلژی منتقل می شود تا مراحل بعدی پردازش بر روی آن صورت گیرد. پروانسولین که توسط استینر[15] و همکاران کشف شد با حذف آنزیمی توالی اسید آمینه ای موسوم به پپتید C[16] در جایگاه های دو اسید آمینه بازی (آرژنین- آرژنین و آرژنین- لیزین ) تبدیل به انسولین می شود. در این پردازش آنزیمی موسوم به پروهورمون کانورتاز 3/1، پروهورمون کانورتاز 2 و کربوکسی پپتیداز E دخالت دارند. آنزیم های پروهورمون کانورتاز به صورت اختصاصی برش می دهند. پروهورمون کانورتاز 3/1 جایگاه اتصال بین زنجیره ی B و پپتید C را برش می دهد در حالی که پروهورمون کانورتاز2 مسئول برش ناحیه ی بین زنجیره ی A و پپتید C است. همچنین اسید های آمینه باقی مانده به وسیله ی آنزیم کربوکسی پپتیداز E حذف می شوند. در طی این پردازش سه مولکول آرژنین و یک مولکول لیزین آزاد می گردد (Masahiro و همکاران 2011). شکل1-3- نمایی از مراحل سنتز هورمون انسولین. 1-1-3- ترشح هورمون انسولین هورمون انسولین در پاسخ به محرک هایی چون گلوکز، آرژنین و سولفونیل اوره از سلول های بتای پانکراس ترشح می شود. البته محرک اصلی برای ترشح این هورمون گلوکز می باشد. گلوکز از طریق پروتئین انتقال دهنده ی غشایی GluT-2به درون سلول های بتای پانکراس وارد شده و به وسیله ی آنزیم گلوکوکیناز اکسایش می یابد. در محدوده غلظت پایین تر از mg/dl 90 گلوکز باز بودن کانال های پتاسیمی سبب ایجاد پتانسیل منفی در غشای سلول های بتا می شود که در این حالت کانال های ورود کلسیم به درون سلول بسته می باشد. با افزایش غلظت گلوکز پلاسما، دریافت سوخت وساز گلوکز به وسیله ی سلول های بتا افزایش می یابد که این پدیده موجب دپلاریزاسیون غشا و باز شدن کانال کلسیمی و افزایش غلظت درون سلولی کلسیم می شود. این پدیده در نهایت به اگزوسیتوز گرانول های انسولین منجر می گردد. از منظر ساختاری کانال های پتاسیمی وابسته به ATPدر پانکراس ازدو زیرواحد غیر مرتبط گیرنده سولفونیل اوره و زیرواحد کانال پتاسیم تشکیل شده است. شکل 1-4- نمایی شماتیک از سلول بتای پانکراس و چگونگی ترشح انسولین از این سلول. 1-1-4- اشکال مختلف هورمون انسولین ساختار بلوری انسولین برای اولین بار در سال 1926 توسط ابِل[17] گزارش شد. ده سال بعد اسکات[18] اهمیت یون روی را در ساختار بلور این پروتئین نشان داد (Scott 1934 ،Milthorpe و همکاران 1997) . انسولین در غلظت های کم به شکل مونومر می باشد و در غلظت های بالاتر و pH خنثی به صورت دیمر است. کمپلکس هگزامری انسولین در غلظت های بالا و در حضور یون روی ایجاد می شود. قابل ذکراست که شکل عملکردی انسولین در جریان خون به صورت مونومر و شکل ذخیره ای آن در سلول های بتای پانکراس به صورت هگزامر با دو یون روی می باشد. نیمه عمر هورمون انسولین در حالت مونومری 5 تا 10 دقیقه است. از آنجایی که این پروتئین در شکل هگزامری دارای نیمه عمر بالایی است به طور بالقوه می تواند متحمل تغییرات شیمیایی پس از ترجمه مانند قندی شدن غیرآنزیمی و استیلاسیون شود. 1-1-5- عملکرد زیستی هورمون انسولین انسولین نقش مهمی در تنظیم سوخت وساز مهره داران خصوصا سوخت وساز کربوهیدرات ها دارد. این پروتئین برای ایفای نقش هورمونی اش باید بطور صحیح به گیرنده ی غشایی اش وصل شود. اتصال انسولین به گیرنده غشایی سبب فعال سازی یکسری آنزیم های تیروزین کیناز و ایجاد دو اثر بلندمدت و کوتاه مدت می شود. در کوتاه مدت این هورمون باعث افزایش انتقال قند به درون سلول و افزایش سنتز پروتئین و مهار فرایند های هضم لیپیدی[19] می شود. فعال سازی و غیر فعال سازی یکسری آنزیم ها نظیر گلیکوژن سنتتاز و گلیکوژن فسفوریلاز از آثار کوتاه مدت این هورمون است. در بلندمدت این هورمون سبب فعال سازی آنزیم گلوکوکیناز می شود و همچنین برخی آنزیم­های مسیر گلوکونئوژنز را نیز مهار می کند. مطالعات زیادی بر روی جهش یافته های انسولین صورت گرفته است تا مشخص گردد که کدام باقیمانده های اسید آمینه ای در اتصال به گیرنده غشایی این هورمون مهم هستند. سه ناحیه حفاظت شده در ساختار انسولین در اتصال به گیرنده غشایی آن نقش برجسته ای دارند. این سه ناحیه شامل ناحیه ی انتهای N زنجیره ی A ( Gly1، Ile2، Val3، Glu4)، ناحیه ی انتهایی Cزنجیره ی A( Tyr19،Cys20،Asn21) و ناحیه انتهای C زنجیره ی B ( Gly23،Phe24، Phe25،Tyr26) می باشد. کلیه ی این باقیمانده های اسیدآمینه ای در سطح انسولین قرار می گیرند. بنابراین احتمال برهمکنش اینها با گیرنده­ی انسولین زیاد است. انواع جهش یافته انسولین انسانی که تمایل کمی برای اتصال به گیرنده ی این هورمون از خود نشان می دهند، در ایجاد تحمل گلوکز و هایپر انسولینمیا[20] مهم هستند. در این جهش یافته ها باقیمانده های اسید آمینه ای نواحی حفاظت شده با انواع دیگری جایگزین شده اند (Kwokو همکاران 1983، Pullen و همکاران 1976) جایگزینی های LeuB25 PheB25 ( انسولین شیکاگو)، SerB24 PheB24 ( انسولین لس آنجلس) و ValA3 LeuA3( انسولین واکایاما)، جهش هایی هستند که در سطح ژنی رخ می دهند و در نتیجه انسولینی ایجاد می شود که فقط 1 تا 5 درصد توانایی اتصال به گیرنده غشایی را دارد.-N استیلاسیون انتهای آمینی زنجیره ی A تا حدود 30 درصد اتصال این هورمون به گیرنده اش را کاهش می دهد. این پدیده بیانگر اهمیت بارهای مثبت گروه های آمین آزاد در این ناحیه است. حذف GlyA1 با کاهش 15 درصدی اتصال انسولین به گیرنده اش همراه است. با توجه به این مشاهدات گفته می شود که GlyA1 در اتصال صحیح انسولین به گیرنده این هورمون نقش دارد. این آمینواسید در تشکیل پل نمکی با انتهای کربوکسی زنجیره ی B نقش دارد (Wollmer و همکاران 1987، Nanjo و همکاران 1986، Blundell و همکاران 1972). اهمیت چهار اسیدآمینه ی انتهای کربوکسی زنجیره ی B( 26-23) در اتصال به گیرنده به وسیله ی انواع جهش یافته انسولینی شامل انسولین های شیکاگو و لس آنجلس مشخص شده است. مطالعات حذفی نشان می دهد که با حذف باقیمانده های اسیدآمینه ای انتهای کربوکسی زنجیره ی B (Tyr26،Thr27،Pro28،Lys29،Ala30) انسولینی موسوم به Despentapeptide (B26-B30) حاصل می شود. انسولین کوتاه شده تنها 20 درصد توانایی اتصال به گیرنده غشایی را دارد(1990 Tager، Riemanو همکاران 1983). 1-1-6- گیرنده هورمون انسولین گیرنده انسولین متعلق به خانواده تیروزین کینازی است که این خانواده در تمایز سلولی، رشد و سوخت وساز سلولی نقش مهمی ایفا می کند. گیرنده انسولین دارای خصوصیات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ویژه ای است که آن را از سایر اعضای این خانواده متمایز می کند. نقش فیزیولوژیکی اصلی این گیرنده در تنظیم متابولیکی است در حالی که سایر گیرنده­های تیروزین کیناز در تمایز و رشد سلول نقش دارند. نیمه عمر گیرنده ی هورمون انسولین حدود 7 ساعت می باشد. گیرنده­ی انسولین از دو نوع زیر واحد شامل دو زیر واحد آلفا و دو زیر واحد بتا تشکیل شده است که ساختار هتروتترامری ایجاد می کند. این دو زیرواحد با اتصال دی سولفیدی به یکدیگر وصل می باشد. این گیرنده در غشای پلاسمایی سلول های چربی، کبدی و ماهیچه اسکلتی قرار گرفته است. زیر واحد آلفا گیرنده انسولین با 720 اسیدآمینه در سطح سلول قرار دارد و جایگاه اتصال انسولین است. 620 اسیدآمینه ی زیر واحد بتای گیرنده انسولین سه ناحیه ی خارج سلولی، درون غشایی و سیتوزولی را تشکیل می دهد که وظیفه ی انتقال پیام به درون سلول را برعهده دارد. با اتصال انسولین به زیر واحد آلفا ساختار فضای گیرنده انسولین طوری تغییر می کند که این گیرنده در تیروزین های سیتوزولی زیر واحد بتا اتوفسفوریله می شود. در ادامه فسفوریلاسیون بر روی آنزیم های هدف صورت می گیرد و فعال سازی آن­ها در نهایت به بیان ژنی، رشد سلولی و سنتز چربی، پروتئین و گلیکوژن منجر می گردد(Ward و همکاران 2009 ، Lee و همکاران 1994). شکل1-5- مدل ساختاری گیرنده انسولین. هرگونه نقص و اختلال در سنتز، ترشح و عملکرد انسولین می تواند به یکسری علائم بالینی منجر گردد. دیابت یکی از اختلالات ناشی از نقص در سنتز و یا عملکرد انسولین می باشد. به طور طبیعی، بدن از گلوگز به عنوان انرژی استفاده می کند و برای مصرف گلوگز نیاز به انسولین است. در دیابت قندی یا بدن انسولین کافی تولید نمی کند و یا آنکه بدن از انسولین تولیدی بهره لازم را نمی برد و یا اینکه ترکیبی از هر دو اختلال به وجود می آید. وقتی گلوکز به مصرف سلول ها نرسد سطح آن در خون بالا می رود و در نهایت سبب آسیب به رگ های خونی، بافت های کبدی، قلبی، چشم ها و حتی سیستم عصبی می شود. 1-2- بیماری دیابت قندی بیماری دیابت به عنوان یکی از بیماری های شایعِ جهان امروز مطرح است. شیوع دیابت به دلیل افزایش جمعیت، چاقی و عدم تحرک فیزیکی ناشی از صنعتی شدن جوامع رو به افزایش است. مطابق پیش بینی سازمان بهداشت جهانی تعداد افراد دیابتی از 171 میلیون نفر در سال 2000 به 366 میلیون نفر در سال 2030 خواهد رسید. این بیماری شامل گروهی از عوارض متابولیکی است که مشخصه بارز آن بالا بودن گلوکز خون می باشد. بالا بودن قند خون منجر به علائمی نظیر تشنگی مفرط[21]، گرسنگی مفرط[22]، ادرار مکرر[23]، کاهش وزن و تاری دید می گردد. به طور کلی سه نوع اصلی دیابت قندی وجود دارد که شرح آنها در زیر آمده است. 1-2-1- دیابت نوع- I دیابت نوع- I 10 درصد افراد بیمار را شامل می شود. به دلیل نیاز به تزریق روزانه انسولین به آن دیابت وابسته به انسولین هم گفته می شود. این بیماری ناشی از نقص خودایمنی در سلول های بتای پانکراس می باشد. مارکر های ایمنی تخریب سلول های بتا شامل آنتی بادی علیه سلول های بتا، انسولین، گلوتامیک اسید دکربوکسیلاز و تیروزین فسفریلاز می باشد. آنتی بادی علیه یک یا چند مورد از موارد فوق در 85 تا 90 درصد افراد با قند خون ناشتا[24] دیده شده است. همچنین این بیماری ارتباط قوی با لوکوس ژنی آنتی ژن لکوسیت انسانی[25] دارد. سرعت تخریب سلول های بتا در افراد مختلف متفاوت است، در نوزادان و کودکان این پدیده سریع تر و در افراد بالغ با سرعت کمتری اتفاق می افتد. اگرچه عوامل متعدد ژنتیکی نقش برجسته ای در تخریب خودایمن سلول های بتا دارند ولی عوامل محیطی هم که هنوز به طور کامل شناخته نشده اند در بروز این اختلال موثرند. چاقی در افراد با این نوع بیماری دیده نمی شود البته وجود چاقی با این بیماری ناسازگار نیست. این بیماری افراد را برای ابتلا به اختلالات خودایمن دیگر مثل بیماری گریو[26]، بیماری ادیسون[27]، کم خونی کشنده[28] و کم کاری تیروئید هاشیموتو[29] مستعد می کند (2006 American Diabetes Association). 1-2-1-1- دیابت آدیوپاتیک[30] در برخی از افراد دیابتی نوع- I با وجود اینکه کاهش انسولین خون و کتواسیدوز[31] دارند اما هیچگونه شواهدی مبنی بر خود ایمنی در آنها دیده نمی شود. تعداد کمی از افراد دیابتی نوع- I در این گروه قرار می گیرند و اکثر افراد مبتلا نژاد آسیایی و آفریقایی دارند. در افراد با این نوع بیماری آنتی بادی علیه سلول های بتا دیده نمی شود و آنتی ژن لکوسیت انسانی در بروز آن نقشی ندارد. 1-2-2- دیابت نوع- II این شکل دیابت 90 درصد افراد بیمار را درگیر می کند و به آن دیابت غیروابسته به انسولین هم گفته می شود. مقاومت انسولینی و کمبود انسولین از علائم این بیماری است. افراد مبتلا به این بیماری عموما چاق هستند. در تحقیقات صورت گرفته ارتباط بین چاقی و مقاومت انسولینی دیده شده است. البته مقاومت انسولینی با کاهش وزن و درمان دارویی قندخون بالا بهبود می یابد. کتواسیدوز در این نوع دیابت به ندرت رخ می دهد و معمولا با بیماری های دیگری چون عفونت همراه می شود. این بیماری به دلیل اینکه افزایش قندخون در مراحل ابتدایی خیلی شدید نیست سریع تشخیص داده نمی شود. با این وجود این بیماران در معرض ابتلا به عوارض عروق خونی بزرگ و کوچک ( ماکرووسکولار[32]، میکرووسکولار[33]) می باشد. همچنین دیده شده است که در این افراد سطح انسولین خون طبیعی و یا حتی بالاتر است که این امر بیانگر آن است که سلول های بتای پانکراس این افراد سالم می باشد. خطر ابتلا به این نوع دیابت با سن، چاقی و عدم تحرک فیزیکی افزایش می یابد (2006 (American Diabetes Association. 1-2-3- دیابت حاملگی دیابت حاملگی حالتی است که در آن افزایش قند خون برای اولین بار در طی دوران بارداری( خصوصاَ سه ماه سوم ) دیده می شود. این نوع دیابت در 4 تا 10درصد موارد بارداری بروز می کند که سبب بروز مشکلاتی برای هم مادر و هم جنین می گردد. پیشگیری و کنترل دیابت در طی دوران بارداری ضروری است و در صورت عدم درمان و مدیریت می تواند فرد را بعد از بارداری در معرض ابتلا به دیابت نوع-II قرار دهد. دیابت حاملگی وقتی ایجاد می شود که گیرنده های انسولینی به خوبی عملکرد خود را انجام ندهند. به نظر می رسد که هورمون لاکتوژن جفتی[34] ترشح شده به وسیله جفت سبب کاهش حساسیت به انسولین می گردد(Thomas و همکاران 2005). 1-2-4- عوارض بیماری دیابت تنظیم قندخون تا حد زیادی عوارض ناشی از دیابت را کاهش می دهد. سیگار، افزایش کلسترول و فشار خون، چاقی و عدم تحرک فیزیکی از عوامل تسریع کننده عوارض دیابت هستند. عوارض دیابت قندی به طور عمده به دو دسته حاد و مزمن طبقه بندی می شود. عوارض حاد دیابت شامل کتواسیدوز، افزایش قند خون[35]، کاهش قند خون[36] و کمای دیابتی می باشد. عوارض مزمن دیابت خود به دو گروه بیماری ماکرووسکولار( عروق خونی بزرگ) و میکرووسکولار( عروق خونی کوچک) تقسیم بندی می گردد. این نوع عوارض اندام های بسیاری را تحت تأثیر قرار می دهد و به همین دلیل علت اصلی مرگ و میر دیابت محسوب می شوند. افزایش میزان قند خون سبب ضخیم شدن دیواره ی مویرگ ها شده که این پدیده سبب می شود که خون بر سطح داخلی مویرگ حالت چسبنده ای پیدا کند و به دلیل این پدیده گردش خون کاهش پیدا می کند. این اثرات در دراز مدت باعث آسیب به بافت هایی نظیر کلیه، چشم و اعصاب می شود. همچنین بالا بودن قند خون سبب سفتی سرخرگ ها ( تصلب شرائین[37]) می شود که این موضوع به بیماری های قلبی و مغزی منجر می گردد. بیماری قلبی یکی از علل مرگ و میر افراد دیابتی است به طوری که احتمال مرگ و میر افراد بالغ مبتلا به دیابت در اثر بیماری های قلبی 2 تا 4 برابر بیشتر از افراد غیر دیابتی است (2007 Centers for Disease Control and Prevention) . شایان ذکر است که خطر بروز بیماری قلبی- عروقی[38] در افراد دیابتی نوع- I نسبت به نوع - IIبسیار بالاتر است. پلاکت های افراد دیابتی معمولا نسبت به عوامل متراکم کننده ی پلاکت بسیار حساسند. ترومبوکسان[39] عامل اصلی متراکم سازی پلاکت ها و مسدود شدن رگ های خونی است. تحقیقات نشان داده اند که در افراد دیابتی نوع- II با بیماری قلبی-عروقی مقدار زیادی ترومبوکسان وجود دارد. یکی از داروهایی که به طور معمول به منظور پیشگیری و درمان بیماری های قلبی – عروقی تجویز می شود داروی آسپیرین است. بررسی ها نشان داده اند که مصرف روزانه ی 81 تا 325 میلی گرم داروی آسپرین به طور موثری سبب مهار سنتز ترومبوکسان می شود و احتمال ابتلا به بیماری قلبی- عروقی را در افراد دیابتی کاهش می دهد (1997Colwell، Hayden و همکاران 2002). 1-3- آسپرین آسپیرین( استیل سالسیلیک اسید) یک داروی غیراستروئیدی ضدالتهابی[40]است و یکی از داروهای پرمصرف جهان به شمار می رود به طوری که سالانه حدود 40000 تن از این دارو به مصرف می رسد. آسپیرین برای تسکین دردهای ملایم تا متوسط، سردرد، میگرن، کاهش تب و التهاب و درمان بیماری های التهابی چون پریکاردیت[41] و روماتیسم مفصلی[42] به کار می رود. همچنین این دارو به دلیل داشتن خاصیت ضد انعقاد خون می تواند به عنوان رقیق کننده خون به کار رفته و برای جلوگیری از وقوع سکته قلبی و یا مغزی در کسانی که سابقه آن را داشته اند مفید واقع شود. اخیرا بیان می شود که این دارو می تواند به منظور پیشگیری از برخی سرطان ها، خصوصا سرطان روده بزرگ[43] استفاده شود. عوارض جانبی این دارو نیز مانند بسیاری از داروهای دیگر مورد توجه پزشکان و مصرف کنندگان می باشد. از عوارض این دارو می توان به خونریزی معدی-روده ای[44]، مسمومیت کلیوی[45]، وزوز گوش[46] و واکنش های حساسیتی[47] مثل کهیر، خارش و تنگی نفس خصوصا در افراد مبتلا به آسم اشاره کرد (Alfonso و همکاران 2009). آسپیرین از دو بخش استیل و سالیسیلات تشکیل شده است که هر بخش عملکرد مشخصی دارند. گروه سالیسیلات عملکرد ضدالتهابی خود را از طریق مهار فاکتور B [48]NF-κانجام می دهد در حالی که گروه استیل سبب غیرفعال شدن آنزیم سیکلواکسیژناز[49] (COX) از طریق استیله کردن باقی مانده آمینواسیدی سرین می شود (Vane و همکاران 2003). آسپیرین به طور کامل از طریق دستگاه گوارش جذب می شود. این دارو ضمن گردش در پلاسما به یون استات و سالیسیلیک اسید تجزیه می شود. استفاده از آسپیرین نشاندار H3 و C14 نشان داده است که این ترکیب استیله کردن پروتئین ها در شرایط آزمایشگاهی[50] و درون بدن[51] را از طریق فرآیند ترانس استیلاسیون انجام می دهد. آسپیرین (استیل سالسیلیک اسید) یکی از عوامل استیله کننده است که باقی مانده انتهای N آمینواسید لیزین پروتئین هدف را استیله می کند( Rainsford و همکاران 1983). نیمه عمر این دارو با توجه به مقادیر مصرفی آن متفاوت است ولی به طور کلی حدود 3 تا 9 ساعت برآورد شده است. آسپرین و دیگر دارو های غیر استروئیدی- ضد التهابی مهارکننده های اصلی آنزیم Cox می باشند. Cox1 و Cox2 دو ایزوزیم آنزیم سیکلواکسیژنازهستند که در تولید پروستاگلاندین، پروستاسایکلین و ترومبوکسان دخیل اند. پروستاگلاندین ها و ترومبوکسان ها تولیدی به وسیله ی Cox به ترتیب عوامل پیش التهابی و انعقادی هستند. شکل1-6- نمایی از ساختار مولکولی داروی آسپیرین. 1-3-1- ساز و کار عملکرد آسپرین آسپرین به طور برگشت ناپذیر و غیر انتخابی هردو شکل آنزیم سیکلواکسیژناز را مهار می کند. این دارو به عنوان یک عامل استیله کننده عمل می کند به طوری که گروه استیل آن به گروه هیدروکسیل باقی مانده ی اسید آمینه ی سرین 530 در آنزیم سیکلواکسیژناز منتقل می شود. آسپیرین به دلیل ایمنی و ارزانی و موثر بودن در پیشگیری از بیماری قلبی و عروقی داروی مناسبی به شمار می رود. با توجه به استفاده آسپیرین به وسیله افراد دیابتی به منظور تعدیل عوارض ناشی ازاین بیماری، یکی از پروتئین های هدف این دارو، انسولین به ویژه شکل ذخیره ای به دلیل نیمه عمر بالای آن می باشد. انسولین دارای یک لیزین در زنجیره B (لیزین شماره 29) می باشد که جایگاه استیله شدن این پروتئین را در حضور عوامل استیله کننده فراهم می سازد. این پروتئین از خانواده پروتئین های آمیلوئیدوژنیک است به طوری که در شرایط ویژه ساختار فیبر مانندی موسوم به فیبرآمیلوئیدی ایجاد می کند. تحقیقات نشان می دهد که انسولین هم طی فرآیند تخلیص، هم در مدت انتقال و نگهداری و هم در محل تزریق عضلانی فیبر آمیلوئیدی تشکیل می دهد. از این رو انسولین همچون پروتئین های آلفاسینوکلئین و بتاآمیلوئید که نقش مهمی در بیماری های پارکینسون و آلزایمر دارند به عنوان یک پروتئین مولد فیبر آمیلوئیدی شناخته می شود.فیبرآمیلوئیدی پروتئین سمیت زیادی دارد به طوری که فرایند مرگ سلولی را در سلول های طبیعی و انواع سرطانی القاء می کند. از آن جایی که ساختار طبیعی این پروتئین در عملکرد زیستی آن اهمیت بسزایی دارد، لذا پیامد شرایطی که به پدیده توده شدن یا تشکیل فیبر آمیلوئیدی انسولین منجر شود به مشکلات اقتصادی و پزشکی مرتبط با این داروی پروتئینی می افزاید. 1-4- تا خوردگی و تجمعات پروتئینی یک موجود زنده سیستمی تکامل یافته ای متشکل از تعداد زیادی شبکه های مولکولی است. در چنین شبکه ای نقش کلیدی را پروتئین ها ایفا می کند. این ماکرو مولکول ها فرآیند های شیمیایی درون سلول را تنظیم می کنند. رسیدن به یک ساختار عملکردی از طریق بر همکنش بین باقی مانده های اسید آمینهی یک فرآیند اساسی برای عمکرد صحیح سیستم های زنده است. این فرآیند، تاخوردگی[52] پروتئین ها نامیده می شود. حالت فیبری پروتئین ها ساختاری است که از نظر ترمودینامیکی تحت شرایط فیزیولوژیکی پایدار است ( Dobsonو همکاران 1998). به منظور توصیف صحیح مسیر تاخوردگی پروتئین ها، مفهوم چشم انداز انرژی[53] در اواخر دهه 80 توسط جوزف برینگلسون[54] و پیتر والینس [55]مطرح شد (Bryngelson و همکاران 1987). بر اساس این طرح برای هر زنجیره پلی پپتیدی در پروتئین تعداد بسیار زیادی ساختار های فضایی ممکن (دارای حداقل انرژی) قبل از رسیدن به حالت کاربردی و نهایی وجود دارد که چنین فرآیندی از منظر انرژی طولانی (تناقض لوین[56] ) محسوب می شود. به منظور حل مشکل تناقض لوین یک توصیف قابل اعتماد تری برای تاخوردگی پروتئین ها تحت عنوان اصل حداقل سرخوردگی[57] مطرح شد. بر اساس این اصل در تکامل زیستی زنجیره های جانبی قطبی و آبگریز توالی اسید آمینهی پروتئین ها می توانند با یکدیگر برای رسیدن به حالت نهایی و تاخورده برهمکنش دهند. طبق این تعریف تعداد حداقل انرژی که پروتئین می تواند تجربه کند را کاهش می دهد (Dill و همکاران 1997، Wolynes و همکاران 1995). بدیهی است که جزئیات تاخوردگی بستگی به محیطی دارد که این فرایند در آن صورت می گیرد. در طول مسیر ممکن است ساختار های فضایی کاملا تا نخورده (حالت های حدواسط) در معرض برهمکنش های غیر صحیح با مولکول های حلال قرار بگیرند. چنین فعل و انفعالاتی سبب کاهش احتمال رسیدن به حالت طبیعی شده و یا منجر به ظهور گونه های غیر عملکردی در مسیر تاخوردگی شود. شکل1-7- نمایی از مراحل تاخوردگی پروتئین. برای جلوگیری از وقوع این پیامد نوعی تنظیم کیفی برای تا خوردگی پروتئین ها در طی تکامل زیستی ایجاد گردیده است. این تنظیم بر عهده مولکول های چاپرونی است که در تمامی قسمت های سلول حاضر هستند. این مولکول ها از ابتدای سنتز پروتئین به وسیله ی ریبوزوم تا انتهای مسیر تاخوردگی آن نقش ایفا می کنند (2001 Ellis ، Hartl و همکاران 2002). با وجود این پیشگیری و به دلیل پیچیدگی این فرآیند عدم تاخوردگی صحیح پروتئین همیشه می تواند اتفاق بیفتد و منجر به سوء عملکرد در سلول زنده و در نهایت ایجاد بیماری می گردد (2002 Horwich). در شکل 7-1 طرح حضور گونه های بالقوه در مسیر تا خوردگی پروتئین ها نمایش داده شده است. زمانی که یک زنجیره ی پلی پپتیدی نتواند به طور صحیح تا بخورد، حالت پایدار خود را از دست می دهد و جمعیت حالات تا نخورده و یا صحیح تا نخورده افزایش می یابد. این ساختار های باز پروتئین سبب افزایش تمایل بر همکنش مولکول های پروتئین با یکدیگر شده و گونه های الیگومری را به وجود می آورند (2004 Stefani). این بر همکنش ها می توانند به تشکیل تجمعات نامنظمی بیانجامد که اصطلاحا حالات بی شکل[58] گفته می شود و یا این که با برهمکنش های خاص تجمعات پروتئینی بسیار منظم به نام فیبرهای آمیلوئیدی را به وجود می آورد. ساز و کار تجمعات پروتئینی فقط مختص سلول نیست. در واقع می توان تحت تاثیر شرایط فیزیکی و شیمیایی خاص در شرایط آزمایشگاهی ایجاد تجمعات پروتئینی را القاء کرد. عوامل موثر در این پدیده شامل pH ، دما، قدرت یونی و عوامل واسرشته کننده می باشد(Jansenو همکاران 2005). در تجمعات پروتئینی بر همکنش های پروتئین- پروتئین و پروتئین- حلال وجود دارد. تغییر شرایط فیزیکی حلال مثل pH، نیروهای درگیر در بسته بندی صحیح پروتئین را تحت تاثیر قرار می دهد به طوری که بر همکنش های بین مولکولی جدید ایجاد می شود. تغییرات ساختار فضایی که ساختار های پروتئینی بی ثبات را ایجاد می کنند معمولا به عنوان گام کلیدی در فرآیند های تجمع شناخته می شوند (2004 Uversky). به طور خاص این مرحله شامل تضعیف برهمکنش ساختار دوم و سوم پروتئین ها خصوصا پیوند های هیدروژنی می باشد. در این شرایط پروتئین بد تاخورده[59] با ساختار حالت گویچه مانند[60] ایجاد می شود که در آن باقی مانده های اسید آمینه ای مخفی در معرض بر همکنش با حلال قرار می گیرند. شکل1-8- نمایی از ایجاد حالات مولکولی گوناگون در مسیر تاخوردگی پروتئین. 1-4-1- تجمعات منظم پروتئینی: فیبر آمیلوئیدی واژه آمیلوئید در سال 1854 توسط Virchow معرفی گردید. در قرن 19 و اوایل قرن 20 مطالعاتی بر روی ماهیت آمیلوئید و بیماری های مربوط به آمیلوئید در انسان صورت گرفته شد. در دهه های گذشته تحقیقات بسیاری به منظور فهم سازوکار مولکولی تشکیل فیبرهای آمیلوئیدی انجام شده است (Sipe و همکاران 2000، Attanasio و همکاران 2007). حدود 20 پروتئین آمیلوئیدی شناخته شده است که در انسان سبب بیماری های آمیلوئیدی می شوند. بیماری های انسانی مختلفی چون پارکینسون، سیستیک فیبروزیز، دیابت نوع- II با حضور پلاک های پروتئینی آمیلوئیدی درون بدن ها تشخیص داده می شود. اگر چه هنوز نقش و سازوکار فیبریل ها در بیماری زایی مشخص نشده است، مشاهدات تجربی بسیاری پیشنهاد می کنند که ارتباط قوی بین تشکیل فیبریل و شروع علائم بیماری وجود دارد (1996 Coelho). مطالعات ساختاری متعدد درون بدن زنده و در شرایط آزمایشگاهی نشان می دهند که صرف نظر از منشا پروتئین و یا بیماری مربوطه همه فیبر های آمیلوئیدی دارای خصوصیات مشترکی هستند. ساختار مشخص شده با اشعه X و پراش الکترونی[61] یک الگوی خاص را برای این نوع ساختار نشان می دهد. تصویر میکروسکوپ الکترونی فیبر های آمیلوئیدی نشان می دهد که این ساختارها دارای طولی حدود چند میکرومتر و ضخامتی حدود 5 تا 25 نانومتر را دارند (2007 Fandrich). علاوه بر این فیبرهای آمیلوئیدی در اتصال با نشانگرهای کنگورد و تیوفلاوین T (ThT) ویژگی های نوری خاصی را نشان می دهند. شکل1-9- تصویر شماتیک الگوی پراش اشعه X ساختار های بتا در فیبرهای آمیلوئید. 1-4-2- مراحل تشکیل فیبریل ها به طور کلی فیبریل ها طی سه مرحله تشکیل می شوند. مرحله اول وابسته به هسته زایی[62] است که مرحله ی محدود کننده سرعت[63] در فرآیند تشکیل فیبر محسوب می شود و از نظر ترمودینامیکی نامطلوب است. در این مرحله که با تغییرات ساختاری پروتئین طبیعی همراه است یکسری ترکیبات حد واسط تا نخورده ایجاد می شود که این ساختار ها ضمن بر همکنش با همدیگر الیگومرهایی تشکیل می دهند که به عنوان هسته اولیه برای تجمعات پروتئینی عمل می کنند. مرحله دوم مرحله طویل شدن[64] و افزایش طول فیبریل است که از نظر کینتیکی فرآیندی مطلوب می باشد و خیلی سریع تر از مرحله اول رخ می دهد. مرحله نهایی فاز تعادلی[65] است و سیستم از نظر ظاهری حالت ایستایی دارد. همچنین در این مرحله بر همکنش های جانبی بین فیبریل ها صورت می گیرد و فیبریل های بالغ و ضخیم ایجاد می گردد(Ahmad و همکاران2003، O’nuallainو همکاران 2006، Waugh و همکاران 1953). مطالعات نشان می دهند که افزودن هسته های از پیش تشکیل شده با کاهش زمان مرحله اول سبب تسریع تشکیل فیبریل آمیلوئیدی می شود. شکل1-10- کینتیک تشکیل فیبر آمیلوئیدی. شکل 1-11- نمایی از ساز و کار فیبریلاسیون هورمون انسولین. 1-4-3- پدیده فیبریلاسیون هورمون انسولین با توجه به این که تجمعات پروتئینی در زمینه های بیوشیمیایی و پزشکی تبعات جدی به وجود می آورند مطالعه این موضوع مورد توجه بسیاری از محققین می باشد. انسولین از جمله پروتئین هایی است که توانایی تشکیل فیبریل آمیلوئیدی را دارد که این پدیده موجب بروز مشکلاتی در زمینه پزشکی و دارویی می شود. مطالعه بر روی فیبریلاسیون انسولین از اوایل قرن بیستم شروع شد. پلاک آمیلوئیدی انسولین در بیماران دیابتی خصوصا بعد از تزریق مکرر زیر پوستی این هورمون گزارش شده است. بنابراین به نظر می رسد که مطالعه فیبریلاسیون انسولین یک راه درمان برای برای افراد دیابتی باشد. طی بررسی های مختلف تشکیل فیبرهای آمیلوئیدی انسولین، در شرایط متفاوت دیده شده است. برای مثال انسولین قادر است در5/2pH و دمای 37 درجه سانتی گراد فیبر آمیلوئیدی تشکیل دهد. همچنین می توان در 5/7pH و دمای 37 درجه سانتی گراد با استفاده از یک جداکننده یون روی مانند اتیدیوم دی آمیدتترااستیک اسید (EDTA) برای تبدیل شکل هگزامر به مونومر انسولین، ایجاد فیبرهای آمیلوئیدی انسولین را در pH فیزیولوژیک تسریع کرد. همچنین تحقیقاتی در زمینه آمیلوئیدی شدن انسولین و اثبات این موضوع که زنجیره B در آمیلوئیدی شدن این پروتئین نقش کلیدی دارد صورت گرفته است. نتایج نشان داده است که زنجیره B انسولین گاوی به تنهایی قادر به تشکیل فیبر در شرایط اسیدی می باشد. در واقع تشکیل فیبرهای آمیلوئیدی انسولین شامل دو فاز می باشد. فاز اول، فاز کند واکنش است و طی آن زنجیره B انسولین، فیبر آمیلوئید تشکیل می دهد و فاز دوم که فاز سریع واکنش است که طی آن سایر قسمت های فیبر انسولین در تشکیل فیبر شرکت می کند (Mauro و همکاران 2007،Hua و همکاران 2004). کینتیک فیبریلاسیون انسولین به کمک فلورسانس محیطی در حضور تیوفلاوین (ThT) Tتوسط Atta Ahmad در سال 2003 و در شرایط 4/7pH و در حضور غلظت های مختلف گوانیدین هیدروکلراید مطالعه گردید. نتایج پژوهش های پیشین نشان داد که گوانیدیوم هیدروکلرید در غلظت پائین (زیر 7/0 مولار) باعث کاهش فاز تاخیری و تسریع فیبریلاسیون انسولین می شود. اما این ترکیب در غلظت های بالاتر (5 مولار) با از بین بردن برهمکنش غیر کووالان درون مولکولی مانع از فیبریلاسیون انسولین می شود. این گروه در مطالعه ی دیگر به بررسی اثر غلظت اوره در کینتیک فیبریلاسیون انسولین متوجه شدند که 3 مولار اوره بهترین غلظت برای القا فیبریلاسیون انسولین است ( Ahmadو همکاران 2003). بطور کلی در فیبریلاسیون انسولین، pH پائین (حدود 5/1) و ارتعاش محیط باعث می شود که انسولین هگزامر ابتدا به حالت دیمر و آنگاه به صورت مونومر تبدیل شود. اگر چه تشکیل فیبر آمیلوئیدی به فرایندهای هسته ای شدن آن بستگی دارد، اما ویژگی فرایندهای هسته ای شدن بطور کامل شناخته نشده است. به نظر می رسد که هر عاملی که واسرشتگی مونومرهای انسولین را القا کند باعث تسریع فیبریلاسیون انسولین می شود. به عنوان مثال واسرشته کننده های شیمیایی (گوانیدین هیدروکلرید) و افزایش دما با باز کردن ساختار انسولین به القا فیبریلاسیون در این پروتئین منجر می شود. در مطالعه ی دیگری که توسط وسترگارد[66] و همکاران بر روی ساختمان کروی انسولین صورت گرفت، نشان داده شد که 5 تا 6 مونومر انسولینی در یک ساز و کار هسته زایی گرد هم جمع می شوند و یک ساختار کروی بوجود می آورند. سپس 13 عدد از این ساختارهای کروی برای ایجاد فیبر آمیلوئیدی انسولین اجتماع می کنند (Vestergaardو همکاران 2007). تجمع انسولین به صورت فیبرهای آمیلوئید در محل تزریق زیر پوستی انسولین و همچنین در هنگام استفاده از پمپ های انسولین در بیماران دیابتی مشاهده شده است. این تجمع باعث بروز پاسخ های ایمنی ناخواسته می شود (Dische و همکاران 1988). جهت تشکیل هسته اولیه برای تولید فیبرآمیلوئیدی انسولین ابتدا یک پروتوفیلامنت با قطر 2/1 نانومتر ایجاد می شود. سپس 4 پروتوفیلامنت دو پروتوفیبریل با قطر 9/1 نانومتر می سازد و در مرحله بعدی با بهم پیچیدن دو پروتوفیبریل یک فیبر انسولین با قطر 3 نانومتر ایجاد می­شود. البته در مدل های تجربی یک فیبر با قطر 8/4 نانومتر هم دیده شده که احتمالا" در اثر بهم پیچیدن یک پروتوفیبریل و یک فیبر تشکیل شده است (Khurana و همکاران 2003). در هنگام به هم تابیدن پروتوفیبرها قسمت هایی که با یکدیگر برهمکنش می کنند ثابت می باشد و دارای ساختار بتا است. همچنین نواحی که با هم برهمکنش ندارند اغلب متغیرند و ساختار لوپ مانند ایجاد می کنند. هنگامی که پروتئین از حالت طبیعی خارج می گردد نواحی آبگریز داخلی آن بیشتر در معرض محیط آبی قرار می گیرد. این نواحی با غشاء، متابولیت های کوچک، پروتئین ها و بسیاری از مولکول های دیگر که در محیط غلیظ داخل و خارج سلولی وجود دارند، برهمکنش می کنند (Xue و همکاران 2009). یکی دیگر از اختلالات مرتبط با فیبر آمیلوئیدی که مطالعات زیادی در مورد آن انجام شده است تغییر فعالیت و ساختار غشاء های سلولی و هموستازی یونی سلول در حضور این فیبرها است. فیبر آمیلوئیدی این عمل را ضمن برهمکنش با غشا و ایجاد گونه های فعال اکسیژنی[67] (ROS) و افزایش کلسیم درون سلولی انجام می دهند که در نهایت به مرگ سلول منجر می شود. پروتئین در حالت فیبر به ویژه در حالات اولیگومری، می توانند در غشا نفوذ کنند و حتی کانال تشکیل دهند. آپاپتوز یا نکروز سلولی یکی دیگر از عوارض ناشی از تشکیل فیبر آمیلوئیدی و تشکیلات حد واسط آن ها در سلول می باشد (Gharibyan و همکاران 2007) . شکل1-12- مدل سلسله مراتبی تجمع انسولین در تشکیل فیبر آمیلوئیدی. 1-5- نقش چاپرون ها در جلوگیری از فرآیند توده ای شدن و فیبریلاسیون پروتئین ها فرآیندتاخوردگی پروتئین ها در طی روند تکامل به وسیله سیستم های پشتیبانی درون سلول ها توسعه یافته است. این سیستم ها شامل خانواده های پروتئینی بسیار حفاظت شده ای است که مولکول های چاپرون نامیده می شوند و در غلظت های زیاد در تمامی سلول های زنده یافت می شوند (Mogk و همکاران 2002). چاپرون ها فرآیندهای تاخوردگی متنوعی را در طول عمر پروتئین ها از سنتز آنها تا تجمع و انتقال، عبور و مرور پپتیدها و تجزیه شدن شان هدایت می کنند(Barral و همکاران 2004). از آنجایی که شوک حرارتی سنتز این پروتئین ها را شدیدا القا می کند به آنها پروتئین های شوک حرارتی[68] گفته می شود. نقش این پروتئین ها جلوگیری از تغییر ساختار در پروتئین ها تحت عوامل استرس زا همچون استرس های اکسایشی، فلزات سنگین، خشکی، نمک و مواد شیمیایی سمی می باشد (Boston و همکاران 1996). پروتئین های شوک حرارتی به جایگاه های آبگریز برروی پلی پپتیدها متصل گشته و سبب بروز تغییرات ساختاری در آنها می گردند. با توجه به تحقیقات گذشته مشخص شده است که استفاده از پروتئین های آلفا کریستالین و بتا کازئین به عنوان چاپرون های مولکولی بسیار کارآمد می باشد. 1-5-1- چاپرون های آلفا کریستالین و بتا کازئین آلفا کریستالین متعلق به خانواده پروتئین شوک حرارتی و پروتئین اصلی تشکیل دهنده لنز است که در مهره داران بر اساس اندازه به چهار گروه شامل آلفا، بتا، گاما و دلتا تقسیم می شود. آلفا، بتا و گاما در اکثر مهره داران وجود دارد، اما زیر واحد دلتا فقط در پرندگان و خزندگان دیده می شود (de Jong و همکاران 1989، Simpsonو همکاران1994 ، Horwitz و همکاران 2000). آلفاکریستالین پروتئینی متشکل از دو زیر واحد αA ( با 177 اسید آمینه) و αB(با 175 اسید آمینه) است و نقش مهمی در شفافیت لنز و پیشگیری از آب مروارید دارد. در لنز مهره داران زیر واحدهای αA و αB به نسبت 3 به 1 وجود دارند. این پروتئین بسیار مشابه پروتئین های شوک حرارتی 15 تا 30 کیلو دالتونی (به ویژه در ناحیه انتهای C) است. کریستالین با عملکرد چاپرونی خود مانع تجمع و رسوب پروتئین های واسرشته و افزایش تحمل استرس سلولی می شود. آلفا کریستالین در هنگام شرکت در فعالیت چاپرونی یک اولیگومر 300 تا 800 کیلو دالتونی ایجاد می کند، در صورتیکه وزن مونومر آن حدود 20 کیلو دالتون است (Maulucci و همکاران 2011). نقش حفاظتی آلفا کریستالین در مقابل استرس های محیطی از طریق مهار پدیده تجمع پروتئین ها است. پروتئین های شیر شامل دو گروه کازئین ها (حدود 80%) و پروتئین های سرمی شیر (20%) می باشد. کازئین ها خود به 4 گروهαS1، αS2، β و κ تقسیم بندی می شود. پروتئین بتا کازئین شیر با 209 اسید آمینه عضو خانواده پروتئین های بدون ساختار[69] (IUP) است (O’Connell و همکاران 2003). یکی از عملکردهای بتا کازئین، فعالیت چاپرونی آن است که پروتئین را در برابر استرس ناشی از فرآیند توده ای شدن محافظت می کند و از تجمع رسوب فیبر آمیلوئیدی در غدد پستان جلوگیری می کند. پروتئین های چاپرونی آلفا کریستالین و بتا کازئین هر دو آمفی فیلیک (دارای یک سر قطبی و یک سر غیرقطبی) هستند. انتهای N آلفا کریستالین از انتهای C آن آبگریزتر است، در حالیکه در بتا کازئین انتهای C آن آبگریزتر است. دُمین های آبگریز این چاپرون ها، پایداری این پروتئین ها را افزایش می دهند (Lindner و همکاران 2000). در کل پروتئین های آلفا کریستالین و بتا کازئین به عنوان چاپرون به رسمیت شناخته شده اند و با اتصال به حد واسط های پروتئین هدف، کمپلکس محلول چاپرون- پروتئین هدف ایجاد می کنند (Carver و همکاران 2003). [1] Oskar minkowski [2] Joseph von mering [3] Frederick banting [4] Charles best [5] Macleod [6] .Kolip [7] Alpha helix [8] Beta sheet [9] Beta turn [10] Aggregation [11] Amyloid fiber [12] .Circular dichroism [13] Signal peptide [14] Signal recognition particle [15] Steiner [16] C-peptide [17] Abel [18] Scott [19] Lipolysis [20] Hyperinsulinemia [21] Polydipsia [22] Polyphasia [23] Polyuria [24] Fasting hyperglycemia [25] Human leukocyte antigen [26] Graves disease [27] Addisons disease [28] Pernicious anemia [29] Hashimoto’s thyroiditis [30] Idiopathic diabetes [31] Ketoacidosis [32] Macrovascular [33] Microvascular [34] Human placental lactogen [35] Hyperglycemia [36] Hypoglycemia [37] Atherosclerosis [38] Cardiovascular disease [39] Thromboxane [40] Nonsteroidal anti-inflammatory drug [41] Pericarditis [42] Rheumatoid arthritis [43] Colorectal cancer [44] Gastrointestinal bleeding [45] Nephrotoxicity [46] Tinnitus [47] Allergic reactions [48] Nuclear factor κB [49] Cyclooxygenase [50] In Vitro [51] In Vivo [52] Folding [53] Concept of energy landscape [54]Joseph Bryngelson [55] Peter Wolynes [56] Levinthals Paradox [57] Principle of minimal frustration [58] Amorphous [59] Misfold [60] Molten globule like structure [61] Electron diffraction [62] Nucleation [63] Rate limiting step [64] Elongation [65] Equilibrium phase [66]Vestergaard [67] Radical oxygen species [68] . Heat shock protein [69]Intrinsically unstructured protein دریافت فایل مطالعه نقش استیله شدن بر ساختار و ویژگی های آمیلوئیدی هورمون انسولین...