فصل اول

مقدمه

1-1- تئوري قفل و كليد

مفهوم برهم كنش مولكولي بسيار قديمي بوده و بوسيله مؤسسات يوناني و ايتاليايي استفاده شده است. در نيمه دوم قرن نوزدهم، ظهور نظريه‌هاي مدرن در مورد اين برهم كنش‌ها از ميان آزمايش‌هاي واندروالس در مطالعاتش پيرامون برهم كنش‌هاي مابين اتمها در حالت گازي آغاز شد و در سال 1894، فيشر نظريه مشهور «قفل و كليد[1]»اش را در مورد‌روش برهم كنش سوبسترا با آنزيم ارائه‌كرد(شکل‌1-1).

شکل 1-1: شمايي ارائه شده از مفهوم قفل و کليد فيشر در کمپلکس آنزيم – سوبسترا

براساس نظريه فوق، عمل خاص يك آنزيم با يك سوبسترا تنها مي‌تواند با استفاده از تشبيه قفل به آنزيم و كليد به سوبسترا توضيح داده شود. فقط وقتي كه كليد (سوبسترا) اندازه قفل باشد در درون سوراخ قفل (مكان فعال[2] آنزيم) جاي مي‌گيرد. كليدهاي كوچكتر، كليدهاي بزرگتر يا كليدهايي با دندانه‌هاي نامشابه (مولكولهاي سوبسترا با شكل و اندازه نادرست) در داخل قفل (آنزيم) جاي نخواهند گرفت (1). شکل 1-2 بخوبي اين موضوع را نشان مي دهد.

شکل 1-2 : نظريه قفل و کليد

در سيستم‌هاي زيستي، كمپلكس‌هاي مولكولي بواسطه‌ تعداد زيادي از برهم كنش‌هاي غير كووالانسي از قبيل پيوندهاي هيدروژني و پيوندهاي يوني تشكيل مي‌شوند. اگر چه اين برهم كنشها به تنهايي در مقايسه با پيوندهاي كووالانسي ضعيف مي‌باشند، ليكن تاثير همزمان اين پيوندها اغلب منجر به تشكيل كمپلكس‌هاي پايدار مي‌شود. برهم كنش‌هاي پيچيده مابين انواع مولكولها، شناخت مولكولها و توانايي تقليد از پيوندهای طبيعي، دانشمندان را براي مدت زمان طولاني مشغول كرده است. اين رويداد منجر به تشكيل رشته جديدي با عنوان شيمي تقليد زيستي[3] شده است. اصطلاح تقليد زيستي به وضعي گفته مي‌شود كه در آن فرايندهاي شيميايي از يك فرايند بيوشيميايي تقليد مي‌كنند، تا اینکه ساختارها و مكانيزم سيستمهاي زيستي شناخته شوند. دانشمندان در تلاش هستند كه اين دانش را به فنون سنتزي تبديل كنند. يكي از اين فنون سنتزي كه در دهه اخير مورد توجه واقع شده است، فن مولكول نگاري[4] مي‌باشد (1،2).

1-2- تاريخچه مولكول نگاري

در جهان به كرات اتفاق افتاده كه يك پديده موفقيت آميز شروع نااميد كننده اي داشته است و عرصه علم هم از اين امر استثناء نبوده و نيست. يكي از اين مسائل علمي كه شروع خوبي نداشته، روش مولكول نگاري مي‌باشد.

برای اولين بار مولکول نگاري در سال 1930 ميلادی بوسيله پولياکف[5] در بدست آوردن افزودني های گوناگون در يک ماتريس سيليکا مورد استفاده قرار گرفت. در دهه 1940 ميلادی لينوس پائولينگ (3) فرض کرد فرايندی شبيه مولکول نگاری مسئول انتخاب پادتن ها برای آنتي ژنهای مربوط شان مي باشند (شکل 1-3). پائولينگ براي توجيه توانايي شگفت‌انگيز سيستم ايمني بدن انسان در توليد پادتن‌هاي بسيار متفاوت، فرضيه‌اي را ارائه داد. برطبق اين فرضيه بدن انسان واحدهاي ساختماني سريع‌العملي را در اختيار دارد كه به محض حضور مولكول غير خودي در بدن، اين واحدها، مولكول غير خودي (مهاجم) را محاصره كرده و با گروههاي عاملي مناسب خود با آن برهم كنش مي‌دهند و سپس در همان وضعيت به هم متصل شده و يك قالب مولكولي را براي مولكول مهاجم به وجود مي‌آورند. تئوری فوق توسط فرانک ديکي[6] شاگرد پائولينگ، با انجام آزمايش هايي که جذب ويژه را برای چندين رنگ متفاوت در سيليکا نشان مي داد، تائيد شد. امروزه مشخص شده است که پادتن ها بر اساس نظريه اختصاصي بودن پاسخ ايمني توليد مي شوند. بر اساس اين نظريه، از برخورد هر ياخته با آنتي ژن مربوط، آن ياخته تکثير مي يابد و به مجموعه اي از ياخته هاي يکسان تبديل مي شود که فعاليت مشابهي را نشان مي دهند، لذا نظريه توليد پادتن انعطاف پذير در پاسخ به يک آنتي ژن اشتباه مي باشد.

شکل 1-3: تشکيل پادتن بر اساس نظريه پائولينگ A) تشکیل زنجير پلي پپتيد پادتن اطراف آنتي ژن B) زنجیر پلی پپتید پادتن شروع به لایه لایه شدن جهت تشکیل ساختار epitope می کند (c پادتن تشکیل می شود

ولي همين فرضيه اساس يك روش جالب را در جداسازي بنيان نهاد كه امروزه به نام روش مولكول نگاري معروف است.

در اين قسمت به طور مختصر در باره تاريخچه روش های مختلف مولکول نگاری بحث خواهيم کرد.

[1]Lock and key

[2]Active site

[3]Biomimetic chemistry

[4] Molecular imprinted

[5] MV Polyakov

[6] Frank Dickey