عائلة كوبين الخارقة

تُعدّ عائلة بروتينات الكوبين عائلةً فائقةً ومتنوعةً من البروتينات، سُمّيت نسبةً إلى نطاقها البرميلي المحفوظ ( كلمة "كوبا" هي الكلمة اللاتينية التي تعني برميلًا صغيرًا). تضمّ هذه العائلة الفائقة مجموعةً واسعةً من الإنزيمات ، بالإضافة إلى بروتينات تخزين البذور غير الإنزيمية . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تلعب أفراد هذه العائلة الفائقة دورًا في الحساسية، لا سيما بروتينات تخزين البذور مثل غلوبولينات 7S و11S، والمعروفة أيضًا باسم فيسيلينات وليغومينات على التوالي. توجد هذه البروتينات بتركيزات عالية في بذور النباتات أحادية الفلقة وثنائية الفلقة ، وهي عنصر مهم في النظام الغذائي البشري الطبيعي.

كان توماس بور أوزبورن، في أواخر القرن التاسع عشر، أول من درس بروتينات تخزين البذور بشكل منهجي من خلال خصائص ذوبانها. وقد صنّف البروتينات إلى أربعة أنواع: الألبومينات الذائبة في الماء؛ والغلوبولينات الذائبة في الملح، مثل الفيسيلين (الذي يتميز بمعامل ترسيب S، وهو مقياس لكتلة البروتين يُحدد بواسطة الطرد المركزي الفائق التوازني للترسيب) ويبلغ حوالي 7 وحدات سفيدبيرغ (ومن هنا جاء الاسم الشائع غلوبولين 7S )، والليغومين (11S)؛ والبرولامينات الذائبة في الكحول/الماء - الموجودة في الحبوب؛ ونوع رابع، هو الغلوتيلينات، وهي بروتينات صعبة الذوبان لم تعد معروفة، وتُصنف الآن ضمن بروتينات تخزين البرولامين أو الغلوبولين منخفضة الذوبان. يتكون الغلوتين من خليط من البرولامينات: الغلوتينين والغليادين. يُعتبر أوزبورن وزميله لافاييت مندل من جامعة ييل مؤسسي علم التغذية الحديث.

في وقت سابق، كان فطر Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) deBary أول كائن حي يُفرز حمض الأكساليك (الأكسالات) يُوصف في وقت مبكر من عام 1886 في كتاب علم النبات (Botan. Z.) على يد أ. دي باري. ومع ذلك، ولأن الفطريات المُفرزة للأكسالات لا تُشكل تهديدًا كبيرًا لمحاصيل الحبوب، لم تُجرَ أي دراسات حول هذا التفاعل لما يقرب من مئة عام. في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، تم تحديد بروتين أُطلق عليه اسم "جيرمين" في أجنة القمح النابتة؛ وفي أوائل تسعينيات القرن العشرين (1992)، وُجد أنه إنزيم ذو نشاط أكسيداز الأكسالات (OXO) يُحوّل ركيزة الأكسالات إلى ثاني أكسيد الكربون وبيروكسيد الهيدروجين. وسرعان ما تبع هذا الاكتشاف الأخير لبروتين "جيرمين" اكتشاف "عائلة بروتينات كوبين الفائقة".

يشترك الليجومين والفيسيلين في سلف تطوري مشترك، وهو بروتين شبيه بالفيسيلين موجود في بوغ السرخس، ويُظهر أيضًا بعض خصائص الليجومين. يحتوي كل من هذين البروتينين على "وحدات فرعية" متكافئة، مما يشير إلى تطورهما من سلف أحادي الجين تضاعف خلال التطور. وقد اقتُرح أن "الجرمن"، الذي وُجد لأول مرة، ولا يُعرف وجوده إلا في "الحبوب الحقيقية": الشعير، والذرة، والشوفان، والأرز، والقمح، وهو إنزيم نباتي، يُسمى أوكسيداز الأكسالات، "بروتين صغير شديد التحمل"، كان سلفًا من هذا القبيل. وقد حفزت هذه الفرضية البحث عن الجذور التطورية لبروتينات تخزين البذور التي تشمل بروتينات غذائية مثل بروتين فول الصويا - المعيار الذهبي للبروتينات النباتية - نظرًا لمحتواه المتوازن من بروتين 7S و11S، وأنواع أخرى من الفاصوليا، والحبوب الزائفة مثل الحنطة السوداء والكينوا، وبذور اليقطين، والكاكاو، والقهوة، والمكسرات، وحبوب الشوفان والأرز.

كشف هذا البحث عن عالم جديد: أن بروتينات غلوبولين تخزين البذور (7S و11S)، بالإضافة إلى العديد من البروتينات النباتية الأخرى غير التخزينية {ولا سيما الجرمينات (G-OXOs) والبروتينات الشبيهة بالجرمينات (GLPs)} والبروتينات الميكروبية، تنتمي إلى عائلة فائقة واسعة من البروتينات تُعرف باسم "عائلة بروتينات الكوبين الفائقة"، والتي سُميت بهذا الاسم نسبةً إلى طية بيتا-باريل المحفوظة ( كلمة cupa هي الكلمة اللاتينية التي تعني برميلًا صغيرًا) والتي اكتُشفت في الأصل داخل الجرمين والبروتينات الشبيهة بالجرمين من النباتات العليا. الجرمين هو أحادي الكوبين، بينما 7S و11S كلاهما ثنائي الكوبين. إنها "عائلة فائقة" كبيرة ومتنوعة وظيفيًا بشكل هائل من البروتينات، ويبلغ عددها الآلاف، ولها أصل مشترك، ويمكن تتبع تطورها من البكتيريا إلى حقيقيات النوى، بما في ذلك الحيوانات والنباتات العليا. تُعد "الكوبينات" أكثر عائلات البروتينات الفائقة تنوعًا وظيفيًا، وتوجد في جميع النباتات البذرية (النباتات الحاملة للبذور). علاوة على ذلك، بات من المعروف الآن أن بروتينات GLPs بروتينات نباتية واسعة الانتشار، لم تعد مرتبطة فقط بإنبات الحبوب ، بل تشارك أيضًا في استجابات النبات للإجهاد الحيوي وغير الحيوي . ^{[ 3 ]} "بروتينات G-OXOs وGLPs هي بروتينات نباتية متعددة الوظائف". ^{[ 4 ]}

يُعرف إنبات الحبوب الحقيقية بأنه العضو "النموذجي" لعائلة بروتينات الكوبين الفائقة، إلا أنه لا يُعتبر برميلًا فارغًا، بل هو عبارة عن طية " لفافة جيلي" تتكون من ست وحدات فرعية أحادية ملفوفة في ثلاثة أبعاد لتشكيل شكل برميلي. يُفسر هذا التركيب طبيعته "المقاومة" المذهلة تجاه مختلف العوامل "المُفسِّخة": إذ تشترك جميع الإنباتات في ثبات ملحوظ عند تعرضها للحرارة والمنظفات ودرجات الحموضة القصوى، بالإضافة إلى مقاومتها للإنزيمات البروتينية (الهضمية) ذات التخصص الواسع. تنتمي بروتينات تخزين البذور في الأعشاب والحبوب إلى عائلة بروتينات البرولامين الفائقة التي تحمل الاسم نفسه، والتي تشمل أيضًا ألبومينات النبات (2S). لا يُعتبر بروتين تخزين بذور البرولامين، المميز للحبوب والأعشاب، مغذيًا جدًا نظرًا لاحتوائه على نسبة عالية من حمض البرولين الأميني، الذي يشترك فيه مع الجيلاتين، ونسبة منخفضة من الليسين، وهو حمض أميني أساسي.

تم التعرف على إنزيم الجرمين في المراحل المبكرة من إنبات بذور القمح، ومن هنا جاء اسمه. وقد اختار الإنسان الحبوب المستأنسة، ولا سيما قمح الخبز سداسي الصبغيات (بينما قمح الديورم، المستخدم في صناعة المعكرونة والسميد، رباعي الصبغيات)، لمقاومته للفطريات الممرضة. وبعد سنوات عديدة، اكتُشف أن هذا القمح يمتلك نشاط إنزيم أوكسالات أوكسيداز، الذي يُنتج بيروكسيد الهيدروجين المضاد للميكروبات من حمض الأكساليك، وهو حمض ثنائي الصبغيات، يُفرزه فطر غازٍ أو ميكروب آخر. وينتج عن تفاعل الأوكسالات مع كاتيون الكالسيوم أكسالات الكالسيوم، وهي نوع من حصى الكلى لدى الإنسان. ومن المثير للدهشة أن الأوكسالات هي أحد نواتج أيض الأسكوربات (فيتامين ج)، ومن الجدير بالذكر أن الأسكوربات هو طليعة مباشرة للأوكسالات في النباتات.