تحقيق إخباري

علم البلوريات: أســـرار ذَرِّيـَّــــة

100 عام مضت على نشأة علم البلورات

نيكولا جونز
  • Published online:

حصل العالِم الألماني ماكس فون لاوي في عام 1914 على جائزة نوبل في الفيزياء، لاكتشافه كيف تُحيّد البلورات الأشعة السينية. وهي الظاهرة التي أدت إلى علم دراسة البلورات باستخدام تلك الأشعة. ومنذ ذلك الحين، استخدم الباحثون الحيود لدراسة التركيبات البلورية للجزيئات المعقدة، بدءًا بالمعادن البسيطة إلى مواد التقنية العالية، مثل الجرافين والتركيبات البيولوجية، بما فيها الفيروسات. ومع التقدم التقني، تسارعت وتيرة الاكتشافات، إذ يتم حاليًا الحصول على صور لعشرات الآلاف من التركيبات الجديدة كل عام. لقد نجحت درجة الوضوح لصور البروتينات البلورية في التسعينات من القرن العشرين في تخطي عقبة حرجة، وهي تمييز الذرات المفردة. وتبشِّر مصادر الأشعة السينيّة الحديثة بإمكانية الحصول على صور لبروتينات.. مِن الصعب ـ أو المستحيل ـ أن توجد في صورة بلورات كبيرة.

كبر الصورة


مزيد من التقدم

جَمَعَ بنك معلومات البروتين العالمي تركيبات دقيقة للبروتينات منذ عام 1971. والآن، يوجد في البنك ما يقرب من 100,000 مدخل. وتشتمل بنوك بيانات أخرى ـ مثل «قاعدة بيانات علم البلورات المفتوحة» (COD) ـ على تركيبات لكل شيء.. من العناصر المعدنية إلى المعادن والجزيئات البيولوجية الدقيقة. وتقوم قاعدة البيانات بإضافة تعليمات لقاعدة بياناتها؛ لتوضح كيف تتمكن من طباعة نماذج ثلاثية الأبعاد لبعض التركيبات.

كبر الصورة


مزيد من الوضوح

مكنّت التقنيات المتطورة لعمليتي التصوير وتفسير البيانات الباحثين من رؤية تفاصيل دقيقة في بعض التركيبات، والتغلب على جزيئات معقدة أكثر من أي وقت مضى.

كبر الصورة


100 عام مضت على نشأة علم البلورات

1913: الماس

مكنت صور الحيود الباحثين من التأكد من البنية التركيبية رباعية السطوح لذرات الكربون في هذه البلورة الشهيرة.


1923: هيكسا ميثايلين تترامين

هو أول جزيء عضوي تم تصويره، وقد وقع عليه الاختيار لأنه يمتلك شكل ذو تماثل مكعب بسيط. لقد أثبت أن الجزيئات، وليس فقط الذرات، يمكن أن تشكل عناصر تكون البلورة.

Am. Chem. Soc.


1925: الكوارتز

يعد تحديد البنية التركيبية لمعادن السيليكات أحد ركائز علم المعادن.


1952: الحمض النووي

ساعدت صورة الأشعة السينية التي التقطها العالم روزاليند فرانكلين للحمض النووي، والمعروفة باسم الصورة 51، العالمين جيمس واطسون وفرانسيس كريك لوضع نموذجهما الشهير للولب المزدوج. لم يتسن أخذ صورة بوضوح على المستوى الذري للبنية التركيبية المقترحة عام 1953 حتى تحقق ذلك في العام 1980.

King’s College London


1958: مايوجلوبين

الطيات غير المنتظمة التي شوهدت في البنية التركيبية لأول بروتين تم تصويره كانت مفاجأة كبيرة.


1965: لايسوزايم

أول إنزيم تم تصويره، وقد تم استخلاصه من بياض بيضة دجاجة.


1970: السينكروترون

تعد دراسة عضلة حشرة بمسرع الجسيمات "السينكروترون الالكتروني الألماني" (DESY) في مدينة هامبورج أول استخدام للأشعة السينية المتولدة بواسطة السينكروترون. وقد تسبب استخدام مثل هذه الآلات في طفرة في دراسات علم البلورات.


1978: فيروس التقزم الشجري للطماطم

أول صورة على المقياس الذري لفيروس كامل: في هذه الحالة فيروس نباتي. كشف هذا عن القواعد التركيبية التي وجدت متحققة أيضا في مسببات الأمراض للإنسان بعد مرور بضع سنوات قليلة.


1984: أشباه البلورات

تم التعرف على البلورات الأولى مع الترتيبات الذرية التي لا تتكرر بالمثل، متحدية الطبيعة العامة للبلورات.

US Dept of Energy/AFP/Getty


2000: ريبوسوم

الآلة الجزيئية التي تجمع البروتينات من تعليمات مشفرة في الحمض النووي.

V. Ramakrishnan & D. E. Brodersen/Medical Research Council


2009: ليزر الأشعة السينية والالكترون الحر

بدأ مصدر الضوء المتزامن (الليناك LINAC) في مختبر التعجيل القومي (السلاك SLAC) في مينلو بارك، بكاليفورنيا بالعمل فاتحًا المجال لإمكانيات تصوير جديدة.


2013: فيروس العوز المناعي الانتهازي

ساعدت صورة الأشعة السينية للخطاف الذي يستخدمه فيروس العوز المناعي ليرتبط مع خلايا الانسان في حسم الأمر في معرفة كيف يكون شكل هذا البروتين الهام.

AAAS


المستقبل

قائمة البروتينات "الأكثر طلبًا" للتصوير هي تلك التي تشتمل على جسيم التضفير الكبير spliceosome، والذي يساعد على تنظيم وتحرير الحمض الريبي المرسال، وحتى تجمعات الأنوية المسامية الكبيرة التي تقوم بوظيفة حارس بوابة النواة.

يمكن أن تحتوي هذه التراكيب على المئات من البروتينات التي تجعل من الصعب تبلورها أو بقائها ثابتة ليتم تصويرها.

أحد هذه الاستراتيجيات هو أن يتم بلورة أجزاء صغيرة من هذه التراكيب وتجميعها مع بعضها البعض مثل البانوراما، ومن ثم استخدام ليزر الأشعة السينية والالكترون الحر والذي قد يساهم في التغلب على هذه المشكلة.