مستخدم:Momas/ملعب

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث

دورة الحياة[عدل]

توجيه البروتين[عدل]

يجب أن تُنقل البروتينات المخلّقة في السيتوبلازم في خلايا حقيقيات النوى إلى مختلف عضيات الخلية: النواة، المتقدرة، الشبكة الإندوبلازمية، جهاز غولجي، الجسيمات الحالة ... إلخ لأداء وظائفها، كما أن بعض البروتينات يجب أن تنتقل إلى المحيط خارج الخلوي.[1] ولكي تدخل حيزا خلويا محددا؛ على البروتينات أن تمتلك علامة مميزة، تكون هذه العلامة في معظم الحالات جزءا من تسلسل الأحماض الأمينية لذلك البروتين (ببتيد قائد أو ببتيد إشعاري) طوله من 15 إلى 30 حمض أميني وفي بعض الأحيان قليل سكاريد مرتبط بالبروتين ويعمل كعلامة مميزة.[2].

تبدأ رحلة البروتينات أولا نحو الشبكة الإندوبلازمية إما أثناء التخليق أو بعده، حيث يتم قص الببتيد الإشعاري والدخول إلى تجويف الشبكة الإندوبلازمية بواسطة الموقع البروتيني Sec61.[3] [4] ومن الشبكة الإندوبلازمية نحو جهاز غولجي ومن هناك نحو الجسيمات الحالة ثم إلى الغشاء الخلوي أو إلى المحيط خارج الخلوي وذلك عبر حويصلات. البروتينات التي تملك ببتيد إشعار نووي يتم نقلها إلى النواة وتدخل إليها عبر المسام النووي، وكذلك الحال بالنسبة للبروتينات الخاصة بالمتقدرة والبلاستيدات الخضراء، تنتقل إلى أهدافها عبر مسامات بروتينية على أغشية هذه العضيات بمساعدة بروتينات الشابرون.

الحفاظ على البنية والتحلل[عدل]

الحفاظ على البنية الفراغية الصحيحة للبروتينات أساسي لعملها الطبيعي، التطوي غير الصحيح للبروتينات يؤدي إلى تكدسها ويمكن أن يحدث بسبب طفرات، تأكسد، ظروف الإجهاد أو تغيرات عامة في فيسيولوجية الخلية. تكدسات البروتين علامة على الهرم. يُعتقد أن التطوي الخاطئ للبروتين يمكن أن يسبب أو يفاقم أمراضا مثل: التليف الكيسي، أمراض الاختزان في الجسميات الحالة وأمراض التحلل العصبي ( ألزهايمر، هنتنغتون وباركنسون).[5]

خلال عملية التطور، طورت الخلية أربع آليات أساسية لمواجهة التكدسات البروتينية. إعادة التطوي بمساعدة الشابرونات والإنقسام بواسطة الببتيدازات وهما آليتان موجودتان عند كل من البكتيريا والكائنات المعقدة، الالتهام الذاتي وتكدس البروتينات المتطوية بشكل خاطئ في أمكنة ليست عضيات خلوية أو أغشية، وهما خاصيتان تميزان حققيات النوى.[6][7]

الشابرونات[عدل]

نظرة علوية لمركب الشابرونات البكتيري GroES/GroEL.

دعمت قدرة البروتينات على استعادة بنيتها الصحيحة ثلاثية الأبعاد بعد التمسخ فرضية أن جميع المعلومات حول البنية النهائية للبروتين مخزنة في تسلسل أحماضه الأمينية. حاليا، يوجد قبول عام لنظرية أن البنية المستقرة للبروتين تملك حدا أدنى من الطاقة الحرة مقارنة بالبنى الأخرى المحتملة لعديد الببتيد ذاك.[8]

توجد في الخلية مجموعة من البروتينات تسمى الشابرونات وظيفتها ضمان التطوي الصحيح للبروتينات الأخرى بعد تخلقها في الريبوسوم، وإعادت البروتينات إلى بنيتها الصحيحة بعد تضررها وتفسخها، وكذلك تشكيل وتفكيك المركبات البروتينية. يزداد تركيز الشابرونات في الخلية بالازدياد الحاد في درجة حرارة المحيط، ولذلك هي تنتمي إلى مجموعة (بروتينات الصدمة الحرارية-heat shock proteins) (Hsp). [9] أهمية الوظيفة العادية للشابرونات لعمل الجسد يمكن توضيحها بمثال عن الشابرون α-كريستالين وهو جزء من عدسة العين البشرية، حيث تؤدي طفرات في هذا البروتين إلى تعتيم العدستين بسبب تكدسات البروتين وكنتيجة لذلك يصاب الإنسان بمرض الساد.[10]

تحلل البروتين[عدل]

في حالة استحالة استرجاع البنية الثالثية للبروتينات المتضررة فإن الخلية تقوم بالتخلص منها وتدميرها، تسمى البروتينات التي تقوم بتحليل البروتينات بالبروتيازات. تصنف إنزيمات التحليل حسب مكان عملها ونوع ركيزتها إلى:

تبعا لآلية تحفيز التحلل فإن الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية تحدد العديد من أصناف البروتيازات منها: بروتياز السيرين، بروتياز الأسبارتيك، بروتياز السيستئين والبروتيناز الفلزي.[11]. البروتوزوم نوع خاص من البروتيازات وهو عبارة عن بروتياز ضخم متعدد الوحدات الفرعية يتواجد في نواة وسيتوبلازم حقيقيات النوى، العتائق وبعض البكتيريا.[12][13].

في سبيل أن يتم قص البروتين المستهدف بواسطة البروتوزوم، يجب أن يتم تمييزه عبر ارتباط بروتين يوبيكويتين صغير به، تفاعل إضافة اليوبيكويتين يُحفز من قبل إنزيمات ليغاز اليوبيكويتين. ارتباط جزيء اليوبيكويتين الأول يعمل كإشارة لإنزيم الليغاز على ربط المزيد من جزيئات اليوبيكويتين ، وكنتيجة لذلك سلسلة عديد اليوبيكويتين ترتبط بالبروتين والذي يرتبط بدوره مع البروتوزوم الذي يقوم بقص هذا البروتين المستهدف.[12][13] وتسمى هذه الآلية: تحلل البروتين المعتمد على اليوبيكويتين. يتم تحلُّلُ 80–90% من البروتينات الداخل خلوية بمساهمة البروتوزوم.

تحلل البروتين في البيروكسية مهم للعديد من العمليات الخلوية بما في ذلك دورة الخلية، تنظيم التعبير الجيني والاستجابة للإجهاد التأكسدي.

الالتهام الذاتي[عدل]

(A) مخطط للالتهام الذاتي. (B) صورة مجهرية إلكترونية لبُنى الالتهام الذاتي في دهون جسم يرقات ذبابة الفاكهة. (C) جسيمات بلعمي ذاتية معلمة بالفلورية في كبد فئران مُجوَّعة.

الالتهام الذاتي هو عملية تحلل الجزيئات الحيوية طويلة العمر كالبروتينات والعضيات في الجسيمات الحالة لدى الثدييات أو الفجوات العصارية لدى العتائق، وهي آلية خلوية طبيعية تقوم بتفكيك المكونات غير الضرورية المختلة وظيفيا،[14] وتسمح بتفكيك وإعادة تدوير المكونات الخلوية.[15][16] المحفزات التي تزيد من عملية الالتهام الذاتي في الخلايا هي نقص التغذية، وجود عضيات متضررة في السيتوبلازم وتواجد بروتينات متمسخة جزئيا وتجمعاتها في السيتوبلازم.[17].

توجد ثلاث أنواع رئيسية من الالتهام الذاتي: الالتهام الذاتي الميكروي، الإلتهام الذاتي الماكروي والالتهام الذاتي المعتمد على الشابرونات.

في الالتهام الذاتي الميكروي، يتم حبس جزيئات ضخمة وأجزاء من أغشية خلوية بواسطة الجسيمات الحالة، يمكن للخلية بهذه الطريقة هضم البروتينات حين يكون هنالك نقص في الطاقة أو مواد البناء. لكن عمليات الالتهام الذاتي الميكروي تحدث تحت الشروط الطبيعية وهي في العادة غير اختيارية. وتحدث عبر الابتلاع المباشر للمكونات السيتوبلازمية بواسطة الجسيمات الحالة،[18] ويتم هذا عبر الانغلاف وهو التطوي الداخلي لغشاء الجسيم الحال، أو النتوء الخلوي.[19]

في الالتهام الماكروي وهو المسار الرئيسي المستخدم أساسا للتخلص من العضيات المتضررة والبروتينات غير المستخدمة،[20] يقوم الفاغوفور -وهو غشاء مزدوج- بإحاطة المواد التي يجب تحللها (متقدرة، ريبوسوم) وتشكيل غشاء مزدوج يعرف بالجسيم البلعمي الذاتي حول العضيات المعلَّمَة للقضاء عليها.[21][19] بعد ذلك ينتقل الجسيم البلعمي الذاتي في السيتوبلازم إلى الجسيم الحال ويندمج معه [21]، وبداخل الجسيم الحال يتم تفكيك مكونات الجسيم البلعمي الذاتي عبر إنزيمات الهيدرولاز الحمضي الموجودة فيه.[22].

الالتهام الذاتي المعتمد على الشابرونات (CMA) هو مسار معقد واختياري يتطلب تعرُّف المركبات المحتوِيَة hsc70 على البروتين المستهدف.[19][23] وهذا يعني أن البروتين يجب أن يحتوي على موقع تعرف لمركب hsc70 الذي يسمح بارتباط الشابرون وتشكيل معقد "CMA-ركيزة-شابرون".[22]، ينتقل بعد ذلك هذا المركب إلى مكان ارتباط البروتينات في غشاء الجسيم الحال والذي يتعرف ويرتبط بمستقبل CMA ما يسمح له بدخول الجسيم الحال، بعد التعرف يتم فك طي الركيزة البروتينية ونقلها عبر غشاء الجسيم الحال بمساعدة شابرون hsc70 الخاص بالجسيم الحال.[24][21] مسار CMA مختلف بشكل كبير عن المسارين الآخرين لأنه ينقل المواد البروتينية بشكل منفرد واحد تلو الآخر ولأنه اختياري جدا بشأن المواد التي تعبر غشاء الجسيم الحال.[20]

تَفْرُزَ خلايا حقيقيات النوى البروتينات المتطوية بشكل خاطئ بناء على حالة ارتباطها باليوبيكويتين إلى حيزي مراقبة الجودة:JUNQ.1 (أخضر) وهو مرتبط بالنواة 2.IPOD (أزرق) وهو مرتبط بالفجوة العصارية.

JUNQ وIPOD[عدل]

تحت الضغط، وحين لا يمكن لخلايا حقيقيات النوى التأقلم مع تراكم أعداد كبيرة من البروتينات المتمسخة، فإنها تقوم بفرزها وإرسالها إلى عضوين هما JUNQ وIPOD كي تتكدس هنالك مؤقتا ولا تتآثر مع عمليات الخلية الروتينية.[25]

JUNQ (اختصار لـ JUxta Nuclear Quality control compartment وتعني بجوار حيزِ مراقبةِ جودةٍ نوويٍ) وهو ذات صلة بالجزء الخارجي من الغشاء النووي ويحتوي على بروتينات معلمة باليوبيكويتين والتي يمكنها الانتقال بسرعة عبر السيتوبلازم، كما يحتوي على شابرونات وبروتوزومات. وظيفته هي إعادة طي البروتينات أو تحليلها بعد زوال ظروف الإجهاد.[7]

IPOD (اختصار لـ Insoluble Protein Deposit بمعنى وديعة البروتين غير القابل للذوبان) وهو المكان الذي تُودَعُ فيه البروتينات غير القابلة للذوبان ويتواجد بالقرب من الفجوة العصارية المركزية ويحتوي على تجمعات ثابتة للبروتينات المكوِّنة للنشواني. تراكم هذه البروتينات في الـIPOD يمكن أن يمنع تآثرها مع الأعضاء الخلوية الأخرى السليمة، وعليه تم اقتراح أن هذا التصنيف والتضمين وظيفته حماية الخلية.[7]

الخصائص الفيزيائية والكيميائية[عدل]

تذبذبية التفاعل[عدل]

منحنيات المعايرة لعشرين حمض أميني مولد للبروتين مجمعة حسب نوع السلسلة الجانبية.

لدى البروتينات خاصية تذبذب ويعني ذلك أنه تبعا لظروف الوسط يمكنها أن تُظهر كِلا الخصائص الحمضية والقاعدية. تملك البروتينات العديد من المجموعات الكيميائية القابلة للتأين في المحاليل المائية: مثل كربوكسيل السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية الحمضية (الأسبارتيك والجلوتاميك) ومجموعات الأمين المحتوية على النيتروجين في السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية القاعدية (بشكل خاص مجموعة ε-أمين الخاصة بالليسين وأميدين CNH (NH2) الأرجنين، وإلى حد أقل إيميدازول الهستيدين). يمتاز كل بروتين بنقطة تساوي الكهربية (pI) -حموضة متوسطة (pH)- والتي يكون فيها مجموع الشحنات الكهربية لجزيء البروتين يساوي الصفر ولا تتحرك فيه هذه الشحنات في مجال كهربائي (على سبيل المثال أثناء الرحلان الكهربائي). في نقطة تساوي الكهربية تكون حلمأة البروتين وذوبانه عند الحد الأدنى. تعتمد قيمة الـ(pI) على نسبة الأحماض الأمينية الحمضية والقاعدية في البروتين: ففي البروتينات التي تحتوي على العديد من الأحماض الأمينية الحمضية؛ نقطة تساوي الكهربية تكون في المنطقة الحمضية (ويسمى هذا النوع بالبروتينات الحمضية) وفي البروتينات التي تحتوي أحماضا أمينة قاعدية أكثر يكون الـ(pI) في المنطقة القاعدية (وتسمى بروتينات قاعدية). يمكن أن تتغير قيمة الـ(pI) تبعا للقوة الأيونية للمحلول المنظم ونوعه الذي تتواجد فيه، وذلك لأن الأملاح المتعادلة تؤثر على درجة تأين المجموعات الوظيفية البروتينية. يمكن تحديد نقطة تساوي كهربية بروتين بعدة طرق منها: منحنى المعايرة أو باستخدام البأر متساوي التكهرب.[26]

بشكل عام، تعتمد نقطة تساوي كهربية البروتين على الوظيفة التي يؤديها، وهي تتراوح عند معظم بروتينات أنسجة الفقاريات بين 5.5 إلى 7.0، لكن في يمكن أن تتغير بشكل حاد بعض الحالات: فمثلا بروتين الببسين وهو إنزيم تحليل بروتينات عال الحموضة يتواج في العصارات الهضمية ذو (PI) يقارب الواحد.[27] يمتاز بروتين البروتامين الخاص بالسلمون بغناه بالحمض الأميني أرجنين وله (PI) يقارب 12. البروتينات التي ترتبط بالأحماض النووية عبر تآثرات كهروستاتية مع مجموعات الفوسفات هي في الغالب بروتينات قاعدية ومن الأمثلة على تلك البروتينات: الهستونات والبروتامينات.

الذوبانية[عدل]

تختلف البروتينات في درجة ذوبانها في الماء، تسمى البروتينات التي تذوب في الماء بالألبومينات، وتشمل بروتينات الدم والحليب. البروتينات غير القابلة للذوبان أو البروتينات الليفية تشمل: الكيراتين (البروتين الذي يدخل في تركيب الشعر والريش) والفبروين الذي يدخل في تركيب الحرير وحرير العنكبوت.[28] لا تُحدَّدُ ذوبانية البروتين ببنيته وحسب، بل تتحكم فيها عوامل خارجية مثل طبيعة المذيب،القوة الأيونية والأس الهيدروجيني للمحلول.[26]

تُقسم البروتينات كذلك إلى محبة للماء (قابلة للذوبان في الماء) وكارهة له ( غير قابلة للذوبان فيه). تشمل البروتينات المحبة للماء البروتينات الموجودة في السيتوبلازم والنواة والأنسجة بين الخلوية وتشمل البروتينات الكارهة للماء الكيراتين والفبروين. تنتمي معظم البروتينات التي تدخل في تركيب الأغشية البيولوجية وتتفاعل مع اللبيدات الكارهة للماء في تلك الأغشية إلى النوع الكاره للماء، وتملك هذه البروتينات عادة مواقع محبة للماء فيها.[29]

التمسخ[عدل]

آلية التمسخ:1) البروتينات الوظيفية لها بنية رابعية. 2) حين تتعرض للحرارة تتغير وتتفكك الروابط بين الجزيء في البروتين. 3) ويتسبب ذلك في فك تطوي البروتين.

يشير تمسخ البروتين إلى أيّ تغيرات في نشاطه البيولوجي أو خصائصه الفيزيائية أو الكيميائية ذات الصلة بفقدانه بنيته الرابعية أو الثالثية أو الثانوية. كقاعدة عامة، البروتينات مستقرة بشكل معتبر تحت شروط درجة حرارة الجسم وأسه الهيدروجيني الذي تقوم فيهما بوظائفها.[30] يقود تغيُّرٌ حاد في هذه الشروط إلى تمسخ البروتين. وذلك اعتمادا على طبيعة عامل التمسيخ وآليته (خلط قوي أو هزّ) وماهيته الفيزيائية ( تسخين، تبريد، تعريض لإشعاع، أو موجات فوق صوتية) وخصائصه الكيميائية (حمض، قاعدة، مؤثر سطحي أو يوريا).[26]

يمكن لتمسخ البروتين أن يكون كاملا أو جزئيا، قابلا للعكس أو غير قابلٍ. أشهر حالات التمسخ غير القابل للعكس تواترا في الحياة اليومية هي تحضير البيض، فتحت تأثير حرارة عالية يصبح ألبومين البيض الشفاف القابل للذوبان في الماء متكثفا وغير قابل للذوبان وغير شفاف. يكون التمسخ في بعض الأحيان قابلا للعكس، كما هو الأمر في حالة ترسب البروتينات القابلة للذوبان في الماء باستخدام أملاح الأمونيوم (طريقة الفصل بالتمليح)، حيث تستخدم هذه الطريقة كآلية لتنقية البروتينات.[31]

وظائف البروتين في الجسد[عدل]

وظيفة حماية[عدل]

الغلوبولين المناعي م أكبر الأجسام المضادة التي تنتجها الفقاريات، وأول جسم مضاد يظهر كاستجابة مناعية للتعرض الأولي للمستضد.[32][33]

هنالك العديد من أنواع وظائف الحماية التي تؤديها البروتينات:

  • الحماية الفيزيائية للجسد: وتتم بواسطة البروتينات البنائية مثل الكولاجين والكيراتين الذين يمنحان الجسد صلابة فيزيائية تساعده على التأقلم مع المحيط وأداء وظائفه اليومية.
  • الحماية الكيميائية: ترابط الذيفانات بجزيئات البروتين يضمن إزالة سُمِّيتها بالنسبة للجسد، من الوظائف المهمة جزئيا والتي تقوم بها البروتينات هي إزالة السمية، وتتم لدى البشر بواسطة إنزيمات الكبد التي تفكك السموم أو تحولها إلى هيئة سائلة وذلك يساهم في التخلص السريع منها.[34]
  • الحماية المناعية: تساهم البروتينات المكونة للدم وباقي السوائل البيولوجية الأخرى في الاستجابة الجسدية الدفاعية لهجومات الممراضات والأضرار التي تسببها. بروتينات النظام المتمم والأجسام المضادة تنتمي إلى المجموعة الثانية من البروتينات التي تعمل على تحييد البكتيريا، الفيروسات والبروتينات الأجنبية. ترتبط الأجسام المضادة التي يتكون منها النظام المناعي التكيفي بالمستضدات الأجنبية على الكائن وتقوم بتحييدها وتوجيهها إلى مكان القضاء عليها. يمكن إفراز الأجسام المضادة في الفضاء بين الخلوي أو تثبيتها بالأغشية المختصة بالخلايا البائية، والتي تسمى خلايا بلازمية.[35]

وظيفة تنظيمية[عدل]

تُنظَّم العديد من العمليات داخل الخلايا بواسطة البروتينات التي لا تكون مصدرا للطاقة ولا مواد بناءٍ في الخلية، تنظم هذه البروتينات سير الخلية ودورتها عبر تنظيم عمليتها مثل: النسخ، الترجمة، التوصيل، نشاط بروتينات أخرى وغيرها من العمليات الخلوية الأخرى. تتم الوظيفة التنظيمية للبروتينات بواسطة النشاط الإنزيمي (كمثال بروتين كيناز)، أو بارتباط محدد مع جزيئات أخرى. ومنه يمكن لعوامل النسخ والمنشطات البروتينية والمستقبلات البروتينية تنظيم مقدار النسخ الجيني عبر الارتباط بتسلسلاته المنظِّمة. بالنسبة للترجمة يتم تنظيم قراءة وترجمة العديد من جزيئات الرنا الرسول بواسطة ارتباط عوامل البروتينات.[36]

أكثر الأدوار التنظيمية أهمية في العمليات الخلوية يقوم به إنزيما بروتين كيناز وبروتين فوسفاتاز اللذان ينشطان أو يثبطان نشاط البروتينات الأخرى عبر الارتباط بها أو قص مجموعات الفوسفات الخاصة بها.

وظيفة نقل[عدل]

منظر علوي لنموذج جزيئي لقناة البوتاسيوم.

ترتبط العديد من البروتين الناقلة للربائط بجزيئات حيوية صغيرة محددة وتنقلها إلى جهات أخرى في جسم كائن متعدد الخلايا، يجب أن يكون لهذه البروتينات ألفة ترابط عالية حين تتواجد ربائطها بتراكيز عالية، ويجب كذلك أن تحرر الربيطة حين تكون في تراكيز منخفظة بالنسيج المستهدف. المثال الشائع عن البروتين المرتبط بربيطة هو الهيموغلوبين الذي ينقل الأكسجين من الرئتين إلى أعضاء وأنسجة أخرى في جميع الفقاريات ولديه نظير مقارب له في جميع الممالك البيولوجية.[37] الليكتينات وهي بروتينات ترتبط بالسكريات ذات تخصص عال بالنسبة لأجزائها السكرية، وتلعب دورا في ظاهرة التعرف الجزيئي البيولوجي المتعلقة بالخلايا والبروتينات.[38] المستقبلات والهرمونات هي بروتينات مرتبطة عالية التخصص.

يمكن للبروتينات عبر الغشائية أن تعمل كبروتينات ناقلة للربائط حيث تقوم بتغيير نفاذية الغشاء الخلوي لتسمح فقط بنفاذ الجزيئات الصغيرة والآيونات. لدى الغشاء الخلوي مفردا جسم كاره للماء لا يمكن أن تنتشر من خلاله الجزيئات القطبية أو المشحونة. تحتوي البروتينات الغشائية على قنوات داخلية تسمح لتلك الجزيئات بالدخول والخروج من الخلية. العديد من البروتينات ذات القنوات الأيونية مخصصة لاختيار أيونات محددة فقط، على سبيل المثال قنوات البوتاسيوم والصوديوم لا يمكنها غالبا سوى التعرف على هذين الأيونين.[39] ترتبط البروتينات الناقلة بكل جزيء أو أيون تنقله، وعكس قنوات النقل يمكنها القيام بنقل الجزيئات باستخدام طاقة الـATP. إنزيم سينثاز الـATP الذي يقوم بصناعة جزيئات الـATP عبر تدرج كهركيميائي يمكن أن يحسب كذلك من بروتينات النقل الغشائية.[40]

وظيفة احتياطية (دعم)[عدل]

بروتينات الاحتياط هي بروتينات مخزنة كمصدر للطاقة والأحماض الأمينية في بذور النباتات ومن الأمثلة على ذلك غلوبيوليني 7S و11S وخلايا البيض الحيوانية.[41] تُسخدم العديد من البروتينات في الجسد كمصدر للأحماض الأمينية، حيث يتم تفكيكها عبر آلية هدم البروتين إلى أحماض أمينية مفردة بواسطة إنزيمات متنوعة وحمض الهيدروكلوريك المتواجد في القناة الهضمية.[42] وبدورها تُفكك الأحماض الأمينية إلى ألفا أحماض كيتو والتي يمكن إعادة تدويرها في الجسم لتوليد الطاقة وإنتاج الغلوكوز أو الدهون أو أحماض أمينية أخرى. يحدث تفكيك الأحماض الأمينية هذا إلى α-أحماض كيتو في الكبد عبر عملية تسمى نقل الأمين، والتي تتلو آلية تأرجحية ثنائية الجزيء.[43]

وظيفة استقبال[عدل]

مستقبل عبر غشائي:E=فضاء خارج خلوي، I=فضاء داخل خلوي، P=غشاء بلازمي.

يمكن للبروتينات المستقبلة التواجد في السيتوبلازم أو مندمجة في غشاء الخلية، يقوم أحد أجزاء المستقبِل بتلقى الإشارة وتمييزها والتي تكون عادة مركبا كيميائيا وفي بعض الأحيان ضوءا أو حركة آلية (مثل التمدد)، وكنتيجة لذلك يتغير تصاوغ جزء آخر من المستقبِل والذي ينقل الإشارة إلى مكونات خلوية أخرى. توجد العديد من آليات نقل الإشارة فبعض المستقبلات تحفز تفاعلات كيميائية معينة وأخرى تعمل كقنوات للإيونات تُفتح وتُغلق بتلقي الإشارة، وأخرى ترتبط بشكل محدد مع جزيئات وسيطة داخل خلوية. في المستقبلات الغشائية يكون جزء المستقبل الذي يرتبط بجزيء الإشارة على السطح الخارجي لغشاء الخلية والنطاق الذي ينقل الإشارة داخل الخلية.[44]

وظيفة حركية[عدل]

تعمل البروتينات الحركية على إتاحة الحركة للجسد ومن الأمثلة على ذلك التقلص العضلي، الحركة لدى الحيوانات (الميوسين)، حركة الخلية داخل الجسد ( كحركة الخلايا البيضاء الأميبية)، حركة الأهداب والأسواط والنقل داخل الخلوي النشط والمباشر (كينيسين وداينين). تنقل الداينينات والكينيسنات الجزيئات على طول الأنيبيبات باستخدام الـATP كمصدر للطاقة، يحمل الداينين الجزيئات من الأجزاء الطرفية للخلية نحو الجسيم المركزي، ويعمل الكينيسين في الاتجاه المعاكس.[45][46] الداينينات مسؤولة كذلك على حركة الأهداب والاسواط لدى حقيقيات النوى، متغيرة السيتوبلازم من الميوسين يمكن أن تشارك في نقل الجزيئات والعضوانيات عبر الأنيببات.

تطور[عدل]

مخطط يقارن تماثل تسلسل بروتينات الليباز في مختلف الأنسجة لدى الإنسان، ويبين كيف تتطور البروتينات بالإبقاء على بعض المناطق محفوظة التسلسل وأخرى تتغير بشكل كبير.

تتم دراسة تطور البروتين بمقارنة تسلسل وبُنى البروتينات من مختلف الكائنات التي تمثل فروعا حيوية تطورية متميزة عن بعضعا. إذا كان تسلسل وبنية بروتيناتٍ متماثلا فهذا يعني أنهم تشعبوا من أصل مشترك ويطلق عليهم بروتينات متماثلة. وبشكل أكثر تخصيصا تسمى البروتينات المتماثلة لدى نوعين مختلفين بالجينات متحدة الأصل (orthologs)، وتسمى البروتينات المتماثلة التي يشفرها جينوم نوع واحد جينات متماثلة تشريحيا (paralogs).

تُفحص العلاقة التطورية السلالية للبروتينات بمقارنات تسلسل متعددة. يمكن إنشاء شجرات تطور سلالات خاصة بالبروتينات بمقارنة تسلسلات الأحماض الأمينية بين البروتينات، وقد أظهرت شجرات التطور هذه أن تماثل التسلسل بين البروتينات يعكس بشكل وثيقالعلاقات التطورية بين الكائنات.[47][48]

يصف تطور البروتين التغيرات التي تحدث في شكل ووظيفة وتكوين البروتين عبر الزمن. سعى العلماء عبر تحليل كمي وتجريبي لفهم معدل وأسباب تطور البروتين، وباستخدام تسلسلات الأحماض الأمينية للهيموغلوبين والسيتوكروم سي من مختلف أنواع الكائنات تمكنوا من وضع تقديرات لمعدلات التطور، ووجدوا أن هذه المعددلات ليست متساوية بين البروتينات.[49] كل بروتين له معدله الخاص وأن هذا المعدل ثابت على طول شجرة التطور (كمثال: لا يتطور الهيموغلوبين بنفس المعدل مثل السيتوكروم سي، لكن الهيموغلوبينات من البشر، الفئران ..إلخ لها معدلات تطور متقاربة). لا تتطفر جميع المناطق في البروتين بنفس المعدل، حيث تتطفر المناطق المهمة وظيفيا بشكل أكثر بطئا واستبدالات الحمض الأميني المثماثلة تحدث بمعدل أكثر من استبدالات الأحماض غير المتماثلة.[49] بشكل عام، مستوى تعدد الأشكال في البروتينات ثابت إلى حد جيد، والعديد من الأنواع (بما في ذلك البشر، ذباب الفاكهة، والفئران) لها متسويات تعدد أشكال متماثلة.[50]

العلاقة بتطور الحمض النووي[عدل]

لتطور البروتينات صلة وثيقة بتغيرات واصطفاء تعدد أشكال الدنا والطفرات التي تحدث فيه لأن تسلسلات البروتين تتغير بتغير تسلسل الدنا. لا تتطفر سلاسل الأحماض النووية والأحماض الأمينية بنفس المعدل وذلك لوجود كودونات متعددة تشفر نفس الحمض الأميني، فمثلا توجد ست كودونات تشفر حمض الليوسين. ورغم الاختلاف في معدل التطفر فإنه من الأساسي أخذ تطور الحمض النووي بعين الاعتبار في دراسة تطور البروتين. في نهاية العقد 1960 اقترحت مجموعتين من العلماء بشكل مستقل أن معظم التغيرات التطورية الملاحظة في البروتينات كانت محايدة.[50][49] ومنذ ذلك الحين تم البحث في نظرية التطور الجزيئي المحايدة هذه ومناقشتها.[49]

الحمية الغذائية[عدل]

المراجع[عدل]

  1. ^ Alberts B., Johnson A., Lewis J.؛ وآخرون. (2002). "Chapter 12. Intracellular Compartments and Protein Sorting". Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science. 
  2. ^ Hegde R. S., Bernstein H. D. (2006). "The surprising complexity of signal sequences". 31 (10) (الطبعة Trends Biochem Sci): 563—571. PMID 16919958. 
  3. ^ Protein translocation across the ER membrane
  4. ^ Entry into the Endoplasmic Reticulum: Protein Translocation, Folding and Quality Control
  5. ^ Alberti S. (2012). "Molecular mechanisms of spatial protein quality control". 6 (5) (الطبعة Prion): 437—442. PMID 23051707. doi:10.4161/pri.22470. 
  6. ^ Shintani T., Klionsky D. J. (2004). "Autophagy in health and disease: a double-edged sword". 306 (5698) (الطبعة Science): 990—995. PMID 15528435. 
  7. أ ب ت David Whitford (2005). Proteins: Structure and Function. Wiley. صفحة 45. ISBN 978-0471498940. 
  8. ^ Anfinsen C. B. (1973). "Principles that Govern the Folding of Protein Chains". 181 (4096) (الطبعة Science): 223—230. PMID 4124164.  Нобелевская лекция. Автор,
  9. ^ Ellis R. J., van der Vies S. M. (1991). "Molecular chaperones". 60 (الطبعة Annu Rev Biochem): 321—347. PMID 1679318. doi:10.1146/annurev.bi.60.070191.001541. 
  10. ^ Sun Y., MacRae T. H. (2005). "The small heat shock proteins and their role in human disease". 272 (11) (الطبعة FEBS J): 2613—2627. PMID 15943797. 
  11. ^ Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). "Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB)". مؤرشف من الأصل في 05 يناير 2013. اطلع عليه بتاريخ 29 ديسمبر 2012. 
  12. أ ب Lodish H, Berk A, Matsudaira P., Kaiser C. A., Krieger M., Scott M. P., Zipursky S. L., Darnell J. (2004). "Chapter 3". Molecular cell biology (الطبعة 5th). New York: W.H. Freeman and CO. صفحات 66—72. ISBN 0-7167-4366-3. 
  13. أ ب Сорокин А. В., Ким Е. Р., Овчинников Л. П. (2009). "Протеасомная система деградации и процессинга белков" (PDF). 49 (الطبعة Успехи биологической химии): 3—76. مؤرشف من الأصل (PDF) في 07 أكتوبر 2013. 
  14. ^ Klionsky DJ (August 2008). "Autophagy revisited: a conversation with Christian de Duve". Autophagy. 4 (6): 740–3. PMID 18567941. doi:10.4161/auto.6398. 
  15. ^ Mizushima N، Komatsu M (November 2011). "Autophagy: renovation of cells and tissues". Cell. 147 (4): 728–41. PMID 22078875. doi:10.1016/j.cell.2011.10.026. 
  16. ^ Kobayashi S (2015). "Choose Delicately and Reuse Adequately: The Newly Revealed Process of Autophagy". Biological & Pharmaceutical Bulletin. 38 (8): 1098–103. PMID 26235572. doi:10.1248/bpb.b15-00096. 
  17. ^ Farrugia G., Balzan R. (2012). "Oxidative stress and programmed cell death in yeast". 2 (64) (الطبعة Front Oncol). PMID 22737670. doi:10.3389/fonc.2012.00064. 
  18. ^ Castro-Obregon، Susana (2010). "The Discovery of Lysosomes and Autophagy". Nature Education. 3 (9): 49. 
  19. أ ب ت Česen MH، Pegan K، Spes A، Turk B (July 2012). "Lysosomal pathways to cell death and their therapeutic applications". Experimental Cell Research. 318 (11): 1245–51. PMID 22465226. doi:10.1016/j.yexcr.2012.03.005. 
  20. أ ب Levine B، Mizushima N، Virgin HW (January 2011). "Autophagy in immunity and inflammation". Nature. 469 (7330): 323–35. PMC 3131688Freely accessible. PMID 21248839. doi:10.1038/nature09782. 
  21. أ ب ت Mizushima N، Ohsumi Y، Yoshimori T (December 2002). "Autophagosome formation in mammalian cells". Cell Structure and Function. 27 (6): 421–9. PMID 12576635. doi:10.1247/csf.27.421. 
  22. أ ب Homma, K.S. (2011). "List of autophagy-related proteins and 3D structures". Autophagy Database. 290. مؤرشف من الأصل في 01 أغسطس 2012. اطلع عليه بتاريخ 08 أكتوبر 2012 
  23. ^ Bandyopadhyay U، Kaushik S، Varticovski L، Cuervo AM (September 2008). "The chaperone-mediated autophagy receptor organizes in dynamic protein complexes at the lysosomal membrane". Molecular and Cellular Biology. 28 (18): 5747–63. PMC 2546938Freely accessible. PMID 18644871. doi:10.1128/MCB.02070-07. 
  24. ^ Lee J، Giordano S، Zhang J (January 2012). "Autophagy, mitochondria and oxidative stress: cross-talk and redox signalling". The Biochemical Journal. 441 (2): 523–40. PMC 3258656Freely accessible. PMID 22187934. doi:10.1042/BJ20111451. 
  25. ^ Kaganovich D., Kopito R., Frydman J. (2008). "Misfolded proteins partition between two distinct quality control compartments". 454 (7208) (الطبعة Nature): 1088—1095. PMID 18756251. doi:10.1038/nature07195. 
  26. أ ب ت Х.-Д. Якубке, Х. Ешкайт (1985). "Глава 3.5 Физико-химические свойства". Аминокислоты, пептиды, белки. Москва: Мир. صفحات 356—363. 
  27. ^ EC 3.4.23.1 — pepsin A Пепсин А в информационной системе BRENDA
  28. ^ А. Н. Несмеянов, Н. А. Несмеянов. "Начала органической химии. Книга вторая". صفحة 221. مؤرشف من الأصل في 27 ديسمبر 2012. اطلع عليه بتاريخ 26 ديسمبر 2012. 
  29. ^ Singer S. J. (1990). "The structure and insertion of integral proteins in membranes". 6 (الطبعة Annu Rev Cell Biol): 247—296. PMID 2275815. 
  30. ^ N. H. Barton, D. E. G. Briggs, J. A. Eisen (2007). Evolution. Cold Spring Harbor Laboratory Press. صفحة 38. ISBN 978-0-87969-684-9. 
  31. ^ Страйер Л. (1984). Биохимия в 3 томах. Москва: Мир. 
  32. ^ "Immunoglobulin M". The American Heritage Dictionary of the English Language (الطبعة Fourth). Houghton Mifflin Company. 2004. ISBN 978-0618082308. 
  33. ^ Alberts، B.؛ Johnson، A.؛ Lewis، J.؛ Walter، P.؛ Raff، M.؛ Roberts، K. (2002). "Chapter 24". Molecular Biology of the Cell (الطبعة 4th). Routledge. ISBN 978-0-8153-3288-6. 
  34. ^ Я. Кольман, К.-Г. Рем (2000). Наглядная биохимия. Москва: Мир. صفحات 308—309. 
  35. ^ Li J., Barreda D. R., Zhang Y. A., Boshra H., Gelman A. E., Lapatra S., Tort L., Sunyer J. O. (2006). "B lymphocytes from early vertebrates have potent phagocytic and microbicidal abilities". 7 (10) (الطبعة Nat Immunol): 1116—1124. PMID 16980980. 
  36. ^ Hinnebusch A. G. (2005). "Translational regulation of GCN4 and the general amino acid control of yeast". 59 (الطبعة Annu Rev Microbiol): 407—450. PMID 16153175. 
  37. ^ van Holde and Mathews, pp. 220–29.
  38. ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع Rudiger2000
  39. ^ Branden and Tooze, pp. 232–34.
  40. ^ Drory O, Nelson N. (2006). "The emerging structure of vacuolar ATPases". Physiology (Bethesda). 21: 317—325. PMID 16990452. 
  41. ^ Eliot M. Hermana and Brian A. Larkins (1999). "Protein Storage Bodies and Vacuoles". 11 (الطبعة The Plant Cell): 601–613. 
  42. ^ Mehta, S. Digestion of Dietary Proteins
  43. ^ Mehta, S. Metabolism of amino acids- bimolecular ping pong mechanism of transamination.
  44. ^ Dupré DJ, Hébert TE. Biosynthesis and trafficking of seven transmembrane receptor signalling complexes. Cell Signal. 2006;18(10):1549—1559
  45. ^ Karp G. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments, Fourth ed, pp. 346—358. John Wiley and Sons, Hoboken, NJ. 2005.
  46. ^ Schroer, Trina A. Dynactin. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2004 20, 759—779. PMID 15473859
  47. ^ Hanukoglu I (2017). "ASIC and ENaC type sodium channels: Conformational states and the structures of the ion selectivity filters". FEBS Journal. 284 (4): 525–545. PMID 27580245. doi:10.1111/febs.13840. 
  48. ^ Hanukoglu I، Hanukoglu A (Jan 2016). "Epithelial sodium channel (ENaC) family: Phylogeny, structure-function, tissue distribution, and associated inherited diseases.". Gene. 579 (2): 95–132. PMC 4756657Freely accessible. PMID 26772908. doi:10.1016/j.gene.2015.12.061. 
  49. أ ب ت ث Fay، JC, Wu, CI (2003). "Sequence divergence, functional constraint, and selection in protein evolution". Annu. Rev. Genom. Hum. Genet. 4: 213–35. doi:10.1146/annurev.genom.4.020303.162528. 
  50. أ ب Akashi، H. "Weak Selection and Protein Evolution". Genetics. 192 (1): 15–31. PMC 3430532Freely accessible. doi:10.1534/genetics.112.140178.