خطوات تصنيع البروتين في الخلية

ما هو البروتين

هي جزيئات رئيسية في جميع الكائنات الحية، وتلعب أدوارا متعددة مثل تحفيز التفاعلات البروتينية مثل الدفاع وحماية الكائن الحي من العدوى، وكذلك نقل الأوكسجين وتكوين جزء أساسي للكائن الحي .

تعد المادة الوراثية الحمض النووي الديوكسي ريبوز (DNA) مكونًا رئيسيًا للحليب والصوف والغضاريف، حيث تقوم بحزم الحمض النووي في الكروموسومات وتعزل الخلايا في الجهاز العصبي ولذلك تعتبر ذات أهمية كبيرة، كما أنها تتكون بنسبة عالية من الأحماض الأمينية التي ترتبط ببعضها البعض .

تتم طي السلاسل لتشكل جزيئات ثلاثية الأبعاد المعقدة الشكل، وتمثل هذه الجزيئات أشكالًا مختلفة. يمكن تصور هذا الأمر على أنه أوريغامي، حيث يتم طي قطعة ورق رفيعة وطويلة، وتتشابك الأحماض الأمينية داخل البروتين لتشكل الشكل المحدد للبروتين .

هناك العديد من البروتينات المثالية، بما في ذلك إنزيمات البروتين، والتي يمكن استخدامها بشكل مفيد في الصناعة وتطبيقات التكنولوجيا الطبية الحيوية .

يقوم الأنسولين بتنظيم مستوى السكر في الدم لمرضى السكري، ويتميز بلح البحر بالتمسك القوي في الأكوام والصخور عن طريق الخيوط الجانبية القوية المصنوعة من البروتين، كما أن أي جسم مضاد قد يكون بروتينًا .

الكازين هو بروتين يحتوي عليه الحليب، ويتم استخدامه في تصنيع الجبن والعوامل المستخدمة في النسخ وقد يكون البروتين المستخدم متخصصا في إنتاج البروتينات، وكل هذا يدخل في إطار وظيفة البروتينات والأحماض النووية، ويمكن صنع الليفات الموجودة في الصوف من البروتين .

مراحل تخليق البروتين

يمر البروتين بخمس مراحل خلال عملية تخليقه، ويحتوي كل مرحلة على بدائيات نوى أخرى أو مكونات إشريكية قولونية، وكل ذلك يتم تمثيله على النحو التالي

• خطوة أولى التفعيل للأحماض الأمينية

يتم التفاعل عن طريق الربط بين الحمض والإنزيمات الأمينية ATP، والتي تدعى مركبات حمض نووي ريبي، وتتكون من أدينوزين ثلاثي الفوسفات والإنزيم الذي يوفر الأحماض الأمينية .

تتعلق تركيبات الحمض النووي الأسيل أميني الريبي بمجموعة متنوعة من الأحماض الأمينية المختلفة .

• الحمض الريبي النووي النقال

يتم نقل الأحماض الأمينية عند حدوث تفاعل بين الحمض الريبي النقال والمركب الإنزيمي المتشكل، وبواسطة هذه العملية يتم نقل الأحماض الأمينية إلى الحمض الريبي النووي النقال، ويمكن أن يحدث تحرير للإنزيم .

• البدء لسلسلة البولي بيتيد

يقوم الحمض النووي الريبوزي بتحويل الريبوسومات المشحونة بالبروتين إلى هياكل رناية مختلفة، والتي تشكل موقعًا لإنتاج البروتين، ويتم تكوين هذا البروتين بالتعاون بين البروتين والرنا الهيكلي، ويتم تشكيل الريبوسومات بشكل أساسي من الوحدات الفرعية.

الريبوسوم هو عامل مساعد في تكوين رابطة الببتيد في البكتيريا، ويتألف من جزئين أصغر وأكبر، وتوجد تسلسلات القواعد الأمينية في القواعد .

يتم بدء سلسلة البولي بيتيد بواسطة ميثيونين وببدائيات النوى والصياغة التي يقوم بها الميثيونين للأحماض الأمينية هي مطلب أساسي .

• إنهاء السلسلة

يتم إنهاء العديد من الببتيد عن طريق ثلاث توائم طرفية بالرنا المرسال والكودون الطرفي UAA.Amber.UAG الثلاثة، ويُعرف بـ UGA.Ocher بواسطة إشارات التوقف والكودون النهائي لأحماض أمينية الأخيرة بمجرد الوقت النهائي .

• النقل للبروتين

في الريبوسوم المجاني، يتم إطلاق البروتين الكامل في السيتوبلازم عند انتهاء عملية ترجمة البروتين، ويمكن نقل أي بروتين محدد إلى الميتوكوندريا، ويمكن أن تكون النواة مشاركة في ذلك بواسطة آليات خاصة بها .

قد يتم إدخال بعض البروتينات إلى سلسلة mRNA المرتبطة بالغشاء، والتي تنمو في Polypeptide، والتي قد تندمج بعضها في ER مع تجويف الغشاء؛ في هذه الحالة، قد يكون البروتين جزءًا من الغشاء ولا يفصل عنه .

يمكن للبروتين أن يُفرز في التجاويف ويتم دمجه في الحويصلات في الجسم الخلوي، ويمكن تعديل شكله بشكل إضافيعند إضافة بقايا السكر، وعند ذلك يتم دمج غشاء البلازما مع الحويصلات .

بناء البروتين

تتكون من مجموعة تضم حوالي 20 حمض أميني، وتحتوي على سلسلة جانبية فريدة، ولها تركيبة كيميائية مختلفة وتحتوي على مجموعة كبيرة من الأحماض الأمينية ذات سلاسل جانبية غير متصلة .

من المهم الإشارة إلى أن العديد من الأحماض الأمينية تحتوي على سلاسل جانبية تحمل شحنات سالبة أو موجبة، بينما تكون سلاسل جانبية أخرى غير مشحونة .

تلعب الأحماض الأمينية دورًا هامًا في البناء الكيميائي للبروتين، حيث تترابط السلاسل البروتينية معًا لتشكل بروتين بشكل محدد أو غير ذلك

يمكن لسلاسل الأحماض الأمينية المشحونة تشكيل روابط أيونية، ويمكن للأحماض الأمينية القطبية تشكيل روابط هيدروجينية مع بعضها البعض، ويمكن لسلاسل الأحماض الأمينية الهيدروفوبية أن تتفاعل مع بعضها البعض عن طريق تفاعلات فان در .

تتكون غالبية الروابط الجانبية في هذا المركب من روابط غير تساهمية، وعلى الرغم من ذلك، فإن السيستين يتميز بتشكيل روابط تساهمية عندما يتفاعل مع السلاسل الجانبية الخاصة به .

يمكن أن يشير موقع وترتيب الأحماض الأمينية في البروتين إلى تشكل بروتين معين عند حدوث الطيات والانحناءات فيه، بينما يؤدي الهيكل الأساسي للبروتين إلى توجيه الترابط الذي يساعد على حدوث الطيات، وذلك داخل الأحماض الخطية الأمينية .

يؤدي وجود الرابطة الهيدروجينية بين مجموعات الكربوكسيل والمجموعات الأمينية إلى حدوث نمط معين من الطي في البروتين عند نهاية عملية التكوين، ويتمثل هذا النمط في شكل فريد ثلاثي الأبعاد للبروتين .

يمكن للبروتين أن يتضمن أوراقًا وحلزوناتٍ وتشكيلاتٍ أخرى، والتي تتكون من الطيات والتشكيلات في سلسلة واحدة خطية من الأحماض الأمينية، وتسمى هذه السلسلة البوليببتيدية .

يشير التركيب الرباعي الخاص بالبروتين إلى جزيئات كبيرة ذات وحدات فرعية وسلاسل ببتيد متنوعة، ويكون الشكل النهائي للبروتين أكثر ملاءمة للطاقة، ويتم إجراء اختبار مجموعة من المطابقات خلال مرحلة بناء البروتين، ويكون البروتين مضغوطًا وفريدًا .

عائلات البروتين

تشير البروتينات المرتبطة بالجزيئات الأخرى إلى جميع البروتينات التي تتفاعل مع الجزيئات الأخرى لتنفيذ وظائفها، وتتمثل وظيفة البروتين الدقيقة في التفاعل مع الجزيئات من خلال الأسطح المكشوفة .

تميل البروتينات ذات الصلة للتفاعل مع الجزيئات التي تكون لها طرق متشابهة، ولذا يُطلق عليها العائلة البروتينية، وتقوم البروتينات داخل العائلة الواحدة بأداء الوظائف المماثلة داخل الخلية .

تحتوي البروتينات التي تنتمي لنفس العائلة على امتدادات طويلة ناتجة عن تسلسل الأحماض الأمينية المتشابهة داخل الهيكل الأساسي لها .

ويتم الحفاظ على هذه الإمدادات من خلال التطور الحيوي لوظيفة البروتين التحفيزي، ويمثل البروتين المستقبل للخلايا مثالًا على ذلك، حيث يحتوي على متواليات متنوعة من الأحماض الأمينية في مواقع الاتصال الخاصة به .

تتلقى الخلية إشارات كيميائية من خارجها، وتكون هذه الإشارات أكثر تشابهاً في التسلسل للأحماض الأمينية، والتي تتفاعل مع أي إشارة من البروتين داخل الخلية .

تحتوي عائلات البروتين على العديد من الأعضاء، ويمكن أن يكونوا نتيجة للتطور الجيني وتكرار الجينات ، وقد يترتب عليها تغييرات في وظائف البروتين .

يتم التوسع في ذخيرة الكائنات الحية الوظيفية مع مرور الوقت، حيث يتم بناء البروتين من سلاسل الأحماض الأمينية .