دور البروتينات الحلقية في الخلية

البروتينات الحلقية هي عائلة من

البروتين

ات التي تقوم بالتحكم في عملية تطور الخلية أثناء دورة الخلية من خلال تنشيط إنزيمات كيناز والتي تعتمد على ما يسمّى السيكلين (CDK) أو مجموعة الإنزيمات الضرورية في مراحل دورة الخلية.

تم اكتشاف هذا النوع من البروتينات في الأصل بواسطة السير تيم هانت في عام 1982 أثناء دراسة دورة خلية قنافذ البحر.

وقد جاء اسم الحلقية (بالإنجليزية: cyclin) من حبه وهواية هانت في ركوبه للدراجات والتي تدور على شكل حلقات، ولم تتضح أهميته في دورة الخلية.

يجب تنظيم تركيزات البروتينات الحلقية في الخلية بإحكام من أجل ضمان تقدم دورة الخلية في تسلسل مناسب، وترتبط الأنواع المختلفة منه على وجه التحديد بفئات مختلفة من الكينازات المعتمدة على السيكلين وتنشطها.

وتبلغ مستويات هذه البروتينات ذروتها عندما يكون البروتين المستهدف مطلوبًا للوظيفة وتبقى عند مستويات أقل في جميع الأوقات الأخرى.

تم العثور عليها في كل خلية في جميع حقيقيات النوى، ونظرًا للتاريخ الطويل والازدواج الجيني المتكرر، فإن عائلة البروتينات الحلقية كبيرة جدًا، حيث تم

تحديد

30 نوعًأ منها حتى الآن.

تعمل البروتينات الحلقية المختلفة في مراحل مختلفة من دورة الخلية بالتنسيق مع السيكلين المرتبط بها، وتُظهر الأنواع الفرعية المختلفة أنماطًا معينة لتوزيع الأنسجة في الكائنات متعددة الخلايا.

ومع ذلك يتم الحفاظ على البروتينات بشكل كبير، كما يتضح من حقيقة أنّ البروتيات الحلقية في خلايا الإنسان يمكن أن تحل

محل

بروتينات الخميرة لتشكيل مجمعات cyclin-CDK وظيفية. [1]

المواد التي تشكل مجموعة الانزيم

الإنزيمات هي محفزات بيولوجية، وتقوم بتسريع العمليات المرتبطة بها، وتوفر مسارًا لعمل البروتينات الحلقية، في الواقع هي تنظم

المعدل

الذي تسير به التفاعلات الكيميائية دون أن يتم تغيير لهذه الانزيمات في العملية، وتظل بنية أو تكوين الإنزيمات دون تغيير، وبدون الإنزيمات لن تحدث العديد من هذه التفاعلات بمعدل محسوس.

تتكون الإنزيمات بالفعل من مجموعة من المواد وهي:

آلاف الأحماض الأمينية المرتبطة بطريقة معينة لتشكيل إنزيمات مختلفة، وتطوى سلاسل الإنزيم لتشكل أشكالًا فريدة وهذه الأشكال هي التي تزود الإنزيم بإمكانياته الكيميائية المميزة.
تحتوي معظم الإنزيمات أيضًا على مكون غير بروتيني يُعرف بالعامل المساعد.
تمكن الإنزيمات من العديد من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في أي ثانية داخل جسم النبات أو الحيوان، وأحد الأمثلة على الإنزيم هو السيتوكروم، والذي يساعد الجهاز التنفسي عن طريق تحفيز مزيج الأكسجين والهيدروجين داخل الخلايا.
تسهل الإنزيمات تحويل الغذاء إلى طاقة وتتيح مجموعة متنوعة من الوظائف البيولوجية الضرورية الأخرى.
تؤدي الإنزيمات في جسم الإنسان واحدة من ثلاث وظائف أساسية، حيث تساعد أكبر أنواع الإنزيمات والتي تسمى أحيانًا الإنزيمات الأيضية، في مجموعة واسعة من العمليات الجسدية الأساسية، من التنفس إلى التفكير.
بعض الإنزيمات مكرسة للحفاظ على جهاز

المناعة

الذي يحمينا من الأمراض، والبعض الآخر يشارك في السيطرة على آثار السموم، مثل دخان وتحويلها إلى أشكال يمكن للجسم أن يطردها بسهولة أكبر. [2]

وظيفة وطبيعة الانزيمات

تنتمي جميع الإنزيمات إلى عائلة البروتين، لكن العديد منها غير قادر على المشاركة في التفاعل التحفيزي حتى يتم الارتباط بمكون غير بروتيني يسمى الإنزيم المساعد.

يمكن أن يكون هذا جزيء متوسط الحجم، أو يمكن أن يكون أيونًا معدنيًا أي ذرة ذات

شحنة

كهربائية صافية، وفي هذه الحالة يُعرف بالعامل المساعد.

في كثير من الأحيان تتكون الإنزيمات المساعدة كليا أو جزئيا من الفيتامينات، وعلى الرغم من أن بعض الإنزيمات مرتبطة بإحكام شديد بأنزيماتها المساعدة، إلا أنه يمكن فصل بعضها بسهولة.

والإنزيمات مسؤولة عن:

توصيل الإشارة وتنظيم الخلية في كثير من الأحيان عن طريق الكينازات والفوسفاتازات.
القيام بعمليات الهضم والتمثيل الغذائي والتنفس.
تقوم الإنزيمات الهاضمة مثل الأميليز والبروتياز بتفكيك الجزيئات الكبيرة من النشويات أو البروتينات إلى جزيئات أصغر من أجل الامتصاص المناسب في الأمعاء.
إنتاج الهرمونات.
امتصاص ونقل المواد الغذائية.
الإصلاح والانقسام الخلوي.
إزالة السموم.
توليد الحركة مع الميوسين وهو بروتين عضلي، المتحلل المائي ATP لتوليد تقلص العضلات.
نقل المواد حول الخلية كجزء من الهيكل الخلوي. [3]

تصنيع البروتين في الخلية

إنّ عملية تصنيع البروتين تحدث في خلايا جميع الكائنات الحية، وهي تتكون في الواقع من عمليتين، النسخ والترجمة في الخلايا حقيقية النواة.

يحدث النسخ في النواة، وأثناء النسخ يتم استخدام الحمض النووي كقالب لصنع جزيء من RNA ، وثم يترك جزيء mRNA النواة ويذهب إلى الريبوسوم في السيتوبلازم، حيث تحدث الترجمة، وأثناء الترجمة تتم قراءة الشفرة الجينية في mRNA واستخدامها لصنع بروتين.

والغرض الرئيسي من الحمض النووي هو صنع البروتينات داخل الخلية، وهذه البروتينات التي تشمل الإنزيمات التي تقوم بوظائف متخصصة تتحكم في أنشطة الخلية.

الخلايا المختلفة لها أنشطة مختلفة، ومن خلال التحكم في تخليق البروتين داخل كل خلية، تتحكم الجينات التي يتكون منها الحمض النووي في حياة الكائن الحي بأكمله.

على الرغم من أن نتيجة تخليق البروتين يمكن أن تكون متضمنة ومعقدة للغاية، إلا أن الغرض منها واضح إلى حد ما، وهو ببساطة إنشاء بولي ببتيد وهو بروتين مصنوع من سلسلة من الأحماض الأمينية.

على سبيل المثال في خلية بصيلات الشعر يتكون بروتين يسمى الكيراتين، ويمكن أن تعمل العديد من الريبوسومات على خيط واحد في وقت واحد.

إن تخليق البروتين ليس عملية بطيئة أيضًا، حيث أنّ سلسلة بروتين 400 حمض أميني يمكن تجميعها في 20 ثانية.

يصنع الكيراتين الذي تصنعه خلايا بصيلات الشعر أليافًا طويلة، والخلايا التي تنمو تحت

فروة الرأس

تموت في النهاية تاركة الكيراتين وراءها، وهذا الكيراتين الذي تتركه العديد من الخلايا الأخرى ،يخرج من فروة رأسك كشعر. [4]

موقع بناء البروتين في الخلية

يعتبر

الكبد

من أهم الأعضاء التي تصنع البروتينات، وفيه يتم انتاج أو تحويل ملايين جزيئات البروتين كل يوم، وتصنع البروتينات من الأحماض الأمينية.

بعض هذه الأحماض الأمينية موجودة بالفعل في

الجسم

، ولا يمكن الحصول على أنواع أخرى، تسمى الأحماض الأمينية الأساسية إلا من نظامك الغذائي.

للبروتينات العديد من الوظائف الحيوية، ونستخدمها لنمو أنسجة الجسم وصيانتها مثل العضلات والقلب والكلى وجدران الأوعية الدموية.

يصنع الكبد مئات البروتينات المختلفة بوظائف مختلفة، وينقل البعض الفيتامينات والمعادن في جميع أنحاء الجسم، كما ويعمل البعض كمحفزات لتسريع التفاعلات الأيضية، وتقوم أنواع أخرى بتنظيم نمط جميع الأنشطة المختلفة داخل الخلية.

ويجب ترجمة الشفرة الجينية بدقة كبيرة إلى الأحماض الأمينية التي تتكون منها البروتينات، وأثناء الترجمة يراقب مصنع تخليق البروتين في الخلية الريبوسوم بعناية العملية التي يتم من خلالها إضافة الأحماض الأمينية الجديدة إلى سلسلة بولي ببتيد متنامية.

تشبه الجينات الموجودة في حمضنا النووي الوصفات المستخدمة في صنع البروتينات، ولكن نظرًا لأن الوصفات يتم ترميزها باستخدام القواعد النيتروجينية (ATCG)، فيجب أولاً ترجمتها.

تعمل العديد من البروتينات معًا في مهمة الترجمة هذه، ويجب أولاً أن تفسح خيوط اللولب المزدوج للحمض النووي الطريق حتى يمكن الوصول إلى الجين المستهدف.

تنتج البروتينات بعد ذلك نسخة متطابقة من تسلسل الحمض النووي المستهدف، وهذه النسخة التي تم نسخها يتم إرسالها بعد ذلك خارج نواة الخلية لأن البروتينات تُصنع في مكان آخر بالخلية.

من هناك ستعمل الريبوسومات وهي جزيئات صغيرة موجودة بأعداد كبيرة حول النواة، كطهاة من خلال قراءة الوصفة لصنع البروتين.

الأحماض الأمينية هي المكونات الأساسية التي تدخل في وصفة البروتين وتستخدم الريبوسومات الخطة التي يوفرها RNA المرسال لوضع الأحماض الأمينية في الترتيب الصحيح وتشكيل سلسلة طويلة. [4]