معقد البروتين-الرابط

الموسوعة الحرة
البنية البلورية لنطاق ربط الليجاند لمستقبل الأندروجين المتحول W741L ومركب ( R )-بيكالوتاميد . [ 1 ] مثال على مركب بروتين-ليجاند.

معقد البروتين -الرابط هو معقد يتكون من بروتين مرتبط برابط [ 2 ] ، ويتشكل نتيجةً للتعرف الجزيئي بين البروتينات التي تتفاعل مع بعضها البعض أو مع جزيئات أخرى . يعتمد تكوين معقد البروتين-الرابط على التعرف الجزيئي بين الجزيئات الحيوية الكبيرة والروابط، حيث يُقصد بالرابط أي جزيء يرتبط بالبروتين بألفة ونوعية عاليتين. لا يُعد التعرف الجزيئي عمليةً بحد ذاتها، بل هو جزء من آلية وظيفية مهمة تشمل العناصر الأساسية للحياة، مثل التضاعف الذاتي ، والتمثيل الغذائي ، ومعالجة المعلومات . على سبيل المثال ، يعتمد تضاعف الحمض النووي (DNA) على التعرف على اللولب المزدوج للحمض النووي وارتباطه بواسطة إنزيم الهيليكاز ، وعلى شريط الحمض النووي المفرد بواسطة إنزيم بوليميراز الحمض النووي، وعلى أجزاء الحمض النووي بواسطة إنزيم الليغاز . يعتمد التعرف الجزيئي على الألفة والنوعية . تعني النوعية أن البروتينات تميز الشريك المرتبط عالي النوعية عن الشركاء الأقل نوعية، بينما تسمح الألفة للشريك النوعي ذي الألفة العالية بالبقاء مرتبطًا حتى في وجود تراكيز عالية من الشركاء الأقل نوعية ذات الألفة المنخفضة. [ 3 ]

هذه أمثلة على مستقبلات الغشاء . وهي عادةً بروتينات مُدمجة في الغشاء. على الرغم من وجود العديد من الروابط المختلفة خارج الخلية، فإن بروتينات الغشاء مُتخصصة، ولا ترتبط بها إلا روابط مُحددة. ولهذا السبب، يرتبط كل بروتين برابط مُختلف، ويُحفز استجابة خلوية مُختلفة. قد تكون هذه الاستجابة نسخ جين، أو نمو الخلية، أو العديد من العمليات الخلوية الأخرى.

التفاعلات

يُعدّ مُركّب البروتين-الرابط تفاعلًا غير تساهمي قابلًا للانعكاس بين جزيئين بيولوجيين (كبيرين). في التفاعلات غير التساهمية، لا يوجد تبادل للإلكترونات كما هو الحال في التفاعلات أو الروابط التساهمية. قد يعتمد الارتباط غير التساهمي على الروابط الهيدروجينية ، والقوى الكارهة للماء ، وقوى فان دير فالس ، وتفاعلات π-π ، والتفاعلات الكهروستاتيكية التي لا يتم فيها تبادل الإلكترونات بين الجزيئين أو أكثر المُشاركين. [ 4 ] تتعرف الجزيئات (البروتين والرابط) على بعضها البعض أيضًا من خلال التخصص الفراغي، أي من خلال شكل الجزيئين. نظرًا لهذه الخاصية التمييزية الحقيقية، إن لم تكن "معرفية"، يستخدم فيرنر لوفنشتاين مصطلح "الشيطان المعرفي" أو " الشيطان الجزيئي " ، في إشارة إلى شيطان ماكسويل ، التجربة الفكرية الشهيرة. في الواقع، تستطيع البروتينات التي تُشكّل مُركّبات أن تختار ركيزة من بين عدد لا يُحصى من الجزيئات المختلفة. [ 5 ] نسب جاك مونود وظيفةً أو أداءً تيليونياً لهذه المركبات البيولوجية. يشير مصطلح "تيليوني" إلى فكرة النشاط الموجه والمتماسك والبناء. لذلك، يجب اعتبار البروتينات عوامل جزيئية أساسية في الأداءات التيلونومية لجميع الكائنات الحية. [ 6 ]

التقارب

تُلاحظ أعلى درجة ممكنة من الألفة بين البروتين والرابط، أو الجزيء المستهدف، عندما يكون للبروتين صورة معكوسة تمامًا لشكل سطح الهدف، بالإضافة إلى توزيع شحنة يُكمل سطح الهدف تمامًا. [ 7 ] تُعطى الألفة بين البروتين والرابط بثابت تفكك التوازن K <sub> d</sub> أو مقلوب ثابت الارتباط 1/K <sub> a </sub> (أو ثابت الارتباط 1/K<sub> b</sub>) الذي يربط بين تركيزات الأنواع المرتبطة وغير المرتبطة في المحلول.

يُعرَّف ثابت التفكك على النحو التالي:

K d =[ل][P][لP]{\displaystyle {\frac {[L][P]}{[LP]}}}

حيث تمثل [L] و [P] و [LP] التركيزات المولية للبروتين والرابط والمركب على التوالي.

كلما انخفضت قيمة ثابت التفكك (Kd ) ، زادت ألفة البروتين للرابط، والعكس صحيح. تُعادل قيمة Kd تركيز الرابط الذي يرتبط به نصف البروتينات بالرابط. [ 3 ] [ 8 ] تتأثر الألفة أيضًا بخصائص المحلول، مثل الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة وتركيز الملح، والتي قد تؤثر على حالة استقرار البروتينات والروابط، وبالتالي على تفاعلها، وكذلك بوجود جزيئات كبيرة أخرى تُسبب ازدحامًا جزيئيًا . [ 9 ]

الوظائف

توجد معقدات البروتين-الرابط في جميع العمليات الخلوية تقريبًا. يؤدي ارتباط الرابط إلى تغيير في بنية البروتين، وغالبًا ما يحدث أيضًا في الرابط نفسه. يُحفز هذا التغيير سلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى وظائف خلوية مختلفة. تتكون هذه المعقدات من جزيئات متنوعة، مثل الجزيئات الكبيرة كما في معقدات البروتين، ومعقدات البروتين-الحمض النووي (DNA) أو معقدات البروتين-الحمض النووي الريبي (RNA) ، بالإضافة إلى البروتينات التي ترتبط بجزيئات أصغر مثل الببتيدات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية الصغيرة . قد تؤدي هذه المعقدات وظائف متعددة داخل الخلية، منها: تحفيز التفاعلات الكيميائية ( إنزيم -ركيزة)، والدفاع عن الكائن الحي من خلال الجهاز المناعي ( معقدات الأجسام المضادة - المستضد )، ونقل الإشارات (معقدات المستقبل-الرابط) التي تتكون من مستقبل غشائي، والذي عند ارتباطه بالرابط، يُنشط سلسلة من التفاعلات داخل الخلية. يمكن لمعقدات المستقبلات الهرمونية المحبة للدهون عبور الغشاء النووي حيث يمكن تنظيم عملية النسخ. [ 8 ]

مثال

يُعدّ مُركّب البروتين-الرابط ضروريًا في العديد من العمليات الخلوية التي تحدث داخل الكائنات الحية. ومن الأمثلة على ذلك مُستقبل الجلوكاجون (GCGR). يُصنّف مُستقبل الجلوكاجون (GCGR) ضمن عائلة مُستقبلات البروتين G المُقترنة ( GPCRs ) في الإنسان، والتي تلعب دورًا هامًا في الحفاظ على تركيز الجلوكوز في الدم خلال فترات انخفاض مستوى الطاقة. يرتبط الجلوكاجون بمُستقبلات البروتين G المُقترنة (GPCRs).يُحدث تغييرًا في بنية النطاق داخل الخلوي، مما يسمح بالتفاعل مع بروتين Gs غير المتجانس ثلاثي الوحدات . تُحرر الوحدة الفرعية ألفا من بروتين Gs جزيء GDP المرتبط بها وترتبط بجزيء GTP . ينفصل مُركب الوحدة الفرعية ألفا-GTP عن ثنائي الوحدات بيتا وجاما ويتفاعل مع إنزيم أدينيلات سيكلاز . يؤدي ارتباط جزيء الجلوكاجون إلى تنشيط العديد من الوحدات الفرعية ألفا، مما يُضخم الإشارة الهرمونية. بعد ذلك، تُنشط الوحدة الفرعية ألفا إنزيم أدينيلات سيكلاز، الذي يُحول ATP إلى cAMP . تُعطل الوحدة الفرعية ألفا نفسها في غضون دقائق عن طريق تحلل GTP إلى GDP ( نشاط GTPase ). تُعاود الوحدة الفرعية ألفا الارتباط بثنائي الوحدات بيتا-جاما لتشكيل مُركب غير نشط. قد يُتيح لنا فهم أفضل لآليات مُركب البروتين-الرابط علاج بعض الأمراض مثل داء السكري من النوع الثاني . [ 10 ] تُعدّ مثبطات مستقبلات الغلوكاغون واعدةً لعلاج داء السكري من النوع الثاني. [ 11 ] تنقسم مثبطات مستقبلات الغلوكاغون إلى مُعادلات للغلوكاغون ومضادات جزيئية صغيرة، وتعتمد جميعها على مفهوم تفاعل معقد البروتين-الرابط. [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بول، سي إي، غاو، دبليو، ميلر، دي دي، بيل، سي إي، دالتون، جيه تي (أبريل 2005). " الأساس البنيوي للتضاد ومقاومة البيكالوتاميد في سرطان البروستاتا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 102 (17): 6201-6206 . Bibcode : 2005PNAS..102.6201B . doi : 10.1073/pnas.0500381102 . PMC 1087923. PMID 15833816 .  
  2. ↑ تصميم الأدوية القائم على التجزئة: أدوات، مناهج عملية، وأمثلة . دار النشر الأكاديمية. 28 فبراير 2011. ص 265 وما بعدها. ISBN  978-0-12-381275-9.
  3. 1 2 دو إكس، لي واي، شيا واي إل، آي إس إم، ليانغ جيه، سانغ بي، جي إكس إل، ليو إس كيو (يناير 2016). " رؤى حول تفاعلات البروتين مع الليجاند: الآليات والنماذج والأساليب" . المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . 17 (2): 144. Bibcode : 2016IJMSc..17..144D . doi : 10.3390/ijms17020144 . PMC 4783878. PMID 26821017 .  
  4. ↑ بونغراند، ب. (1999). "تفاعلات الليغاند-المستقبل". تقارير عن التقدم في الفيزياء . 62 (6): 921-968 . arXiv : 0809.1926 . Bibcode : 1999RPPh...62..921B . doi : 10.1088/0034-4885/62/6/202 . S2CID 41417093 . 
  5. ↑ ر.، لوينشتاين، فيرنر (29-01-2013). الفيزياء في العقل: نظرة كمومية للدماغ . نيويورك. ISBN 978-0-465-02984-6. OCLC 778420640 . {{cite book}}: صيانة CS1: موقع الناشر مفقود ( رابط ) صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  6. ^ مونود جي (1970). المخاطرة والضرورة. Essai sur la philosophie Naturelle de la biologie Moderne [ مقالة الفرصة والضرورة عن الفلسفة الطبيعية لعلم الأحياء الحديث ] (بالفرنسية). لو سيويل.
  7. ↑ إيتون، بي. إي.، غولد، إل.، وزيتشي، دي. إيه. (أكتوبر 1995). "لنكن أكثر تحديدًا: العلاقة بين التخصص والألفة" . الكيمياء والبيولوجيا . 2 (10): 633-638 . doi : 10.1016/1074-5521(95)90023-3 . PMID 9383468 . 
  8. 1 2 لوديش هـ (1996). بيولوجيا الخلية الجزيئية . كتب ساينتفك أمريكان. ص 854-918 . 
  9. ↑ Zhou HX, Rivas G, Minton AP (2008). " ازدحام الجزيئات الكبيرة وحصرها: العواقب البيوكيميائية والبيوفيزيائية والفسيولوجية المحتملة" . Annual Review of Biophysics . 37 : 375–97 . doi : 10.1146/annurev.biophys.37.032807.125817 . PMC 2826134. PMID 18573087 .  
  10. ↑ جناح، لينا؛ كيلدسن، ساشا؛ جالسجارد، كاترين د.؛ ماري وينثر سورنسن؛ ستويانوفسكا، إيلينا؛ بيدرسن، ينس؛ نوب ، فيليب ك. هولست، ينس J .؛ ويير ألبريشتسن، نيكولاي ج. (2019-07-05). "إشارات مستقبلات الجلوكاجون ومقاومة الجلوكاجون" . المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . 20 (13): 3314. دوى : 10.3390/ijms20133314 . ردمك 1422-0067 . بمك 6651628 . بميد 31284506 .   
  11. 1 2 بيج، م.ح؛ أحمد، ك؛ حسن، ق؛ خان، م.ك.أ؛ راو، ن.س؛ كمال، م.أ؛ تشوي، إ. (2015). "تفاعل مستقبلات الجلوكاجون المقترنة بالبروتين ج مع مركبات طبيعية معروفة مضادة لداء السكري: نهج حاسوبي متعدد النقاط" . الطب التكميلي والبديل القائم على الأدلة . 2015 497253. doi : 10.1155/2015/497253 . ISSN 1741-427X . PMC 4508340. PMID 26236379 .