عائلة البروتينات

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
عائلة السيكلوفيلين البشرية ، كما هو ممثل في هياكل نطاقات الأيزوميراز لبعض أعضائها

عائلة البروتينات هي مجموعة من البروتينات ذات الصلة التطورية . في كثير من الحالات، تمتلك عائلة البروتينات عائلة جينية مقابلة ، حيث يشفر كل جين بروتينًا مطابقًا له بنسبة 1:1. يجب عدم الخلط بين مصطلح "عائلة البروتينات" ومصطلح " العائلة " كما يُستخدم في علم التصنيف.

تنحدر البروتينات في عائلة واحدة من سلف مشترك، وعادةً ما تتشابه في بنيتها ثلاثية الأبعاد ووظائفها، بالإضافة إلى تشابه كبير في تسلسلها . [ 1 ] [ 2 ] يُعدّ تشابه التسلسل (عادةً تسلسل الأحماض الأمينية) أحد أكثر مؤشرات التماثل، أو الأصل التطوري المشترك، شيوعًا. [ 3 ] [ 4 ] تستخدم بعض الأطر لتقييم أهمية التشابه بين التسلسلات أساليب محاذاة التسلسل . من غير المرجح أن تُظهر البروتينات التي لا تشترك في سلف مشترك تشابهًا ذا دلالة إحصائية في التسلسل، مما يجعل محاذاة التسلسل أداة فعّالة لتحديد أعضاء عائلات البروتينات. [ 3 ] [ 4 ] تُجمّع العائلات أحيانًا في فروع أكبر تُسمى العائلات الفائقة بناءً على التشابه البنيوي، حتى في حال عدم وجود تماثل تسلسلي واضح.

تم تحديد أكثر من 60000 عائلة بروتينية حاليًا، [ 5 ] على الرغم من أن الغموض في تعريف "عائلة البروتين" يؤدي إلى اختلافات كبيرة بين الباحثين.

المصطلحات والاستخدام

يُستخدم مصطلح "عائلة البروتين" على نطاق واسع، ويمكن تطبيقه على مجموعات كبيرة من البروتينات ذات تشابه تسلسلي ضئيل للغاية، وكذلك على مجموعات ضيقة من البروتينات ذات تسلسل ووظيفة وبنية متطابقة تقريبًا. وللتمييز بين هذه الحالات، يُستخدم تصنيف هرمي. فعلى أعلى مستوى من التصنيف توجد " العائلات الفائقة للبروتينات" ، التي تُصنّف البروتينات المتباعدة في الصلة، وغالبًا ما تستند إلى تشابهها البنيوي. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] تليها "عائلات البروتينات"، التي تُشير إلى البروتينات ذات الأصل التطوري المشترك، والذي يتجلى في تشابه تسلسلي كبير . [ 2 ] [ 10 ] ويمكن تعريف "العائلات الفرعية" داخل العائلات للدلالة على البروتينات وثيقة الصلة التي لها وظائف متشابهة أو متطابقة. [ 11 ] على سبيل المثال، تتميز عائلة فائقة مثل عائلة PA من البروتيازات بحفظ تسلسلي أقل من عائلة C04 الموجودة ضمنها.

أعلاه، يوضح الشكل تسلسل الأحماض الأمينية المحفوظة لـ 250 عضوًا من عائلة بروتيازات PA ( العائلة الفائقة ). أسفل الشكل، يوضح الشكل تسلسل الأحماض الأمينية المحفوظة لـ 70 عضوًا من عائلة بروتيازات C04: تشير الأسهم إلى بقايا الثالوث التحفيزي ، مرتبة بناءً على التركيب باستخدام برنامج DALI .

نطاقات البروتين والزخارف

تم التعرف على عائلات البروتينات لأول مرة عندما كانت معظم البروتينات المعروفة بنيويًا عبارة عن بروتينات صغيرة أحادية النطاق، مثل الميوغلوبين والهيموغلوبين والسيتوكروم ج . ومنذ ذلك الحين، تم اكتشاف العديد من البروتينات التي تحتوي على وحدات بنيوية ووظيفية متعددة ومستقلة تُسمى النطاقات . وبسبب التغيرات التطورية، تطورت النطاقات المختلفة في البروتين بشكل مستقل. وقد أدى ذلك إلى التركيز على عائلات نطاقات البروتين. وتُخصص العديد من الموارد الإلكترونية لتحديد هذه النطاقات وتصنيفها. [ 12 ] [ 13 ]

تختلف القيود الوظيفية باختلاف مناطق البروتين. فعلى سبيل المثال، يتطلب الموقع النشط للإنزيم توجيهًا دقيقًا لبعض بقايا الأحماض الأمينية. وقد تتكون واجهة ارتباط البروتين-بروتين من سطح واسع ذي قيود على كراهية الماء أو قطبية بقايا الأحماض الأمينية. تتطور المناطق المقيدة وظيفيًا في البروتينات بوتيرة أبطأ من المناطق غير المقيدة، مثل الحلقات السطحية، مما يُنتج كتلًا من التسلسل المحفوظ عند مقارنة تسلسلات عائلة بروتينية (انظر محاذاة التسلسلات المتعددة ). تُعرف هذه الكتل عادةً باسم "الزخارف"، على الرغم من استخدام مصطلحات أخرى عديدة (كتل، بصمات، أنماط، إلخ). وتُخصص العديد من الموارد الإلكترونية لتحديد وتصنيف زخارف البروتين. [ 14 ]

تطور عائلات البروتينات

وفقًا للإجماع الحالي، تنشأ عائلات البروتينات بطريقتين. أولًا، يسمح انفصال نوعٍ أصلي إلى نوعين من السلالات المنعزلة وراثيًا لجين/بروتين بتراكم اختلافات ( طفرات ) بشكل مستقل في هذين النوعين. ينتج عن ذلك عائلة من البروتينات المتماثلة ، عادةً ما تحتوي على أنماط تسلسل محفوظة. ثانيًا، قد يؤدي تضاعف الجين إلى إنشاء نسخة ثانية منه (تُسمى نظيرًا ). ولأن الجين الأصلي لا يزال قادرًا على أداء وظيفته، فإن الجين المتضاعف حر في التطور وقد يكتسب وظائف جديدة (عن طريق الطفرات العشوائية).

تخضع بعض عائلات الجينات/البروتينات، وخاصة في حقيقيات النوى ، لتوسعات وانكماشات شديدة خلال التطور، وأحيانًا بالتزامن مع تضاعف الجينوم بأكمله . يقل احتمال التوسعات، ويزداد احتمال الفقدان، بالنسبة للبروتينات غير المنتظمة بنيويًا، وللمجالات البروتينية التي تكون أحماضها الأمينية الكارهة للماء أبعد ما يكون عن درجة التشتت المثلى على طول التسلسل الأولي. [ 15 ] يُعد هذا التوسع والانكماش في عائلات البروتينات أحد السمات البارزة لتطور الجينوم ، لكن أهميته وتداعياته لا تزال غير واضحة.

شجرة التطور الوراثي لعائلة RAS الفائقة: تم إنشاء هذه الشجرة باستخدام FigTree (برنامج مجاني عبر الإنترنت).

استخدام وأهمية عائلات البروتينات

مع ازدياد عدد البروتينات المُتسلسلة وتزايد الاهتمام بتحليل البروتينات ، تُبذل جهودٌ حثيثة لتصنيف البروتينات إلى عائلات ووصف نطاقاتها ووحداتها البنائية. يُعدّ التحديد الدقيق لعائلات البروتينات أمرًا بالغ الأهمية للتحليل التطوري ، والتصنيف الوظيفي، واستكشاف تنوّع وظائف البروتينات في فرعٍ تطوري مُحدد. تستخدم مبادرة وظائف الإنزيمات عائلات البروتينات وفصائلها الفائقة كأساسٍ لتطوير استراتيجيةٍ قائمة على التسلسل/البنية لتحديد الوظائف واسعة النطاق للإنزيمات ذات الوظائف غير المعروفة. [ 16 ] وتعتمد الوسائل الحسابية لإنشاء عائلات البروتينات على نطاقٍ واسع على مفهوم التشابه.

مصادر عائلة البروتين

تُفهرس العديد من قواعد البيانات البيولوجية عائلات البروتينات وتتيح للمستخدمين مطابقة تسلسلات الاستعلام مع العائلات المعروفة. وتشمل هذه القواعد ما يلي:

  • Pfam - قاعدة بيانات لعائلات البروتينات تتضمن عمليات المحاذاة ونماذج ماركوف المخفية
  • بروسايت - قاعدة بيانات لنطاقات البروتين وعائلاتها ومواقعها الوظيفية
  • نظام تصنيف العائلات الكبرى PIRSF
  • PASS2 - محاذاة البروتين كعائلات فائقة هيكلية الإصدار 2 - PASS2@NCBS [ 17 ]
  • العائلة الفائقة - مكتبة نماذج ماركوف المخفية التي تمثل العائلات الفائقة وقاعدة بيانات لتعليقات (العائلة الفائقة والعائلة) لجميع الكائنات الحية التي تم تسلسلها بالكامل
  • SCOP و CATH - تصنيفات هياكل البروتينات إلى عائلات فائقة، وعائلات، ومجالات

وبالمثل، توجد العديد من خوارزميات البحث في قواعد البيانات، على سبيل المثال:

  • BLAST - البحث عن تشابه تسلسل الحمض النووي
  • BLASTp - البحث عن تشابه تسلسل البروتين
  • OrthoFinder - طريقة لتجميع البروتينات في عائلات (مجموعات أورثو) [ 18 ] [ 19 ]

انظر أيضاً

عائلات البروتينات

مراجع

  1. ↑ "ما هي عائلات البروتينات؟ تصنيف البروتينات" . EMBL-EBI . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 نوفمبر 2023 .
  2. 1 2 أورينغو، كريستين؛ بيتمان، أليكس (2013). "مقدمة". في: أورينغو، كريستين؛ بيتمان، أليكس (محرران). عائلات البروتينات: ربط تسلسل البروتين وبنيته ووظيفته . هوبوكين، نيو جيرسي: جون وايلي وأولاده، الصفحات من 7 إلى 11. doi : 10.1002/9781118743089.fmatter . ISBN  978-1-118-74308-9.
  3. 1 2 بيرسون، ويليام ر. (2013). "مقدمة في البحث عن تشابه التسلسل ("التماثل") . البروتوكولات الحالية في المعلوماتية الحيوية . 3 : 3.1.1–3.1.8. doi : 10.1002/0471250953.bi0301s42 . ISSN 1934-3396 . PMC 3820096. PMID 23749753 .   
  4. 1 2 تشين، جونجي؛ غو، مينغيو؛ وانغ، شياولونغ؛ ليو، بين (2018-03-01). "مراجعة شاملة ومقارنة بين الطرق الحسابية المختلفة للكشف عن التشابه البعيد للبروتينات". Briefings in Bioinformatics . 19 (2): 231–244 . doi : 10.1093/bib/bbw108 . ISSN 1477-4054 . PMID 27881430 .  
  5. ^ كونين، فيكتور. حالات، إلديفونسو؛ إنرايت، أنطون ج. دي لورنزو، فيكتور؛ أوزونيس، كريستوس أ. (2003). "عدد لا يحصى من عائلات البروتين، وما زال العدد في ازدياد" . بيولوجيا الجينوم . 4 (2): 401. دوى : 10.1186/gb-2003-4-2-401 . ISSN 1474-760X . بمك 151299 . بميد 12620116 .   
  6. ↑ دايوف، م.و. (ديسمبر 1974). "التحليل الحاسوبي لتسلسلات البروتين". وقائع الاتحاد . 33 (12): 2314-6 . PMID 4435228 . 
  7. ^ دايهوف، MO؛ ماكلولين، بيجاي؛ باركر، مرحاض؛ هانت، إل تي (1975). “تطور التسلسلات داخل عائلات البروتين الفائقة”. يموت Naturwissenschaften . 62 (4): 154– 161. بيب كود : 1975NW .....62..154D . دوى : 10.1007/BF00608697 . S2CID 40304076 . 
  8. ↑ دايوف، م.و. (أغسطس 1976). "أصل وتطور العائلات الفائقة للبروتينات". وقائع الاتحاد . 35 (10): 2132-2138 . PMID 181273 . 
  9. ↑ أورينغو، كريستين أ.؛ ثورنتون، جانيت م. (1 يونيو 2005). "عائلات البروتينات وتطورها - منظور بنيوي" . المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 74 (1): 867-900 . doi : 10.1146/annurev.biochem.74.082803.133029 . ISSN 0066-4154 . PMID 15954844 .  
  10. ↑ فيراماتشانيني، فامسي؛ ماكالوفسكي، فويتش (2004). " تصوير تشابه تسلسل عائلات البروتينات" . أبحاث الجينوم . 14 (6): 1160-1169 . doi : 10.1101/gr.2079204 . ISSN 1088-9051 . PMC 419794. PMID 15140831 .   
  11. ↑ هولم، ليسا؛ هيجر، أندرياس (2013). "أساليب آلية قائمة على التسلسل لتحديد عائلات النطاقات". في: أورينجو، كريستين؛ بيتمان، أليكس (محرران). عائلات البروتينات: ربط تسلسل البروتين وبنيته ووظيفته . هوبوكين، نيو جيرسي: جون وايلي وأولاده، ص 1-24 . doi : 10.1002/9781118743089.ch1 . ISBN  978-1-118-74308-9. S2CID 85641264 . 
  12. ↑ وانغ، يان؛ تشانغ، هانغ؛ تشونغ، هاولين؛ شيويه، تشيدونغ (2021-01-01). "طرق تحديد نطاقات البروتين والموارد الإلكترونية" . مجلة التكنولوجيا الحيوية الحاسوبية والبنيوية . 19 : 1145-1153 . doi : 10.1016/j.csbj.2021.01.041 . ISSN 2001-0370 . PMC 7895673. PMID 33680357 .   
  13. ↑ باتمان، أليكس (2013). "تصنيف تسلسل عائلات البروتينات: Pfam وموارد أخرى". في: أورينغو، كريستين؛ باتمان، أليكس (محرران). عائلات البروتينات: ربط تسلسل البروتين وبنيته ووظيفته . هوبوكين، نيو جيرسي: جون وايلي وأولاده، ص 25-36 . doi : 10.1002/9781118743089.ch2 . ISBN  978-1-118-74308-9.
  14. ↑ مولدر، نيكولا جيه؛ أبوايلر، رولف (19 ديسمبر 2001). "أدوات وموارد لتحديد عائلات البروتينات، والمجالات، والوحدات البنائية" . علم الأحياء الجينومي . 3 (1): reviews2001.1. doi : 10.1186/gb-2001-3-1-reviews2001 . ISSN 1474-760X . PMC 150457. PMID 11806833 .   
  15. ↑ جيمس، جينيفر إي؛ نيلسون، بول جي؛ ماسيل، جوانا (4 أبريل 2023). "الاحتفاظ التفاضلي بمجالات Pfam يساهم في الاتجاهات التطورية طويلة الأمد" . علم الأحياء الجزيئي والتطور . 40 (4) msad073. doi : 10.1093/molbev/msad073 . PMC 10089649. PMID 36947137 .  
  16. ↑ جيرلت، جون أ.؛ ألين، كارين ن.؛ ألمو، ستيفن س.؛ أرمسترونغ، ريتشارد ن.؛ بابيت، باتريشيا س.؛ كرونان، جون إ.؛ دوناواي-ماريانو، ديبرا؛ إمكر، هايدي ج.؛ جاكوبسون، ماثيو ب.؛ مينور، فلاديك؛ بولتر، سي. ديل؛ راوشيل، فرانك م.؛ سالي، أندريه؛ شويشيت، برايان ك.؛ سويدلر، جوناثان ف. (22-11-2011). "مبادرة وظائف الإنزيم" . الكيمياء الحيوية . 50 (46): 9950-9962 . doi : 10.1021 / bi201312u . ISSN 0006-2960 . PMC 3238057. PMID 21999478 .   
  17. ↑ غانديماتي، أ.؛ ناير، أنو ج.؛ سودهاميني، ر. (2012). "PASS2 الإصدار 4: تحديث لقاعدة بيانات محاذاة التسلسلات القائمة على البنية لعائلات النطاقات البنيوية الفائقة" . أبحاث الأحماض النووية . 40 (D1): D531– D534 . doi : 10.1093/nar/gkr1096 . ISSN 1362-4962 . PMC 3245109. PMID 22123743 .   
  18. ↑ إيمز، ديفيد م.؛ كيلي، ستيفن (2015-08-06). "أورثوفايندر: حل التحيزات الأساسية في مقارنات الجينوم الكامل يُحسّن بشكل كبير دقة استنتاج مجموعات الجينات المتماثلة" . علم الأحياء الجينومي . 16 (1): 157. doi : 10.1186/s13059-015-0721-2 . ISSN 1474-760X . PMC 4531804. PMID 26243257 .   
  19. ↑ إيمز، ديفيد م.؛ كيلي، ستيفن (14 نوفمبر 2019). " أورثوفايندر: استنتاج التماثل التطوري لعلم الجينوم المقارن" . علم الأحياء الجينومي . 20 (1): 238. doi : 10.1186/s13059-019-1832-y . ISSN 1474-760X . PMC 6857279. PMID 31727128 .   
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بعائلات البروتينات على ويكيميديا ​​كومنز