تحلل البروتين: أنواعه ووظائفه - مادة الاحياء - 2025

و التحلل البروتيني أو البروتين تدهور هو العملية التي بروتينات خلية يمكن أن يتحلل تماما (حتى المكونة لها الأحماض الأمينية) أو جزئيا (إنتاج الببتيدات). أي أنه يتكون من التحلل المائي لواحد أو أكثر من روابط الببتيد التي تربط أحماضها الأمينية معًا.

يمكن أن تحدث هذه العملية بفضل مشاركة البروتينات الأخرى ذات النشاط الأنزيمي ، حيث يحدث التحلل المائي للروابط في مواقعها النشطة. يمكن أن يحدث أيضًا من خلال "طرق" غير إنزيمية ، مثل تأثير الحرارة أو المواد ذات الأس الهيدروجيني الشديد (الحمضية جدًا أو القاعدية جدًا).

المخطط الأساسي لتحلل البروتين (المصدر: Fdardel عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يحدث تحلل البروتين في البكتيريا والحيوانات والنباتات ، ولكنه شائع بشكل خاص في الحيوانات ، وخاصة على مستوى الجهاز الهضمي ، حيث يعتمد هضم البروتينات التي يتم تناولها مع النظام الغذائي وامتصاصها في الأمعاء.

بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر تحلل البروتين ذو أهمية قصوى للصيانة الوظيفية وتنظيم العمليات الخلوية المتعددة ويتعلق أيضًا بالتخلص من تلك البروتينات التي تسبب أخطاء في الترجمة والطي والتعبئة والاستيراد والتشغيل ، إلخ.

من المهم أن نلاحظ أنها عملية فعالة للغاية لا رجعة فيها وتعمل أيضًا في "تنظيم المنظمين" ، لأنها لا تقضي فقط على تلك البروتينات التي لها أنشطة بيولوجية "مباشرة" ، ولكن أيضًا تلك التي تنظم البروتينات الأخرى أو التعبير عن الجينات المقابلة.

أنواع تحلل البروتين

يمكن أن تتحلل البروتينات الداخلية للخلية بشكل عشوائي أو انتقائي أو ، ما هو نفسه ، بطريقة مضبوطة أم لا. في المقابل ، كما ذكرنا سابقًا ، يمكن أن تحدث هذه العملية من خلال إنزيمات خاصة أو بسبب ظروف بيئية محددة مثل الأس الهيدروجيني الحمضي و / أو القلوي.

من المهم أن نذكر أن أي بروتين مترجم أو مطوي أو معبأ بشكل صحيح يخفي واحدًا أو أكثر من سلاسل إشارات التحلل "المشفرة" والتي يمكن كشفها عندما يكون البروتين مضطربًا هيكليًا بسبب درجة الحرارة ودرجة الحموضة وما إلى ذلك.

التحلل البروتيني

التواجد (Ubiquitin-proteasome system) هو نظام يمكن من خلاله تحلل البروتينات بشكل انتقائي بعد تمييزها خصيصًا للتحلل ، وهي عملية يمكن أن تحدث في العصارة الخلوية وفي نواة الخلية.

يمتلك هذا النظام القدرة على التعرف على البروتينات الموصوفة في النواة والعصارة الخلوية وتدميرها ، بالإضافة إلى تحطيم البروتينات التي لا تنثني بشكل صحيح أثناء انتقالها من العصارة الخلوية إلى الشبكة الإندوبلازمية.

عملية وضع العلامات على Ubiquitin (Ubiquitination) (المصدر: Rogerdodd عبر ويكيميديا ​​كومنز)

إنه يعمل بشكل أساسي عن طريق إضافة أو اقتران البروتينات "المستهدفة" إلى 76 بروتين أو ببتيد من بقايا الأحماض الأمينية الصغيرة ، المعروف باسم يوبيكويتين. هذه البروتينات "الموسومة" بالانتشار تتحلل إلى أجزاء صغيرة بواسطة البروتياز 26S ، وهو بروتياز متعدد الوحدات الفرعية.

تحلل البروتين عن طريق الالتهام الذاتي

يعتبر بعض المؤلفين أيضًا الالتهام الذاتي شكلاً من أشكال تحلل البروتين ، مع التمييز أنه يحدث داخل حجرة غشائية مغلقة موجهة نحو الجسيمات الحالة (في الخلايا الحيوانية) ، حيث تتحلل البروتينات الموجودة بداخلها بواسطة البروتياز الليزوزومي.

تحلل البروتينات غير الأنزيمية

يمكن أن تتسبب درجة الحرارة ودرجة الحموضة وحتى تركيز الملح في الوسط في التحلل المائي للروابط الببتيدية التي تربط الأحماض الأمينية لأنواع مختلفة من البروتينات معًا ، والذي يحدث عن طريق زعزعة استقرار الروابط وانقطاعها.

المميزات

تحلل البروتين له وظائف عديدة في الكائنات الحية. على وجه الخصوص ، يتعلق الأمر بدوران البروتين ، حيث تتحلل في النهاية بعض جزيئات البروتين المحددة التي تُرجمت من واحد أو أكثر من الريبوسومات بمعدلات مختلفة.

تتمتع البروتينات بنصف عمر يتراوح من بضع ثوانٍ إلى بضعة أشهر ، ويتم إعادة استخدام منتجات تحللها ، سواء كانت منظمة أم لا ، بوساطة إنزيمات أم لا ، بشكل عام لتخليق بروتينات جديدة ، والتي ربما تؤدي وظائف مختلفة.

هذا ما يحدث للبروتينات التي تستهلك مع الطعام ، والتي تتحلل في الجهاز الهضمي بسبب البروتياز ، بما في ذلك التربسين والبيبسين ؛ وكذلك مع بعض البروتينات الخلوية عندما تفتقر الخلايا إلى الغذاء الكافي للبقاء على قيد الحياة.

تكتشف الأنظمة المحللة للبروتين داخل الخلايا البروتينات "غير الطبيعية" التي يحتمل أن تكون سامة للخلايا وتزيلها ، حيث يمكنها التفاعل مع الروابط "غير الملائمة من الناحية الفسيولوجية" ، بالإضافة إلى إنتاج الركام الذي يسبب عوائق ميكانيكية وفيزيائية للعمليات الخلوية الطبيعية.

إن تراكم البروتينات غير الطبيعية داخل الخلية ، إما بسبب عيوب في نظام التحلل الداخلي للبروتين أو لأسباب أخرى ، هو ما يعتبره العديد من العلماء أحد الأسباب الرئيسية للشيخوخة في الكائنات الحية متعددة الخلايا.

في جهاز المناعة

يعد التحلل البروتيني الجزئي للعديد من البروتينات من مصادر خارجية أو خارجية مثل غزو الكائنات الحية الدقيقة ، على سبيل المثال ، عملية أساسية لنظام الاستجابة المناعية ، حيث تتعرف الخلايا الليمفاوية التائية على الأجزاء القصيرة ، وهي نتاج تحلل البروتين (الببتيدات) التي يتم تقديمها لهم. بالاشتراك مع مجموعة من البروتينات السطحية.

يمكن أن تأتي الببتيدات المذكورة من نظام التواجد الشامل أو عمليات البلعمة الذاتية أو أحداث تحلل البروتين غير المنضبطة.

وظائف أخرى

وظيفة أخرى لتحلل البروتين المحدود أو الجزئي هي تعديل البروتينات المشكلة حديثًا ، والتي تعمل كـ "تحضير" لوظائفها داخل أو خارج الخلية. هذا صحيح ، على سبيل المثال ، لبعض الهرمونات والبروتينات المشاركة في عمليات التمثيل الغذائي المختلفة.

يعتمد موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا المبرمج) أيضًا ، إلى حد كبير ، على التحلل البروتيني المحدود أو الجزئي "الخاص بالموقع" للبروتينات داخل الخلايا ، والذي يتوسطه سلسلة من البروتياز المعينة تسمى الكاسبات.

تعتمد الأنظمة التنظيمية خارج الخلية أيضًا على تحلل البروتين الخاص بالموقع والمثال الأبرز هو تخثر الدم.

يؤدي التحلل البروتيني العام أو الكامل أيضًا إلى الوظائف الأساسية للتدهور الانتقائي لتلك البروتينات التي يجب التحكم في تركيزها بعناية اعتمادًا على الفسيولوجية أو التمثيل الغذائي أو تطور الخلايا.

في النباتات

تستخدم النباتات أيضًا عمليات التحلل للبروتين للتحكم في العديد من جوانبها الفسيولوجية والتنموية. يعمل ، على سبيل المثال ، في الحفاظ على الظروف داخل الخلايا وفي آليات الاستجابة للظروف المجهدة مثل الجفاف والملوحة ودرجة الحرارة ، من بين أمور أخرى.

كما هو الحال في الحيوانات ، يتعاون التحلل البروتيني في النباتات في تنشيط ونضج الزيموجينات (البروتينات غير النشطة) ، والتحكم في التمثيل الغذائي ، والتوازن ، وعمليات موت الخلايا المبرمجة ، وتطور الأنسجة والأعضاء ، إلخ. في هذه الكائنات الحية ، يعد مسار تحلل البروتينات عن طريق التواجد في كل مكان من أهم المسارات.

المراجع

1. ألبرتس ، بي ، براي ، دي ، هوبكين ، كيه ، جونسون ، إيه دي ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… و والتر ، بي (2013). بيولوجيا الخلية الأساسية. علوم جارلاند.
2. موريزي ، إم آر (1992). البروتياز وتدهور البروتين في الإشريكية القولونية. اكسبيرينتيا، 48 (2) ، 178-201.
3. فارشافسكي ، أ. (2005). تدهور البروتين المنظم. الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية ، 30 (6) ، 283-286.
4. Vierstra ، RD (1996). تحلل البروتين في النباتات: الآليات والوظائف. في التحكم بعد النسخ في التعبير الجيني في النباتات (ص 275-302). سبرينغر ، دوردريخت.
5. Wolf، DH، & Menssen، R. (2018). آليات تنظيم الخلية - التحلل البروتيني ، المفاجأة الكبرى. رسائل FEBS ، 592 (15) ، 2515-2524.