تروبونين: الخصائص والبنية والوظائف والاختبار - مادة الاحياء - 2025

التروبونين هو الاسم الذي يطلق على البروتين الموجود في الهيكل العظمي والعضلات القلبية للفقاريات ، المرتبط بالخيوط الموجودة في ألياف العضلات والتي لها وظائف في تنظيم نشاط الانقباض (تقلص العضلات والاسترخاء).

ألياف العضلات هي الخلايا التي تتكون منها الأنسجة العضلية ، والتي تعتمد قدرتها على التقلص على التفاعل بين الخيوط التي يتم ترتيبها وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالداخل ، وتحتل معظم الحجم السيتوبلازمي.

تمثيل رسومي لعناصر خيوط رفيعة في ألياف العضلات (المصدر: Raul654 ، عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تُعرف هذه الخيوط باسم الخيوط العضلية وهناك فئتان: سميكة ورقيقة. تتكون الخيوط السميكة من جزيئات الميوسين 2 ، في حين أن الخيوط الرقيقة عبارة عن بوليمرات من الأكتين الكروي أو الأكتين G بالاشتراك مع بروتينين آخرين.

يوجد كل من الأكتين والميوسين أيضًا في خلايا أخرى من جسم الإنسان والكائنات الحية الأخرى ، فقط بنسبة أقل بكثير والمشاركة في عمليات مختلفة مثل هجرة الخلايا ، وإخراج الخلايا ، في الحركة الخلوية (أثناء انقسام الخلايا) وحتى في حركة حويصلية داخل الخلايا.

التروبونين والتروبوميوسين هما البروتينان المرتبطان بخيوط الأكتين الرقيقة التي تشارك في تنظيم عمليات الانكماش والاسترخاء لللييفات العضلية للخلايا أو الألياف العضلية.

ترتبط آليات العمل التي من خلالها يمارس هذان البروتينان وظيفتهما بتركيز الكالسيوم داخل الخلايا. يعد نظام تنظيم التروبونين أحد أفضل الأنظمة المعروفة في علم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية لتقلص العضلات الهيكلية.

هذه البروتينات لها أهمية كبيرة للجسم. في الوقت الحاضر ، من المعروف على وجه اليقين أن بعض اعتلالات عضلة القلب العائلية أو الخلقية هي نتاج طفرات في تسلسل الجينات التي ترمز لأي من الاثنين (تروبونين أو تروبوميوسين).

مميزات

يرتبط التروبونين بالأكتين في الخيوط الرقيقة للألياف العضلية في الهيكل العظمي والعضلات القلبية بنسبة 1 إلى 7 ، أي جزيء واحد من التروبونين لكل 7 جزيئات من الأكتين.

هذا البروتين ، كما تم تسليط الضوء عليه ، يوجد حصريًا في الخيوط الموجودة داخل اللييفات العضلية من ألياف العضلات الهيكلية والقلبية المخططة ، وليس في ألياف العضلات الملساء التي تتكون منها الأوعية الدموية والعضلات الحشوية.

وقد تصور بعض المؤلفين أنه البروتين المنظم لتروبوميوسين. مثل هذا ، لديه مواقع ربط للتفاعل مع جزيئات الأكتين ، مما يمنحه القدرة على تنظيم تفاعله مع ميوسين الشعيرات السميكة.

في الأغشية العضلية ، تكون النسبة بين جزيئات تروبونين وتروبوميوسين من 1 إلى 1 ، مما يعني أنه لكل مركب تروبونين موجود يوجد جزيء تروبوميوسين مرتبط به.

بناء

التروبونين عبارة عن مركب بروتيني يتكون من ثلاث وحدات فرعية كروية مختلفة تعرف باسم تروبونين 1 وتروبونين سي وتروبونين تي ، والتي تضيف معًا ما يصل إلى 78 كيلو دالتون أو أقل.

يوجد في جسم الإنسان متغيرات خاصة بالأنسجة لكل من هذه الوحدات الفرعية ، والتي تختلف عن بعضها البعض على المستويين الجيني والجزيئي (فيما يتعلق بالجينات التي تشفرها) ، وعلى المستوى الهيكلي (فيما يتعلق بتسلسل الأحماض الأمينية).

تمثيل إحدى وحدات تروبونين الفرعية (المصدر: جواهر سواميناثان وموظفو MSD في المعهد الأوروبي للمعلومات الحيوية عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يعد Troponin C أو TnC أصغر الوحدات الفرعية الثلاث وربما أحد أهمها. لها وزن جزيئي 18 كيلو دالتون ولها مواقع لربط الكالسيوم (Ca2 +).

Troponin T أو TnT هو الموقع الذي يحتوي على مواقع الربط لترسيخ مجمع الوحدات الفرعية الثلاث مع تروبوميوسين ويبلغ وزنه الجزيئي 30 كيلو دالتون ؛ يُعرف أيضًا باسم الوحدة الفرعية T أو الوحدة الفرعية لربط التروبوميوسين.

يحتوي Troponin I أو TnI ، مع ما يزيد قليلاً عن 180 من بقايا الأحماض الأمينية ، على نفس الوزن الجزيئي مثل تروبونين T ، ولكن في هيكله يحتوي على مواقع خاصة لربط الأكتين ، مما يحول دون التفاعل بين الأخير والميوسين ، وهو الظاهرة المسؤولة عن تقلص ألياف العضلات.

تشير العديد من الكتب المدرسية إلى هذه الوحدة الفرعية على أنها الوحدة الفرعية المثبطة و "الغراء" الجزيئي بين الوحدات الفرعية الثلاثة للتروبونين. يتم تعزيز قدرته على الارتباط بالأكتين ونشاطه المثبط من خلال ارتباطه مع تروبوميوسين ، بوساطة الوحدة الفرعية TnT.

لقد ثبت أنه ، في الوحدة الفرعية الأولى ، يتم تحديد منطقة التسلسل المسؤول عن التثبيط بواسطة ببتيد مركزي مكون من 12 من بقايا الأحماض الأمينية بين الموضعين 104 و 115 ؛ وأن المنطقة الطرفية C للوحدة الفرعية لها أيضًا دور أثناء التثبيط.

المميزات

يعتمد دور التروبونين الرئيسي في تقلص العضلات على قدرته على ربط الكالسيوم ، لأن هذا البروتين هو المكون الوحيد للخيوط الرقيقة في العضلات الهيكلية التي لها هذه الخاصية.

في غياب التروبونين ، تكون الشعيرات الرفيعة قادرة على الارتباط بالخيوط السميكة والتقلص ، بغض النظر عن تركيز الكالسيوم داخل الخلايا ، لذا فإن وظيفة التروبونين هي منع الانكماش في غياب الكالسيوم من خلال ارتباطه بالتروبوميوسين.

وبالتالي ، يلعب التروبونين دورًا مهمًا في الحفاظ على استرخاء العضلات عندما لا يكون هناك ما يكفي من الكالسيوم داخل الخلايا ، وفي تقلص العضلات عندما يسمح التحفيز الكهربائي للأعصاب بدخول الكالسيوم إلى ألياف العضلات.

كيف يحدث هذا؟

في العضلات الهيكلية والقلبية المخططة ، يحدث تقلص العضلات بفضل التفاعل بين الخيوط الرفيعة والسميكة التي تنزلق فوق بعضها البعض.

في خلايا هذه العضلات ، يعد الكالسيوم ضروريًا لحدوث تفاعل الأكتين والميوسين (خيوط رفيعة وسميكة) ، نظرًا لأن مواقع ارتباط الأكتين للميوسين تكون "مخفية" بفعل عمل التروبوميوسين المشترك و تروبونين ، وهو الذي يستجيب للكالسيوم.

ترتبط أيونات الكالسيوم من الشبكة الساركوبلازمية (الشبكة الإندوبلازمية للألياف العضلية) بالوحدة الفرعية C من التروبونين ، مما يؤدي إلى تحييد تثبيط التروبونين بوساطة التروبونين ويؤدي إلى تقلص العضلات.

يحدث "تحييد" التثبيط الذي تسببه الوحدة الفرعية I بعد ارتباط الكالسيوم بالوحدة الفرعية C ، مما يولد تغييرًا في التوافق ينتشر بين الوحدات الفرعية الثلاثة ويسمح بفصلها عن كل من جزيئات الأكتين والتروبوميوسين.

يكشف هذا التفكك بين تروبونين وتروبوميوسين وأكتين عن مواقع ارتباط الميوسين بالأكتين. عندها يمكن للرؤوس الكروية للأخير أن تتفاعل مع ألياف الأكتين وتبدأ الانكماش المعتمد على ATP عن طريق إزاحة أحد الشعيرات على الآخر.

اختبار تروبونين

التروبونين هو المرقم الحيوي المفضل للكشف عن الآفات القلبية. لهذا السبب ، يستخدم اختبار تروبونين على نطاق واسع في التشخيص البيوكيميائي ، المبكر و / أو الوقائي لبعض الأمراض القلبية مثل احتشاء عضلة القلب الحاد.

يجد العديد من الأطباء المعالجين هذا الاختبار للمساعدة في اتخاذ قرارات بشأن ما يجب القيام به وما العلاج الذي يجب إدارته للمرضى الذين يعانون من ألم في الصدر.

يرتبط بشكل عام باكتشاف الوحدات الفرعية لـ Troponin T و I ، حيث يوجد الشكل الإسوي لـ Troponin C أيضًا في عضلات الهيكل العظمي البطيئة ؛ أي أنها ليست خاصة بالقلب.

على ماذا يعتمد اختبار التروبونين؟

عادة ما يكون اختبار التروبونين اختبارًا مناعيًا يكتشف الأشكال الإسوية القلبية للوحدتين الفرعيتين T و I من التروبونين. لذلك ، فهو يعتمد على الاختلافات الموجودة بين كلا الشكلين.

الشكل الإسوي للوحدة الفرعية التروبونين 1 (cTnI)

في أنسجة عضلة القلب ، يوجد شكل إسوي واحد فقط من وحدة التروبونين 1 الفرعية ، تتميز بوجود 32 حمض أميني "ذيل" بعد الترجمة في نهايتها N-terminal.

يتم اكتشاف هذا الشكل الإسوي بفضل تطوير أجسام مضادة وحيدة النسيلة لا تتعرف على الأشكال الإسوية الأخرى غير القلبية ، نظرًا لأن ذيل الأحماض الأمينية يختلف بنسبة 50٪ تقريبًا عن نهايات الأشكال الإسوية الأخرى.

لا يتم التعبير عن CTnI في الأنسجة التالفة ، ولكنه فريد لأنسجة القلب البالغة.

الشكل الإسوي للوحدة الفرعية تروبونين تي (cTnT)

يتم ترميز الشكل الإسوي القلبي للوحدة الفرعية التروبونين T في ثلاثة جينات مختلفة ، يمكن أن تخضع mRNAs منها لعملية تضفير بديلة تؤدي إلى إنتاج أشكال إسوية ذات تسلسلات متغيرة عند الطرفين N و C.

على الرغم من أن عضلة قلب الإنسان تحتوي على 4 أشكال إسوية من TnT ، إلا أن واحدًا فقط هو سمة لأنسجة القلب البالغة. يتم الكشف عن ذلك بأجسام مضادة محددة مصممة مقابل النهاية الطرفية N لتسلسل الأحماض الأمينية.

تولي اختبارات "الجيل التالي" للوحدة T في الشكل الإسوي للقلب اهتمامًا وثيقًا بحقيقة أن بعض الأنسجة العضلية الهيكلية المصابة يمكنها إعادة التعبير عن هذا الشكل الإسوي ، وبالتالي يمكن الحصول على تفاعل متقاطع مع الأجسام المضادة.

المراجع

1. بابوين ، ل. ، وجافي ، أ.س (2005). تروبونين: المرمز الحيوي المختار للكشف عن إصابة القلب. CMAJ، 173 (10) ، 1191-1202.
2. كولينسون ، بي ، ستابس ، بي ، وكيسلر ، إيه سي. (2003). تقييم متعدد المراكز للقيمة التشخيصية لكتلة التروبونين القلبي T و CK-MB والميوغلوبين لتقييم المرضى الذين يشتبه في إصابتهم بمتلازمة الشريان التاجي الحادة في الممارسة السريرية الروتينية. القلب ، 89 ، 280 - 286.
3. فرح ، سي ، وريناخ ، ف. (1995). مركب تروبونين وتنظيم تقلص العضلات. FASEB ، 9 ، 755-767.
4. كيلر ، ت. ، بيتز ، د. ، تسيكاس ، س. ، روث ، أ. ، تشيز ، إي ، بيكل ، سي ،… بلانكنبرج ، س. (2009). فحص التروبونين الحساس الأول في التشخيص المبكر لاحتشاء عضلة القلب الحاد. مجلة نيو إنجلاند الطبية ، 361 (9) ، 868-877.
5. روس ، إم ، وبولينا ، و. (2006). علم الانسجة. نص وأطلس مع الخلية المرتبطة والبيولوجيا الجزيئية (الطبعة الخامسة). ليبينكوت ويليامز وويلكينز.
6. واكباياشي ، ت. (2015). آلية تنظيم الكالسيوم في تقلص العضلات. سعيا وراء أساسها الهيكلي. بروك. JPn. أكاد. Ser. B، 91، 321-350.