نبذة تعريفية حول دور “البروتينات” داخل جسم الإنسان وكيفية بنائها

2013 آلات الحياة

د.ديفيد س. جودسل

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

البروتينات كيفية بناء البروتينات وظيفة البروتينات البيولوجيا وعلوم الحياة

إذا نظرت في أي مكان بالخلية فإنك ستجد البروتينات وهي تعمل، ويتم بناء البروتينات بآلاف الأشكال والأحجام ، حيث إن كل بروتين يؤدي وظيفة مختلفة على مستوى الجزىء.

وبعض البروتينات يتم بناؤها ببساطة لتتخذ شكلاً محدداً، وتتجمع لتكون إما أشكالاً عصوية، أو شبكية، أو كُريّات مجوفة، أو أنابيب.

والبعض الآخر من البروتينات يعمل كمحركات جزيئية تقوم باستخدام الطاقة لتقوم بحركة دورانية أو انقباضية أو بالزحف.

 

والكثير من البروتينات هي حفازات كيماوية تقوم بالتفاعلات الكيميائية بين الذرات، وتقوم بنقل المجاميع الكيمائية وإحداث تغييرات فيها تماماً حسب الحاجة.

للبروتينات تركيب كيميائي يتبع نموذجاً معيناً وذلك بما يسمح ببناء مجال واسع من الآلات الجزيئية المختلفة باستخدام نفس المجموعة الأساسية من وحدات البناء.

 

وتظهر البروتينات في صورة سلاسل جزيئية طويلة، مثل الأحماض النووية، ولكن بدلاً من النيوكلوتيدات الأربعة المتشابهة تركيبياً في الأحماض النووية. 

ولكن بدلاً من النيوكليوتيدات الأربعة المتشابهة تركيبياً في الأحماض النووية، فغن البروتينات يتم بناؤها باستخدام 20 حمضاً أمينياً مختلفاً، لكل منها حجم وصفات كيميائية مختلفة (شكل 7.2) .

 

شكل 7.2 تركيب البروتينات: تتركب البروتينات من سلسلة من الأحماض الأمينية التي تنطوي لتكون مركباً كروياً متماسكاً ، جميع الأحماض الأمينية العشرين مبينة بواسطة السلسلة الممتدة على يسار الشكل.

لاحظ اختلاف الشكل والتركيب الكيميائي لكل حمض اميني عن الآخر.

تحمل الأحماض الأمينية الأربعة الموجودة في أعلى السلسلة شحنة كهربائية قوية، بينما تلك الموجودة في منطقة الوسط فإنها مشحونة بشكل طفيف،

أما الأحماض الأمينية في أسفل السلسلة فإنها كارهة للماء. الحمض الأميني الأخير، وهو البرولين (Proline) ، يمكنه تكوين إنحناء قوي في سلسلة البروتين. وعلى يمين الشكل، يوجد البروتين الصغير المسمى ليزوزيم (Lysozyme) والذي يحتوي على 129 حمضاً امينياً (قوة التكبير: 20 مليون مرة).

 

حيث تحمل بعض الأحماض الأمينية شحنة كهربية وتتفاعل بقوة مع الماء والأيونات، بينما يتركب البعض الآخر منها بشكل كبير من ذرات الكربون والهيدروجين ولذا فإنها تكون كارهة جداً للماء.

وبعض الأحماض الأمينية يكون كبيراً وضخماً صعب التعامل معه، بينما يكون البعض الآخر صغيراً وقادرا على صنع مكان لنفسه في أضيق الأركان.

وبعض الأحماض الأمينية ثابت في الشكل والبعض الآخر مرن. بعضعها نشط كيميائياً وبعضها الآخر خامل تماماً.

 

وباستخدام هذه الأبجدية المتنوعة من الأحماض الأمينية، فإن الخلايا تكون قادرة حتى على بناء مجموعة أكثر تنوعاً من البروتينات.

عند وضع سلاسل البروتين في الماء، فإنها تقوم بعمل رائع ، فهي تنثني وتنطوي لتكون شكلاً مثالياً تلوذ بداخله الأحماض الأمينية الكارهة للماء مع تعريض الأحماض الأمينية المشحونة على السطح.

والشـيء البالغ الإثارة هنا هو أن البروتينات آلات ذاتية التجميع. حيث تحدث العملية السابقة بشكل تلقائي، أو مع مساعدة ضئيلة من البروتينات المرافقة (Chaperone Proteins) والتي تحمي السلاسل اثناء انطوائها من تدخل البروتينات المجاورة لها. ويتوقف الشكل النهائي للبروتين المطوي على تتابع الأحماض الأمينية في سلسلة البروتين.

 

كما يمكن أن تتخيل فإن عدداً محدوداً من تتابعات الأحماض الأمينية يمكنه أن ينطوي بشكل تلقائي ليعطي تركيباً ثاباً. ولو أنك قمت ببناء بروتين باستخدام تتابع عشوائي من الأحماض الأمينية ، فمن المحتمل أنه سوف يكون تشابكاً عشوائياً لزجاً عند وضعه في الماء.

إلا ان الخلايا أتقنت ترتيب الأحماض الأمينية في بروتيناتها على مدى أعوام عديدة من الانتخاب التطوري (Evolutionary Selection) ، وما يفعله العلماء الآن هو مجرد اكتشاف الحيُل الذكية التي تستخدمها الخلية في طي سلاسل البروتين، وهو الأمر الذي سيسمح لنا بتصميم بروتينات خاصة بنا.

تظهر البروتينات في أشكال عضوية غير معتادة تختلف تماماً عن الآلات المألوفة لنا في حياتنا (شكل 8.2) .

       

شكل 8.2 وظائف البروتين: يتم بناء البروتينات لتقوم بالعديد من الوظائف المختلفة وفي الكثير من الحالات ، فإن العديد من سلاسل البروتين تنطوي ، ثم ترتبط معا لتكون مركباً أكبر.

فالناقل البروتيني لعدة عقاقير (Multidrug Transporter) يقوم بضخ العقاقير والسموم إلى خارج الخلايا عن طريق قيام سلسلتيه بحركة تشبه حركة المقص.

بروتين الرودوبسن (Rhodopsin)هو مستشعر الضوء الساقط في شبكية العين – حيث يقوم باستخدام جزىء ملون بالشبكية لإلتقاط الضوء.

 

الانسولين والجلوكاجون (Glucagon) هما هرمونان يقومان بتوصيل رسائل مضادة لبعضها حول مستويات السكر بالدم. أما الببسين (Pepsin) فهو آلة هضم البروتين بالغذاء في المعدة – وبسبب هذه الوظيفة, فلا بد للببسين أن يكون على درجة عالية من المقاومة للحموضة.

وتتخصص بروتينات الأجسام المضادة (Antibodies) في التعرف على الأجسام الغريبة – حيث أنها تجد الفيروسات والبكتيريا في الدم أثناء العدوى المرضية.

ويعمل "انزيم بلمرة الـ "دنا" (DNA polymerase) على نسخ المعلومات المحفوظفة على سلسلة الـ "دنا" – والإنزيم الموجود بالشكل خاص بأحد أنواع البكتيريا التي تعيش في الينابيع الحارة، ولذلك فهو على درجة عالية من الثبات ويتسخدم في التكنولوجيا الحيوية لنسخ الـ "دنا".

 

تابع شكل 8.2 : يقوم بروتين الفيريتن (Ferritin) بتخزين أيونات الحديد بداخل الخلايا – فهو غلاف بروتيني يحيط بكتلة بلورية صغيرة مكونة من حوالي 4000 أيون من الحديد والهيدروكسيد

ويعمل الجزء المعروض في الشكل من أنزيم "بناء مركب ATP"كمحرك دوار يتم تشغيله بواسطة الطاقة الكهروكيميائية بالخلية، كما يقوم بروتية الكولاجين (Collagen) بتكوين ألياف طويلة ومتينة تعمل على تدعيم الأعضاء والأنسجة بأجسامنا، وهو أكثر البروتينات شيوعاً في جسم الإنسان.

أما بروتين الأكتين (Actin) فإنه يعمل على تكوين دعامات تركيبية، ولكنها من النوع الذي يتم تجميعه أو فكه تبعاً لإرادة الخلية (قوة التكبير: 5 ملايين مرة).

 

ونظراً لقابليتها العالية للتنوع، فإن البروتينات يتم بناؤها بحيث تقوم بأغلب وظائف الحياة اليومية بالخلية. وتستطيع الأنواع البكتيرية النموذجية بناء عدة آلاف من مختلف أنواع البروتينات، ولكل منها

وظيفة مختلفة. كما يمكن لخلايانا أن تقوم ببناء حوالي 30 ألف نوع مختلف من البروتينات التي تتراوح في حجمها ما بين الهرمونات البروتينية الصغيرة مثل الجلوكاجون (Glucagon) والذي يحتوي على 29 حمضاً امينيا فقط، إلى البروتينات الضخمة نبسياً مثل التيتن (Titin) والذي يحتوي على أكثر من 34 ألف حمض أميني. 

 

وتستطيع البروتينات القيام بأي وظيفة في الخلية تقريباً، باستثناء حالات خاصة تظهر فيها الحاجة إلى الطبيعة الكيميائية الفريدة لكل من الأحماض النووية ، والدهون، والكربوهيدرات.

البروتينات هي جزئيات ذات قدرة على القيام بالكثير من الأشياء بالخلية ويتم دفعها للعمل بعدد لا يُحصى من الأشكال والصور.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]