عملية تحطيم البروتينات داخل الخلية

2013 آلات الحياة

د.ديفيد س. جودسل

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عملية تحطيم البروتينات داخل الخلية البروتينات الخلية البيولوجيا وعلوم الحياة

يتم بناء البروتينات كي تقوم بمهمة محددة، ثم يتم التخلص منها بسرعة بمجرد الإنتهاء من هذه المهمة.

وفي الخلية النموذجية ، فإن 20-40% من البروتينات التي يتم بناؤها حديثاً يتم تحطيمها خلال ساعة واحدة،

وبعض البروتينات لها وقت حرج لتأدية وظائفها، ومن أمثلتها البروتينات المنظمة لعمليات النسخ وانقسام الخلية، والتي تبقى لدقائق.

 

وقد يبدو هذا الأسلوب « للفناء المخطط له » مُضيّعاً لمصادر وطاقة الخلية، ولكنه له ميزة كبيرة. فهو يسمح للخلايا بالاستجابة السريعة للتغيرات الحادثة في البيئة المحيطة.

وبالطبع فإن هذا يمثل تحدياً للخلية. حيث إن الخلايا لا تستطيع ببساطة أن تقوم ببناء إنزيمات لتحطيم البروتينات وتقوم بإطلاقها بدون تمييز في السيتوبلازم. فما تفعله الإنزيمات الهاضمة في معدتنا هو أنها تقوم بتدمير كل شيء يقابلها.

وبدلاً من ذلك، فإن الخلية تقوم ببناء «الجسيمات المحللة للبروتين» (Protea–somes) (شكل 2.7). وهي عبارة عن آلات شرهة لتمزيق البروتين، تحتوي على جزء يقوم بتقطيع البروتين يكون مخبأ بعناية داخل تركيب أسطواني الشكل.

 

شكل 2.7 اليوبكوتين والجسيم المحلل للبروتينات: عندما تصبح البروتينات القديمة جاهزة لإعادة تدويرها، تعمل الخلية على ربط سلاسل من اليوبكوتين بها.

ثم يقوم الجسيم المحلل للبروتين (Proteasome) بالتعرف  على اليوبكوتين ويعمل على تكسير البروتين المرتبط به.

ويتركب الجسيم المحلل للبروتين من أربع حلقات من البروتين  تتجمع فوق بعضها البعض، مع وجود الآلة المسؤولة عن تقطيع البروتين مختبئةً بداخلها.

ويظهر بالتركيب الموضح بالشكل حلقة من البروتينات المنشطة عند كل من نهايتي الجسيم. وتعمل هذه البروتينات على إدخال الببتيدات الصغيرة الحجم خلال الجسيم المحلل للبروتين حتى يتم تكسيرها تماماً.

وهناك قبعة أكبر (غير موضحة بالشكل) يتم إضافتها عند كل من نهايتي الجسيم لكي تعمل على التعرف على اليوبكوتين وتدخله في البروتينات المنشطة (قوة التكبير: 5 ملايين مرة).

 

وبذلك فإن الجسيمات المحللة للبروتين تقوم بالتجول بحرية داخل الخلية، بحيث يتم تغذية قواطعها الجائعة بالبروتينات المناسبة فقط.

وتحتاج الخلايا إلى إستخدام طريقة تسمح لها بالتحكم في عملية تحطيم البروتينات، بحيث يتم التأكد من أن البروتينات عديمة الفائدة أو التالفة هي فقط التي يتم تغذية  « الجسيم المحلل للبروتين » بها.

ويلعب البروتين صغير الحجم «يوبكوتين» (Ubiquitin) دوراً محورياً في هذه العملية، حيث يرتبط بالبروتينات القديمة، معطياً إشارة للخلية بأن هذه البروتينات مهيأة للتفكيك وإعادة التدوير.

 

والجزء الأكثر مهارة في هذه العملية هو أن يتم التأكد أن اليوبكوتين يرتبط فقط بالبروتينات المناسبة.

وهذه هي وظيفة سلسلة من الإنزيمات يُطلق عليها «رابطات اليوبكوتين» (Ubiquitin Ligases)، فبمساعدة إنزيمين آخرين، تقوم هذه الإنزيمات بالتعرف على البروتينات ذات العمر القصير وتعمل على ربط اليوبكوتين بها.

 

وتقوم سلسلة مكونة من أربعة أو أكثر من جزيئات اليوبكوتين بساتهداف البروتين المراد تحطيمه والارتباط به.

وتعمل أجزاء تشبه القبعة عند أي من نهايتي "الجسيم المحلل للبروتين" على التعرف على سلسلة اليوبكوتين وإدخال البروتين المرتبط بها إلى ما يعرف بحجرة التحطيم، والتي يتم فيها تكسير هذا البروتين إلى قطع صغيرة تكون جاهزة لإعادة الإستخدام.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]