تعديلات ما بعد الترجمة: ما هي وكيف ترتبط بالمرض

البروتينات هي جزيئات الحياة. وهي تمثل 80٪ من البروتوبلازم المجفف للخلية بأكملها وتشكل حوالي 50٪ من الوزن الجاف للخلية جميع أنسجتنا ، لذا فإن نمو الأنسجة والتخليق الحيوي والإصلاح يعتمدان كليًا عليها.

الحمض الأميني هو الوحدة الأساسية للبروتين ، لأنه من خلال روابط الببتيد المتتالية ، تؤدي هذه الجزيئات إلى ظهور سلاسل البروتين التي نعرفها من دروس علم الأحياء. تتكون الأحماض الأمينية من الكربون (C) والأكسجين (O) والنيتروجين (N) والهيدروجين (H) ، 4 من العناصر الحيوية الخمسة التي تشكل 96٪ من كتلة خلايا الأرض. لإعطائك فكرة ، لدينا 550 جيجا طن من الكربون العضوي على الكوكب ، 80٪ منها يأتي من المادة النباتية التي تحيط بنا.

إن عملية تخليق البروتين داخل الخلية عبارة عن رقصة معقدة بين الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، والإنزيمات ، وسلاسل التجميع. في هذه الفرصة ، سنخبرك ببعض ضربات الفرشاة العامة لتشكيل البروتينات على المستوى الخلوي ، مع التركيز بشكل خاص على التعديلات اللاحقة للترجمة.

• مقالات لها صلة: "20 نوعا من البروتينات ووظائفها في الجسم"

أساس تخليق البروتين في الخلية

بادئ ذي بدء ، يجب علينا وضع أسس معينة. لدى الإنسان معلوماته الجينية داخل النواة (بدون احتساب الحمض النووي للميتوكوندريا) ، وهذا يحتوي على بعض تسلسلات الترميز للبروتينات أو RNA ، والتي تسمى الجينات.

بفضل مشروع الجينوم البشري ، نعلم أن جنسنا البشري لديه ما بين 20000 و 25000 جينة مشفرة ، والتي تمثل 1.5٪ فقط من إجمالي الحمض النووي في أجسامنا.

يتكون الحمض النووي من النوكليوتيدات ، والتي تتكون من 4 أنواع ، وفقًا لقاعدة النيتروجين الموجودة: الأدينين (A) ، الجوانين (G) ، السيتوزين (C) والثيمين (T) يتم ترميز كل حمض أميني بواسطة ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات ، والمعروفة باسم "الكودونات". نقدم لك مثالاً على ثلاثة توائم:

GCU ، GCC ، GCA ، GCG

كل هذه الرموز الثلاثة أو الكودونات ترمز للحمض الأميني ألانين ، بالتبادل. على أي حال ، لا تأتي هذه مباشرة من الجينات ، بل هي أجزاء من الحمض النووي الريبي ، والتي يتم الحصول عليها من نسخ الحمض النووي. إذا كنت تعرف علم الوراثة ، فربما لاحظت أن أحد الكودونات يحتوي على uracil (U) ، وهو نظير الثايمين (T) للحمض النووي الريبي.

لهذا السبب، أثناء النسخ ، يتشكل الرنا المرسال من المعلومات الموجودة في الجينات وينتقل خارج النواة ، إلى الريبوسومات الموجودة في سيتوبلازم الخلية.. هنا ، "تقرأ" الريبوسومات الكودونات المختلفة و "تترجمها" إلى سلاسل من الأحماض الأمينية ، التي تحمل واحدة تلو الأخرى عن طريق نقل الحمض النووي الريبي (RNA). نقدم لك مثالاً آخر:

GCU-UUU-UCA-CGU

كل من هذه الكودونات الأربعة ، على التوالي ، للأحماض الأمينية ألانين ، فينيل ألانين ، سيرين وأرجينين. هذا المثال النظري سيكون رباعي ببتيد (قليل الببتيد) ، لأنه بروتين شائع ، يجب أن يحتوي على ما لا يقل عن 100 من هذه الأحماض الأمينية. على أي حال ، يغطي هذا التفسير ، بشكل عام ، عمليات النسخ والترجمة التي تؤدي إلى ظهور البروتينات داخل الخلايا.

• قد تكون مهتمًا بـ: "أهم أجزاء الخلية والعضيات: نظرة عامة"

ما هي التعديلات اللاحقة للترجمة؟

تشير التعديلات اللاحقة للترجمة (PTM) إلى التغييرات الكيميائية التي تخضع لها البروتينات بمجرد تصنيعها في الريبوسومات. يؤدي النسخ والترجمة إلى بروبتيدات ، والتي يجب تعديلها لتحقيق الوظيفة الحقيقية لعامل البروتين في النهاية. يمكن أن تحدث هذه التغييرات من خلال آليات إنزيمية أو غير إنزيمية.

تعد إضافة مجموعة وظيفية واحدة من أكثر التعديلات اللاحقة للترجمة شيوعًا. في القائمة التالية ، نقدم لك بعض الأمثلة على هذا الحدث البيوكيميائي.

• أسيلة: تتكون من إضافة مجموعة أسيل. يُعرف المركب الذي يتبرع بهذه المجموعة باسم "مجموعة الآسيلات". الأسبرين ، على سبيل المثال ، يأتي من عملية أسيل.
• الفسفرة: تتكون من إضافة مجموعة فوسفاتية. إنه التعديل اللاحق للترجمة المرتبط بنقل الطاقة على المستوى الخلوي.
• المثيلة: أضف مجموعة الميثيل. إنها عملية جينية ، لأن مثيلة الحمض النووي تمنع نسخ بعض الجينات المستهدفة.
• الهيدروكسيل: إضافة مجموعة الهيدروكسيل (OH). إن إضافة مجموعة الهيدروكسيل إلى البرولين ، على سبيل المثال ، هي خطوة أساسية لتكوين الكولاجين في الكائنات الحية.
• النترات: إضافة مجموعة نيترو.

هناك العديد من الآليات لإضافة المجموعات الوظيفية ، حيث تم أيضًا تسجيل الارتباط بالنتروزيل أو الارتباط بالجليكوزيل أو الغليكوزين أو التحلل الأولي.. من تكوين الأدوية إلى تخليق الأنسجة البيولوجية ، كل هذه العمليات ضرورية لبقاء جنسنا البشري بطريقة أو بأخرى.

كما قلنا من قبل ، يحتوي الجينوم البشري على 25000 جين ، لكن البروتين البشري يحتوي عليها نوعنا (مجموع البروتينات المعبر عنها في الخلية) هو حوالي مليون وحدة بروتينية. بالإضافة إلى ربط الحمض النووي الريبي المرسال ، فإن التعديلات اللاحقة للترجمة هي أساس تنوع البروتين في البشر، لأنها قادرة على إضافة جزيئات صغيرة من خلال الروابط التساهمية التي تغير وظائف البولي ببتيد تمامًا.

بالإضافة إلى إضافة مجموعات محددة ، هناك أيضًا تعديلات تربط البروتينات ببعضها البعض. مثال على ذلك هو سومويل ، الذي يضيف بروتينًا مصغرًا (معدل صغير متعلق باليوبيكويتين ، سومو) إلى البروتينات المستهدفة. يعد تدهور البروتين والتوطين النووي بعضًا من آثار هذه العملية.

آلية أخرى مهمة لما بعد الترجمة هي التواجد في كل مكان ، والتي ، كما يوحي اسمها ، تضيف اليوبيكويتين إلى البروتين المستهدف. تتمثل إحدى الوظائف المتعددة لهذه العملية في توجيه إعادة تدوير البروتين ، حيث يرتبط يوبيكويتين بعديد الببتيدات التي يجب تدميرها.

اليوم، تم الكشف عن حوالي 200 تعديل مختلف بعد الترجمة، والتي تؤثر على العديد من جوانب وظائف الخلية ، من بينها آليات مثل التمثيل الغذائي ونقل الإشارة واستقرار البروتين نفسه. يرتبط أكثر من 60٪ من أقسام البروتين الناتجة عن التعديلات اللاحقة للترجمة بـ منطقة البروتين التي تتفاعل مباشرة مع الجزيئات الأخرى ، أو ما هو نفسه مركزها نشيط.

• قد تكون مهتمًا بـ: "ترجمة الحمض النووي: ما هي وما هي مراحلها"

تعديلات ما بعد الترجمة والصور المرضية

إن معرفة هذه الآليات في حد ذاتها كنز للمجتمع ، لكن الأشياء تزداد أكثر مثيرًا للاهتمام عندما اكتشفنا أن التعديلات اللاحقة للترجمة لها أيضًا فائدة في هذا المجال طبيب.

البروتينات التي تحتوي على تسلسل CAAX ، سيستين (C) - بقايا أليفاتية (أ) - بقايا أليفاتية (أ) - أي الأحماض الأمينية (X) ، هي جزء من العديد من الجزيئات ذات الصفيحة النووية ، وهي ضرورية في العمليات التنظيمية المختلفة ، بالإضافة إلى ذلك ، كما أنها موجودة على سطح الأغشية السيتوبلازمية (الحاجز الذي يحدد الجزء الداخلي لخلية الخارج). ارتبط تسلسل CAAX تاريخيًا بتطور الأمراض ، لأنه يتحكم في التعديلات اللاحقة للترجمة للبروتينات التي تقدمه..

كما أوضحت المفوضية الأوروبية في مقالة معالجة البروتين CAAX في مرض DIsease البشري: من السرطان إلى Progeria ، اليوم يحاول استخدام الإنزيمات التي تعالج البروتينات بالتسلسل كأهداف علاجية للسرطان والشياخ CAAX. النتائج معقدة للغاية على المستوى الجزيئي بحيث لا يمكن وصفها في هذا الفضاء ، لكن الحقيقة هي أنها كذلك يظهر استخدام التعديلات اللاحقة للترجمة كموضوع للدراسة في الأمراض واضحًا أهمية.

سيرة ذاتية

من بين جميع البيانات المقدمة في هذه السطور ، نريد أن نبرز واحدة ذات أهمية خاصة: لدى البشر حوالي 25000 جين مختلف في جينومنا ، لكن البروتين الخلوي يصل إلى مليون بروتين. هذا الرقم ممكن بفضل التعديلات اللاحقة للترجمة ، والتي تضيف مجموعات وظيفية وتربط البروتينات فيما بينها ، من أجل إعطاء خصوصية للجزيء الكبير.

إذا أردنا الاحتفاظ بفكرة مركزية ، فهذا هو التالي: يتم نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي الرسول ، والذي ينتقل من النواة إلى سيتوبلازم الخلية. هنا ، يُترجم هذا إلى البروتين (الذي يحتوي منه على تعليماته في شكل كودونات) ، بمساعدة نقل الحمض النووي الريبي والريبوزومات. بعد هذه العملية المعقدة ، يتم إجراء تعديلات ما بعد الترجمة ، من أجل إعطاء البروتوببتيد وظيفته النهائية.

المراجع الببليوغرافية:

• جنسن ، أو. ن. (2004). البروتينات الخاصة بالتعديل: توصيف التعديلات اللاحقة للترجمة عن طريق قياس الطيف الكتلي. الرأي الحالي في البيولوجيا الكيميائية ، 8 (1) ، 33-41.
• كريشنا ، ر. جي ، وولد ، ف. (1993). تعديلات ما بعد الترجمة للبروتينات. طرق تحليل تسلسل البروتين ، 167-172.
• مان ، م ، وجنسن ، أو. ن. (2003). التحليل البروتيني لتعديلات ما بعد الترجمة. التكنولوجيا الحيوية الطبيعية، 21 (3) ، 255-261.
• سكوت ، آي ، وياموتشي ، إم ، وسريشولبيك ، إم. (2012). تعديلات ما بعد الترجمة ليسين للكولاجين. مقالات في الكيمياء الحيوية ، 52 ، 113-133.
• سيت ، ب. T. ، ديكيتش ، آي ، تشو ، إم. م ، وبوسون ، ت. (2006). قراءة تعديلات البروتين مع مجالات التفاعل. مراجعات الطبيعة بيولوجيا الخلية الجزيئية، 7 (7) ، 473-483.
• سيو ، ج. دبليو ، ولي ، ك. ج. (2004). تعديلات ما بعد الترجمة ووظائفها البيولوجية: التحليل البروتيني والنهج المنهجية. تقارير BMB ، 37 (1) ، 35-44.
• سنايدر ، ن. ت. ، وعمري ، م. ب. (2014). تعديلات ما بعد الترجمة لبروتينات الخيوط الوسيطة: الآليات والوظائف. مراجعات الطبيعة بيولوجيا الخلية الجزيئية، 15 (3) ، 163-177.
• Westermann ، S. ، & Weber ، K. (2003). تنظم التعديلات اللاحقة للترجمة وظيفة الأنابيب الدقيقة. مراجعات الطبيعة بيولوجيا الخلية الجزيئية، 4 (12) ، 938-948.