بروتينات سكريه

glyesproteins -

البروتينات السكرية

رويدة أبو سمرة

بنية البروتينات السكرية

اصطناع البروتينات السكرية

تقويض البروتينات السكرية

البروتينات السكرية glycoproteins بروتينات ترتبط تساهمياً covalently بقليلات سكريد بسيطة oligosaccharides. تُعَدُّ صنفاً من أصناف السكريات المقترنة glycoconjugates أو السكريات المعقَّدة complex carbohydrates. تختلف عن البروتيوغليكان (نمط خاص من أنماط البروتينات السكرية) بكون سلسلة السكريات فيها قصيرة نسبياً تُراوح بين 2 و10 ثمالات سكرية، وقد تصل إلى 30 ثمالة، في حين تكون طويلة جداً في البروتيوغليكان، مثال ذلك الغليكوز أمينوغليكان، حيث يمثل الجزيء السكري ما يقارب 80% من كتلة الجزيء الكلي، ولا تحتوي على وحدات مكررة متسلسلة من السكريات، كما تكون سلاسل الكربوهدرات متفرعة، وقد تحمل شحنة سلبية أو لا تحمل.

إن كل بروتينات البلاسما هي في الغالب بروتينات سكرية ما عدا الألبومين. كما تحوي كثير من بروتينات الأغشية الخلوية كميات وافرة من السكريات؛ إضافة إلى أن عدداً من مواد الزمر الدموية هي بروتينات سكرية، وكذلك كثير من الهرمونات والإنزيمات والبروتينات البنيوية وبعض البروتينات الناقلة.

توجد البروتينات السكرية في معظم العضيَّات، من الجراثيم إلى الإنسان، كما تحوي كثير من الفيروسات الحيوانية البروتينات السكرية. كما أن العديد من البروتينات التي لها وظائف مختلفة هي بروتينات سكرية، يراوح محتواها من السكريات بين 1% وأكثر من 85 % من وزنها (الجدول 1) و (الشكل1).

الشكل (1) بعض وظائف البروتينات السكرية

الجدول (1) بعض وظائف البروتينات السكرية

البروتين السكري الوظائف جدران الخلايا، الكولاجين، الإلاستين، الفيبرين، المَطرِق العظمي bone matrix الجزيئات البنيوية المخاطينيات (الموسينات)، الإفرازات المخاطية المزلقات والعوامل الواقية الفيتامينات، الدسم، المعادن، ترانفيرين، سيروبلاسمين الجزيئات الناقلة الغلوبونات المناعية، مستضدات التوافق النسيجي، المتممة، الأنترفيرون الجزيئات المناعية موجِّهة الغدد التناسلية المشيمية، الهرمون المنبه للدرق TSH الهرمونات منها: البروتياز، النوكلياز، الغلوكوزيداز، الهدرولاز، الفسفاتاز القلوية، عوامل التخثر الإنزيمات مختلف البروتينات المشاركة في تآثرات: خلية إلى خلية (نطفة-بيضة)، فيروس- خلية، جرثوم-خلية، هرمون-خلية مواقع تعرف للارتباطات الخلوية بعض اللاكتينات، السيليكتينات (ليكتينات الالتصاق الخلوي)، الأضداد يتآثر مع سكريات نوعية مختلف البروتينات المشاركة في عمل الهرمون والأدوية كالنكسين calnexin وكالريتيكولين calreticulin مستقبلات تأثير في تثني بعض البروتينات بعض البروتينات في التطور الخلوي تنظيم التطور بعض بروتينات البلاسما في سمك الماء البارد مضاد تجمد بروتينات سكرية نوعية على سطح أغشية الصفيحات الاستتباب (انسداد الشرايين)

وقد أجري الكثير من الدراسات لتحديد الدور الدقيق الذي تقوم به السلاسل قليلة السكريد في وظيفة البروتينات السكرية، يلخص نتائجها الجدول (2)، علماً أن بعض هذه الوظائف مثبتة وبعضها الآخر قيد التحري.

الجدول (2) بعض وظائف السكريات قليلة التعدد للبروتينات السكرية.

تعديل الخواص الكيميائية الفيزيولوجية، مثال: قابلية الانحلال، اللزوجة، الشحنة، تغير الطبيعة، مواقع الارتباط للبكتريات والفيروسات. تحمي من الانحلال البروتيني، من داخل الخلية وخارجها. تؤثر في التفكيك الحال للبروتينات الطليعية وتحويلها إلى نواتج أصغر. تدخل في الفعالية البيولوجية: مثل موجهة الغدد التناسلية المشيمية الإنسانية(hCG). تؤثر في انغراس البروتينات ضمن الأغشية، الهجرة داخل الخلوية، التوزيع والإفراز. تؤثر في تطور الجنين والتمايز. تؤثر في مواقع الانتقال المختارة من الخلايا السرطانية.

يعرف السرطان بأنه ناجم عن خلل في التنظيم المورثي، والمشكلة الكبرى في هذا المرض هي النقائل metastasis حيث تغادر الخلايا السرطانية نسج المنشأ، مثل الثدي، لتهاجر بوساطة تيار الدم إلى بعض المواقع البعيدة في الجسم كالدماغ فتنمو فيه بطريقة عشوائية، مع نتائج فاجعة للشخص المصاب. ويعتقد الكثير من الباحثين أن المسؤول -جزئياً على الأقل- عن ظاهرة النقائل هو التبدل الحادث في البروتينات السكرية والسكريات المقترنة الأخرى في سطح الخلايا السرطانية.

بنية البروتينات السكرية:

1- بنية قليلات السكريد في البروتينات السكرية: تُبدي هذه المركبات تنوعاً كبيراً في تركيبها، يمكن أن يتغير حتى في جزيئات البروتين ذاته. وتساهم عدة عوامل في هذا التنوع البنيوي لقليلات السكرية في البروتينات السكرية:

أ- يمكن أن تحتوي سلسلة قليل السكريد على عدد من السكريات المختلفة، حيث توجد ثماني سكريات سائدة في البروتينات السكرية الإنسانية (الجدول 3).

الجدول (3) صيغة السكاكر الموجودة في البروتينات السكرية الإنسانية

السكر النمط الاختصار السكر النوكليوتيدي الغالاكتوز هيكسوز Gal UDP-Gal الغلوكوز هيكسوز Glc UDP-Glc مانوز هيكسوز Man GDP-Man حمض N-أسيتيل ألنور أمينيك حمض السياليك (9 ذرات كربون) NeuAc CMP-NeuAc فوكوز ديوكسيهيكسوز Fuc GDP-Fuc N-أسيتيل ألفا غالاكتوز أمين أمينو هيكسوز GalNAc UDP-GalNAc N-إيتيل غلوكوز أمين أمينو هيكسوز GlcNAc UDP-GlcNAc أكزيلوز بنتوز(سكر خماسي) Xyl UDP-Xyl

ب- يتم ارتباط قليل السكريد بالبروتين بروابط غليكوزيدية -N أو -O (الشكل 2).

الشكل (2): شكل الروابط الغليكوزيدية (أ) –N و(ب) –O

ففي الحالة الأولى (أ) يرتبط السكر بمجموعة الأميد في السلسلة الجانبية للأسبارجين أما في الحالة الثانية (ب) فإنه يرتبط بمجموعة الهدروكسيل في السيرين أو المجموعة R في التيروزين، مع ملاحظة أنه في حالة الكولاجين هناك رابطة غليكوزيدية - O بين الغالاكتوز أو الغلوكوز ومجموعة -OH في الهدروكسي ليزين.

ج- قليلات السكريد المرتبطة من نوع ثالث: قد يحتوي البروتين السكري على نمط واحد من الروابط الغليكوزيدية، وقد يحتوي بعضها الآخر على النوعين من الروابط، مثل الغليكوفورين، وهو بروتين سكري غشائي مهم للكريات الحمر. وهناك نوع ثالث من الروابط يرتبط بها البروتين بالإيتانول أمين المرتبط بقليل سكريد متفرع المرتبط بدوره بمادة دسمة (الشكل 3).

الشكل (3) الارتباط مع الإيتانول أمين

د- قليلات سكريد ذات الارتباط -O: تحتوي هذه السكريدات على واحد أو أكثر من مجموعة واسعة التنوع من السكريات تنتظم في بنية خطية أو متفرعة. وهي توجد بوصفها أحد المكونات في البروتينات السكرية الغشائية أو خارج الخلوية. ومثال ذلك دخول قليلات السكريد ذات الارتباط -O في تكوين المحددات المستضدية للزمر الدموية ABO (determinants ABO)، علماً أنه توجد أربع صفيفات من الروابط الغليكوزيدية -O في البروتينات السكرية (الشكل 4). كثيراً ما يوجد هذا النوع من الروابط في المخاطينيات (موسينات mucins) حيث تصل نسبة قليلات السكريد ذات الرابط -O إلى نحو 80% من كتلته. ويوجد هذا النوع من البروتين السكري (الموسين
mucin) في المخاط، وفي السبيل المعدي المعوي والسبيل البولي التناسلي والسبيل التنفسي حيث تعمل مزلقاتٍ بيولوجية واقية. تحتوي بعض السلاسل قليلة السكريد عدداً كبيراً من ثمالات حمض N-أسيتيل النيورأمين NeuNac، وسكاكر مكبرتة sulfated sugars. إن الشحنة السالبة لهذه الثمالات هي المسؤولة جزئياً عن الشكل الممتد extended form للمخاط، الذي يساهم في لزوجة المحاليل الحاوية إياه.

الشكل (4) الأصناف الأربعة من الروابط الغليكوزيدية -O. (أ) مثال على رابط نموذجي بين N- أسيتيل غالاكتوزأمين (GalNAc) وثمالات السيرين أو التريونين. (ب) رباط موجود في الكولاجين، حيث ترتبط فيه عادة ثمالة من الغالاكتوز المرتبطة بثمالة من الغلوكوز بالهدروكسيل ليزين (Hyl). (ج) أربطة ثلاثية السكريد في البروتيوغليكان. (د) رباط GlcNAc في بعض البروتينات.

هـ- قليلات السكريد ذات الارتباط -N: تتميز البروتينات السكرية ذات الرابطة -N بوجود رباط Asn-GlcNAc، وهي المجموعة الكبرى من البروتينات السكرية، وقد درست كثيراً، إذ إنها البروتينات الأكثر سهولة في التوصل إليها (مثال البروتينات المصلية)، وتتضمن البروتينات السكرية المرتبطة بالغشاء والجوالة في الدوران. تصنف هذه السكريدات في ثلاثة أصناف: عالي المانوز والمعقد والهجين (الشكل5).

الشكل (5) أصناف قليلات السكريد ذات الارتباط –N. (أ) سلسلة عالية المانوز.(ب) سلسلة معقدة. (ج) سلسلة هجينة. يُظهِر اللون الأحمر اللب السكريدي الخماسي المشترك في كل البروتينات السكرية ذات الرابطة-N. ويمثل SA حمض السياليك وهو عادة NeuNAc.

تحتوي الأصناف الثلاثة على لب خماسي السكريد GlcNAc2 Man3 (الشكلان 6 و7) ما يظهر حقيقة وجود سبيل استقلابي أولي مشترك لاصطناعها الحيوي.

الشكل (6) بنية النماذج الأساسية للسكريدات قليلة التعدد المرتبطة بالأسبارجين. تحتوي المنطقة المغلقة على لب سكريدي خماسي يشترك في كل البروتينات السكرية ذات الرابطة – N.

الشكل (7) السكريات قليلة التعدد ذات الرابطة – N. اللب خماسي السكريد (المظلل بالأصفر) مشترك في كل قليلات السكريد ذات الرابطة – N، وتساهم بوصفها منشأ لتنوع كبير لــ- N سكريد يظهر منها اثنان على الشكل (أ)، وهو نموذج عالي المانوز، والشكل (ب) نموذج معقد.

اصطناع البروتينات السكرية:

تمر عملية التصنيع الحيوي للبروتينات السكرية بوجه عام في ثلاث مراحل: تجميع لسلف من عديد سكريد، ونقله كوحدة إلى البروتين، وتغيير عديد السكريد بنزع السكاكر. وتكون معظم البروتينات موجهة إلى السيتوبلاسما، ويتم اصطناعها في الريبازات ribosomes الحرة في السيتوزول، في حين تكون بروتينات أخرى - ومن ضمنها الكثير من البروتينات السكرية - موجهة نحو الأغشية الخلوية والجسيمات الحالة، أو تكون معدة للتصدير خارج الخلية. ويتم اصطناعها في الجسيمات الريبية المرتبطة بالشبكة البلاسمية الداخلية الخشنة RER. ويبين الشكل (8) الخطوات المتتابعة لاصطناع البروتينات السكرية.

الشكل (8) يبين الشكل آلية اصطناع البروتينات السكرية ونقل البروتينات السكرية عبر جهاز غولجي، ومن ثم تحررها أو اندماجها في الجسيمات الحالة أو في غشاء الخلية.

1- المكونات الكربوهدراتية للبروتينات السكرية: تعد نُكليوتيدات السكر طلائع المكونات الكربوهدراتية للبروتينات السكرية، وتتضمن هذه النكليوتيدات:

Uridine Diphosphate (UDP) - galactose

و UDP-N-acetylgalactosamine

و UDP-N-acetylglucosamin

و UDP-glucose

إضافة إلى مواد يمكن أن تقدم السكر للسلسلة في طور النمو وهي UPD-L-fucose، UDP-mannose (الذي يصطنع من GDP-mannose)، وCMP- N- acetylneuraminic acid ترتبط قليلات السكريد بشكل تكافؤي بمجموعات –R في حموض أمينية معينة في البروتين، حيث تحدد البنية ثلاثية الأبعاد للبروتين ما إذا كان سيحدث إضافة سكر للمجموعة R في بعض الحموض الأمينية.

2- اصطناع الغلوكوزيدات ذات الارتباط -O: يتم بداية اصطناع البروتين الذي سيرتبط به قليل السكريد في الشبكة البلاسمية الداخلية الخشنة RER، ومن ثم يتبارز البروتين ضمن لمعة الشبكة. تبدأ عملية إضافة السكر glycosylation إلى مجموعات R- سيريل أو تيروزيل محددة. وتتطلب هذه الآلية مجموعة من الإنزيمات النوعية ناقلات الغليكوزيل glycosyltransferases التي تعمل على إضافة مجموعة غليكوزيلية مقدمة من الكوإنزيم السكري النوكليوتيدي. توجد هذه الإنزيمات في الشبكة البلاسمية الخشنة RER أو في جهاز غولجي. بوجه عام يحتاج تركيب نموذج معين من الأربطة إلى فعالية إنزيم ناقل خاص (أي فرضية إنزيم ناقل للغلوكوزيل واحد-رباط واحد). تتجمع سلاسل قليلات السكريد بإضافة السكر الأول إلى البروتين، يلي ذلك إضافات متسلسلة لسكر واحد إلى النهاية غير المرجعة non reducing end.

3- اصطناع الغلوكوزيدات ذات الارتباط N -: تحدث عملية اصطناعها أيضاً في لمعة الشبكة البلاسمية الداخلية وجهاز غولجي (الشكل 9).

الشكل (9) تجمع لسلف N– عديد سكريد على دوليكول فسفات

 تبدأ آلية اصطناعها بتجميع مركب مؤلف من عديد سكريد متفرع مؤلف من 14 ثمالة (9 منها هي مانوز) مرتبطة بدسم هو دوليكول، ويتطلب اصطناعها أيضاً مشتقه المفسفت دوليكول بيروسفات (الشكل 10).

الشكل (10) اصطناع الغليكوبروتينات ذات الارتباط – N.

يتم أولاً اصطناع البروتين في الشبكة البلاسمية الخشنة RER ويدخل في لمعتها. بعدها يتم إنشاء قليل سكريد مرتبط بدسم يتكون من dolichol (وهو ليبيد من ليبيدات أغشية الشبكة البلاسمية الداخلية يراوح طوله بين 80 و100 كربون). يرتبط برابطة بيروفسفات بقليل سكريد يحتوي على مانوز، وN- أسيتيل غلوكوز أمين وغلوكوز. تتم إضافة السكاكر إلى دوليكول بوساطة إنزيم غشائي هو غلوكوزيل ترانسفيراز، ويتم ذلك بالترتيب N- أسيتيل غلوكوز أمين يتبعه مانوز ومن ثم غلوكوز. يتم نقل قليل السكريد من الدوليكول إلى السلسلة الجانبية للأسبارجين في البروتين وذلك عبر إنزيم ترانسفيراز يوجد في الشبكة البلاسمية الداخلية. يخضع قليل السكريد ذو الارتباط - N بعد ارتباطه بالبروتين لعملية إعدادٍ تشمل إزالة ثمالات محددة من المانوزيل والغلوكوزيل وذلك عند مرور البروتين السكري عبر الشبكة البلاسمية الخشنة. أخيراً يتم إتمام سلاسل قليل السكريد في جهاز غولجي عن طريق إضافة مجموعة من السكاكر (GlcNAc، فوكوز، حمض السياليك Gal-NAc) لإنتاج بروتين سكري معقد أو تبقى على شكل سلاسل متفرعة حاوية المانوز من دون إتمام تمثل البروتين السكري الغني بالمانوز. تمثل السلسلة عالية المانوز المرحلة المبكرة في الاصطناع الحيوي لعديدات السكريد -N-. وتنتج سلسلة عديد السكريد المعقدة من عمليات نزع إضافية لثمالات السكر من السلاسل عالية المانوز وإضافة ثمالات من سكاكر أخرى، مثل الفوكوز والغالاكتوز والـ GlcNAc وحمض السياليك وذلك بعملية تدعى تجهيز قليل السكريد. تُعطى الثمالات الإضافية من السكاكر عن طريق السكاكر النوكليوتيدية كما في قليلات السكريد ذات الرابطة O-، ويشرف على ذلك إنزيمات ناقلة للغليكوزيل. وفي بعض الحالات يمكن أن يحوي البروتين السكري سلسلة قليلة سكريد هجينية وسلسلة قليل سكريد متفرع يحوي فرعاً واحداً عالي المانوز وآخر من نمط معقد.

يمكن أن يكون المصير النهائي للبروتينات السكرية ذات الارتباط -N التحرر خارج الخلية أو الدخول في بنية الغشاء الخلوي، أو-خياراً بديلاً- تُنقَل إلى الجسيمات الحالّة (شكل 11)، حيث يمكن أن تتم فسفرة البروتينات السكرية ذات الارتباط -N التي يتم إعدادها في جهاز غولجي عند واحدةٍ أو أكثر من ثمالات محددة من المانوزيل. وترتبط مستقبِلات المانوز 6- فسفات المتوضعة في جهاز غولجي بثمالة 6- فسفات في الإنزيمات الهدف، وتؤدي إلى نقل هذه الإنزيمات إلى الجسيمات الحالة. ويؤدي الخلل في هذه الآلية إلى داء الخلية -1 1-cell disease، وهو متلازمة نادرة الحدوث تغيب فيها إنزيمات الهدرولاز الحمضية الموجودة عادة في الجسيمات الحالّة؛ ما يؤدي إلى تراكم الركائز التي يتم تدرُّكُها بوساطة هذه الإنزيمات في هذه الحويصلات.

الشكل (11) آلية نقل البروتينات السكرية ذات الارتباط –N إلى الجسيمات الحالة وآلية تشكل داء الخلية 1.

تقويض البروتينات السكرية:

يتم تقويض هذه المركبات في الجسيمات الحالّة lysosomes التي تحتوي على إنزيمات حلمهة تكون فعاليتها في باهاء pH=5 تقريباً، وتمتلك الباهاء المنخفضة هنا دوراً وقائياً يمنع آثارَها المخرِّبَة لدى تسربها إلى السيتوزول حيث درجة الـ pH فيها معتدلة. تتم هذه العملية بنوعية فائقة حيث إن كل إنزيم من إنزيمات الحلمهة في الجسيمات الحالة يمثل إنزيماً نوعياً لإزالة المكونات في البروتين السكري. تتكون هذه الجملة الإنزيمية من إنزيمات خارجية exoenzymes تقوم بإزالة مجموعاتها الخاصة بترتيب معاكس لترتيب اندماجها، أي الأخيرة في الاندماج هي الأولى في الإزالة، وعند غياب أحد إنزيمات التقويض تتوقف هذه العملية بوساطة الإنزيمات الأخرى. إن العوز في أحد هذه الإنزيمات يؤدي إلى داء خزن البروتين السكري (أدواء قليلات السكريد) التي تتظاهر بتراكم بُنىً متقوضة جزئياً في الجسيمات الحالّة، وتظهر بعد موت الخلية أجزاء قليلات السكريد في البول. والشكل (12) يلخص أسباب المرض، كما يلخص الشكل (13) كل ما يتعلق بالمفاهيم الأساسية للبروتينات السكرية:

الشكل (12) ملخص عن أسباب داء الخلية -1

الشكل (13) خريطة للمفاهيم الأساسية للبروتينات السكرية

مراجع للاستزادة: - هارفي وكامب ولبنكوت، مراجعة مصورة الكيمياء الحيوية، ترجمة وإعداد سمير الدالاتي وفندي أبو لطيف، دار اللآليء، دمشق. - موري وهاربر، الكيمياء الحيوية، ترجمة وإشراف عماد أبوعسلي ويوسف بركات، مركز تعريب العلوم الصحية. -H.R. Horton, L.A.Mora, K.G.Scrimgeour, M.D.Perry, J.D.Rawn, Principles of Biochemistry, Pearson Prentice Hall. 2006. -R. K. Murray, Harper’s Illustrated Biochemistry, McGraw-Hill. 2009.

---

- التصنيف : علم الحياة (البيولوجيا) - النوع : علم الحياة (البيولوجيا) - المجلد : المجلد الرابع مشاركة :