6.6 : كينازات البروتين والفوسفاتيز
الفسفرة ونزع الفوسفور هي تعديلات كيميائية حيث تقوم الإنزيمات بإضافتة أو إزالة الحمض الأمينى موجودة على مجموعة فوسفات من جزيئات منفردة من ركيزة بروتين. هذه التغيرات الكيميائية يمكنها تنظيم وظيفة البروتين المستهدف من خلال تعديلات في التشكّل أو النشاط. بروتين الكايناز هى انزيمات تضيف مجموعات فوسفات للبروتينات والركائز الأخرى.
الكايناز تحفزالإضافة العكسية للفوسفات من ايه تى بى إلى هيدروكسيل السلاسل الجانبية للسيرين أوجزىء التايروزين أو الجزىء المنفرد التيروسين. بروتين كاينازفى حقيقية النواة تنتمي إلى عائلة واسعة من الإنزيمات بها تركيبات محفوظة وتتابعات حفازة عندما تنقل الكايناز مجموعة فوسفات إلى الركيزة،فإنها تكون شبكة مرتبطة بالهيدروجين مع الجزيئات المنفردة من الأحماض الأمينية المحيطة هذه الشبكة من الروابط الهيدروجينية تغير البنية ثلاثية الأبعاد فى البروتين المستهدف،وهى بذلك تعدل وظيفته. مثل هذه التغييرات في الوظيفة يمكن أن تتضمن تنشيط أو إلغاء النشاط الإنزيمي للركيزة أو إنشاء سطح جديد حيث يمكن للجزيئات الأخرى ان تتفاعل مع الركيزة تعمل الفوسفاتاز على تحفيزالتحلل المائي للفوسفات،بإستخدام جزيء ماء لإزالة مجموعة الفوسفات وترك مجموعة هيدروكسل حرة على جزىء منفرد من الحمض الأمينى يؤدي هذا إلى خلل للرابطة الهيدروجينية،استعادة التشكّل والوظيفة الأصلية.
الفسفرة هى عملية خاصة بالركيزة يحددها العديد من العناصر،بما في ذلك تسلسل الحفّاز الفريد من نوعه, الترابط البعيد والموضعى, مع الركائز و البروتينات الضابطة التى تتوسط تفاعلات ركائز الكاينازالمتباينة. بعض الفوسفاتاز ايضا تحتوي على تخصصية عالية للركائز. وهي تزيل الفوسفات من بروتين واحد فقط او بروتينات قليلة مختارة.
من الممكن أن تعمل أنواع فوسفوتازية أخرى على العديد من ركائز البروتين المختلفة وتكون موجّهة لهدف معين بواسطة الوحدات الفرعية المنظمة. بروتين الكاينازوالفوسفاتاز تعملان معا لتبادل البروتين بين حالة التفسفر والحالات منزوعة الفسفور. والواقع أن هذه التغيرات تشكل أهمية حاسمة في إشارات مختلفة ومسارات الأيض.
عندما يكون الجلوكوزمرتفع فى الدم،الأنسولين يؤدي إلى زيادة نشاط الفوسفاتيز البروتيني-1 إنزيم ينزع الفسفور من الركائز المستهدفة مؤديا الى أن الكائن الحي يخزن الجلوكوز كجليكوجين. عندما تنخفض مستويات الجلوكوز فى الدم،يتم تنشيط بروتين كيناز أ فسفرة البروتين الهدف عن طريق بروتين كايناز أ يحفز تكسير الجليكوجين, فيحرر الجلوكوز الى مجرى الدم
تخضع البروتينات لتعديلات كيميائية تؤدي إلى تغييرات في شحنة البروتينات وبنيتها وشكلها. الفسفرة، الأستلةالأسيتيل، الجلكزةالغليكوزيل، النترزةالنيتروزيل، اليوبيكويتينيةالتواجد في كل مكان، الدهنيةالدهون، الميثيلة، والتحلل البروتيني هي تعديلات بروتينية مختلفة تنظم نشاط البروتين. عادة ما تكون هذه التعديلات مدفوعة بالإنزيم.
كينازات البروتين
يتم تنظيم العديد من البروتينات في الخلية عن طريق الفسفرة، إضافة مجموعة الفوسفات. تضيف عائلة من الإنزيمات تسمى الكينازات مجموعات الفوسفات إلى الركيزة البروتينية. تقوم الكينازات بفسفرة أهدافها عن طريق نقل مجموعة الفوسفات الطرفية من ATP (أو GTP) إلى الركيزة الخاصة بها. تنتمي كينازات البروتين إلى عائلة واسعة من الإنزيمات التي تشترك في المجال التحفيزي المكون من 290 حمضًا أمينيًا. داخل البروتين، يمكن أن يحدث الفسفرة على عدة أحماض أمينية مختلفة. بناءً على الركائز المستهدفة، يمكن تصنيف كينازات البروتين إلى كينازات هيستيدين، كينازات كيناز سيرين ثريونين، كينازات كيناز تيروزين.
الفوسفاتازات
تعكس الفوسفاتازات نشاط الكيناز عن طريق إزالة مجموعات الفوسفات من ركائزها من خلال التحلل المائي لأحاديات حمض الفوسفوريك إلى أيون الفوسفات، تاركًا وراءه مجموعة هيدروكسيل حرة. تتنوع الفوسفاتازات البروتين هيكليًا ووظيفيًا وتصنف إلى أربع مجموعات رئيسية اعتمادًا على آليتها التحفيزية وحساسية المثبط وتفضيل الركيزة. تشمل هذه الفئات فوسفات البروتين الفوسفاتيز (PPP)، وبروتين تيروزين فوسفاتيز (PTP)، وفوسفات البروتين المعتمد على المغنيسيوم (Mg^2+/Mn^2+) (PPM)، وفوسفات البروتين القائم على الأسبارتات.
نشاط ودور كينازات البروتين والفوسفاتاز
تعمل كينازات البروتين والفوسفات كمفاتيح جزيئية. تساعد بعض هذه الإنزيمات في الحفاظ على التوازن الخلوي عن طريق استشعار النسبة المثلى لـ أدينوسين ثلاثي الفوسفات(ATP): أدينوسين ثنائي الفوسفات(ADP) داخل الخلايا. يعكس انخفاض ATP: ADP حالة الطاقة الضعيفة، مما يؤدي إلى نشاط بروتين كيناز. تحفز كينازات البروتين فسفرة البروتينات، مما يحفز مسارات إنتاج الـATP. على العكس من ذلك، يستشعر بروتين الفوسفاتيز مستويات عالية من ATP:ADP ويحفز إزالة الفسفور من البروتينات المستهدفة. تعمل هذه الإنزيمات معًا على تعديل المسارات والعمليات الحرجة في الخلية، وغالبًا ما يكون ذلك استجابةً للمحفزات الخارجية.
الفسفرة وإزالة الفسفرة هي تعديلات كيميائية حيث تضيف الإنزيمات أو تزيل مجموعة فوسفات من بقايا الأحماض الأمينية على ركيزة البروتين. يمكن لهذه التغييرات الكيميائية أن تنظم وظيفة البروتين المستهدف من خلال التغيرات في التشكل أو النشاط.
كينازات البروتين هي إنزيمات تعمل على فسفرة البروتينات والركائز الأخرى. تحفز الكينازات الإضافة القابلة للانعكاس للفوسفات من ATP إلى سلاسل الهيدروكسيل الجانبية من بقايا السيرين أو الثريونين أو التيروزين.
تنتمي كينازات البروتين حقيقيات النواة إلى عائلة واسعة من الإنزيمات ذات الهياكل المحفوظة والتسلسلات التحفيزية.
عندما تنقل الكينازات مجموعة فوسفات إلى الركيزة ، فإنها تشكل شبكة مرتبطة بالهيدروجين مع بقايا الأحماض الأمينية المحيطة. تعمل هذه الشبكة من الروابط الهيدروجينية على تغيير الهيكل ثلاثي الأبعاد للبروتين المستهدف ، وتعديل وظيفته.
يمكن أن تشمل هذه التغييرات في الوظيفة تنشيط أو إلغاء تنشيط النشاط الأنزيمي للركيزة أو إنشاء سطح جديد حيث يمكن للجزيئات الأخرى أن تتفاعل مع الركيزة.
تحفز الفوسفاتيز التحلل المائي للفوسفات ، باستخدام جزيء ماء لإزالة مجموعة الفوسفات كأيون فوسفات وترك مجموعة هيدروكسيل حرة على بقايا الأحماض الأمينية. هذا يعطل الترابط الهيدروجيني ، ويعيد التشكل والوظيفة الأصلية.
الفسفرة هي عملية خاصة بالركيزة تحددها عدة عناصر ، بما في ذلك التسلسل التحفيزي الفريد للكيناز ، والارتباط المحلي والبعيد مع الركيزة ، وبروتينات المحول التي تتوسط تفاعلات كيناز الركيزة المتميزة.
تتمتع بعض الفوسفاتيز أيضا بخصوصية ركيزة عالية - فهي تزيل الفوسفات من بروتين واحد فقط أو عدد قليل من البروتينات المختارة. يمكن أن تعمل الفوسفاتيز الأخرى على العديد من ركائز البروتين المختلفة ويتم توجيهها إلى هدف معين بواسطة الوحدات الفرعية التنظيمية للركيزة.
تعمل كينازات البروتين والفوسفاتيز معا لتبديل البروتين بين الحالات الفسفرة ومنزوعة الفسفرة. تلعب هذه التغييرات أدوارا حاسمة في مسارات الإشارات والتمثيل الغذائي المختلفة.
عندما يرتفع الجلوكوز في الدم ، يؤدي الأنسولين إلى زيادة نشاط بروتين فوسفاتيز -1. يستهدف الإنزيم مزيل الفسفرة الركائز التي تؤدي إلى قيام الكائن الحي بتخزين الجلوكوز على شكل جليكوجين.
مع انخفاض مستويات الجلوكوز في الدم ، يتم تنشيط بروتين كيناز أ. حفز فسفرة البروتينات المستهدفة بواسطة بروتين كيناز أ انهيار الجليكوجين ، وإطلاق الجلوكوز في مجرى الدم.
- Kinase – An enzyme that transfers phosphate groups from ATP to a protein.
- Phosphatase – An enzyme that removes phosphate groups from a protein.
- Protein Kinase – A type of kinase that modifies other proteins by chemically adding phosphate groups.
- Tyrosine Kinase Inhibitors – Drugs that block the action of tyrosine kinases.
- Phosphorylation – The addition of a phosphate group to a protein or other organic molecule.
- Define Kinase – Explain what it is (e.g., kinase).
- Contrast Kinase vs Phosphatase – Explain key differences (e.g., functions and roles).
- Explore Protein Phosphorylation – Describe scenario (e.g., how Kinase influence phosphorylation).
- Explain Tyrosine Kinase Inhibitors – Short description of these molecules' role.
- Apply in Context – Short description of kinase and phosphatase functions in cellular processes.
- What is Kinase and how does it regulate protein activity?
- How do Kinase and Phosphatase differ in function?
- What is the role of Tyrosine Kinase Inhibitors in cellular processes?
From Chapter 6:
Now Playing
6.6 : كينازات البروتين والفوسفاتيز
Protein Function
0 Views
6.1 : Ligand Binding Sites
Protein Function
0 Views
6.2 : Protein-Protein Interfaces
Protein Function
0 Views
6.3 : Conserved Binding Sites
Protein Function
0 Views
6.4 : Cofactors and Coenzymes
Protein Function
0 Views
6.5 : Cooperative Allosteric Transitions
Protein Function
0 Views
6.7 : GTPases and their Regulation
Protein Function
0 Views
6.8 : Covalently Linked Protein Regulators
Protein Function
0 Views
6.9 : Protein Complexes with Interchangeable Parts
Protein Function
0 Views
6.10 : Mechanical Protein Function
Protein Function
0 Views
6.11 : Structural Protein Function
Protein Function
0 Views
6.12 : Protein Networks
Protein Function
0 Views