انواع پروتئین در زیست شناسی – راهنمای جامع + عملکرد و ساختار

پروتئین‌ها را می‌توان یکی از فراوان‌ترین انواع مولکول‌های زیستی به حساب آورد. پروتئین‌‌های مختلف وظایف متفاوتی در درون و بیرون سلول‌ها برعهده دارند، به همین دلیل می‌توانیم آن‌ها را بر اساس فعالیتی که دارند به هفت دسته، پروتئين‌های دفاعی، آنزیم‌ها، پروتئین‌های انقباضی، هورمون‌های پروتئینی، پروتئين‌های ساختاری، پروتئین‌های ذخیره‌ای و پروتئین‌های ناقل تقسیم کنیم. در این مطلب از مجله فرادرس با انواع پروتئین هایی که در این هفت دسته گروه‌بندی شدند آشنا می‌شویم.

انواع پروتئین ها

پروتئین‌ها گروهی از ماکرومولکول‌های زیستی هستند که از آمینواسیدها ساخته می‌شوند. به طور کلی می‌توان گفت که بیست نوع آمینواسید مختلف وجود دارند که سلول‌ها با استفاده از آن‌ها قادر به ساخت پروتئین‌های مختلفی هستند که ساختارها و فعالیت‌های گوناگونی دارند.

همه انواع پروتئین ها را می‌توان به هفت دسته اصلی تقسیم کرد.

1. «پروتئین‌های دفاعی» (Defence Proteins)
2. «پروتئین‌های انقباضی» (Contractile Proteins)
3. «آنزیم‌ها» (Enzymes)
4. «هورمون‌های پروتئینی» (Hormonal Proteins)
5. «پروتئین‌های ساختاری» (Structural Proteins)
6. «پروتئین‌های ذخیره‌ای» (Storage Proteins)
7. «پروتئین‌های ناقل» (Transport Proteins)

بررسی ساختار و فعالیت پروتئین‌ها در مطالعات بیوشیمیایی اهمیت بالایی دارد زیرا در شاخه‌های دیگر زیست‌شناسی ما نیازمند درک دقیقی از پروتئین‌ها هستیم، بنابراین هرچه بیوشیمی پروتئین‌ها به سوالات بیشتری در مورد ماهیت این مولکول‌ها پاسخ داده باشد، سوالات بیشتری در زیرشاخه‌های دیگر مانند فیزیولوژی، بافت‌شناسی و زیست مولکولی جواب داده می‌شوند. فیلم آموزش بیوشیمی عمومی پروتئین ها و آمینواسیدها فرادرس که لینک آن در کادر زیر درج شده است، در یادگیری این بخش از بیوشیمی به شما کمک بزرگی می‌کند.

ساختار انواع پروتئين ها

پروتئین‌ها مولکول‌های پیچیده‌ای هستند که در موجودات زنده وظایف متعددی را بر عهده دارند. ساختار پروتئین‌ها یکی از مهم‌ترین عوامل تعیین کننده فعالیت آن‌ها است. با دقیق شدن در ساختار پروتئين‌ها متوجه می‌شویم که آن‌ها از تعداد زیادی آمینواسید مختلف تشکیل شده‌اند که به کمک پیوند پپتیدی به یکدیگر متصل شده و زنجیره‌های پلی‌پپتیدی را ساخته‌اند. پلی‌پپتید‌ها برای رسیدن به حالتی که قادر به فعالیت باشند باید پیچ و تاب بخورند و به این ترتیب شاهد تشکیل ساختارهای دوم تا چهار پروتئین‌ها هستیم. در ادامه با سطوح مختلف ساختار پروتئین‌ها بیشتر آشنا می‌شویم.

برای یادگیری بهتر ساختار پروتئین و جزئیات هر یک از سطوح ساختاری پیشنهاد می‌دهیم مطلب «سطوح مختلف ساختاری پروتئین ها چیست؟ – به زبان ساده» از مجله فرادرس را مطالعه کنید که تمام نکات مربوط به ساختار و شکل فضایی پروتئين‌ها را پوشش داده است.

یادگیری زیست شناسی مولکولی با فرادرس

مولکول‌های زیستی دنیای وسیعی دارند، با این حال می‌توان تمام آن‌ها را در چهار گروه لیپیدها، کربوهیدرات‌ها، اسیدهای نوکلئیک و پروتئین‌ها دسته‌بندی کرد. ما در این مطلب به انواع پروتئين ها پرداختیم زیرا پروتئین‌های بدن ما و دیگر جانداران فعالیت‌های زیستی بسیاری را انجام می‌دهند که بدون آن‌ها قادر به ادامه زندگی خود نیستیم.

مسیر یادگیری زیست‌شناسی مولکولی با درک ماهیت سلول آغاز می‌شود. سپس می‌توان بنا به نیاز مطالعاتی، مسیر یادگیری را با زیست‌شناسی سلولی آغاز کرد، سپس با شناخت مولکول‌های حیاتی سلولی به سراغ مسیرهای پیام‌رسانی سلول‌ها رفت و در ادامه یاد گرفت که انواع مولکول‌های موجود در سلول مسئولیت چه نوع فعالیت‌هایی را بر عهده دارند.

گاهی نیاز است مولکول‌های خارج از سلول را بشناسیم، به همین دلیل مطالعات بافت‌شناسی می‌توانند بخشی از مسیر یادگیری ما باشند. در ادامه فیلم‌های آموزشی فرادرس را که در این مسیر یادگیری بخش بزرگی از نیاز آموزشی را پاسخ می‌دهند به شما معرفی می‌کنیم.

• فیلم آموزش زیست شناسی سلولی فرادرس
• فیلم آموزش مبانی و مفاهیم مقدماتی زیست شناسی سلولی و مولکولی فرادرس
• فیلم آموزش زیست شناسی مولکولی پیشرفته فرادرس
• فیلم آموزش چرخه سلولی و مسیرهای پیام‌ رسانی سلول فرادرس
• فیلم آموزش بافت شناسی عمومی فرادرس

  

پروتئین های دفاعی

پروتئین‌های دفاعی گیاهان و جانوران مولکول‌هایی هستند که علاوه بر این‌که عوامل بیماری‌زا، مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها را شناسایی و نابود می‌کنند، در برابر تنش‌های محیطی مانند حمله حشرات و گرما از موجود زنده محافظت می‌نمایند. شناخته‌شده‌ترین پروتئين‌های دفاعی را می‌توان آنتی‌بادی‌ها که دانست که در بدن جانوران پیشرفته تولید می‌شوند اما پروتئين‌های دیگری مانند دفنسین‌ها، لکتین‌ها و لیزوزیم‌ها نیز از جمله پروتئین‌های دفاعی جانداران هستند.

فیلم آموزش ایمونولوژی Immunology – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

آنتی‌بادی‌ها پروتئین‌های تخصص یافته‌ای هستند که از بدن ما در برابر آنتی‌ژن‌های عوامل مهاجم خارجی دفاع می‌کنند. این پروتئين‌ها می‌توانند به کمک گردش خون به نقاط مختلف بدن منتقل شوند، به همین دلیل سیستم ایمنی بدن می‌تواند از آن‌ها برای شناسایی و مبارزه با باکتری‌ها، ویروس‌ها و دیگر عوامل بیماری‌زایی که در خون وجود دارند مبارزه کند.

یکی از روش‌های مقابله آنتی‌بادی‌ها با آنتی‌ژن‌ها ثابت نگه‌داشتن آن‌ها است، به این ترتیب گلبول‌های سفید قادر خواهند بود این آنتی‌ژن‌های بی‌حرکت را راحت‌تر و سریع‌تر از بین ببرند.

دفنسین‌ها پپتیدهای ضدمیکروبی هستند. لکتین‌ها به کربوهیدرات‌های روی سطح پاتوژن‌ها متصل می‌شوند و لیزوزیم نیز آنزیمی برای تخریب دیواره سلولی باکتری‌ها است. این پروتئین‌ها بخش بسیار مهمی از دستگاه ایمنی بدن به‌شمار می‌روند، زیرا موجودات زنده را قادر می‌سازند که با عفونت‌ها مقابله کنند، بافت‌ها را ترمیم کنند و سلامت خود را حفظ نمایند.

گیاهان نیز پروتئین‌های دفاعی مخصوص به خود را دارند که همانطور که گفتیم از آن‌ها در برابر عوامل بیگانه و تنش‌های محیطی دفاع می‌کنند. در ادامه بخش‌های مجزایی را به پروتئین‌های دفاعی گیاهان و جانوران اختصاص می‌دهیم تا اطلاعات بیشتری در مورد آن‌ها به دست بیاوریم.

 پروتئین های دفاعی جانوران

در بدن جانوران پروتئین‌های دفاعی مختلفی وجود دارند که با روش‌های مختلفی با عوامل بیماری‌زا مبارزه می‌کنند. در ادامه با تعدادی از این پروتئین‌ها آشنا می‌شویم.

• «آنتی‌بادی‌ها» (Antibodies): آنتی‌بادی‌ها توسط سیستم ایمنی تولید شده و به مولکول‌های خارجی (آنتی‌ژن‌ها) روی سطح پاتوژن‌ها متصل می‌شوند و آن‌ها را برای تخریب توسط سایر سلول‌های ایمنی علامت‌گذاری می‌کنند.
• «پروتئین‌های کمپلمان» (Complement Proteins): پروتئين‌های سیستم کمپلمان با سلول‌های ایمنی همکاری می‌کنند تا از بدن در برابر عوامل مهاجم دفاع کنند. علاوه بر این، پروتئین‌های کمپلمان به بهبود جراحات و عفونت کمک می‌کنند.
• «اینترفرون‌ها» (Interferons): اینترفرون‌ها مانع تکثیر ویروس‌ها و دیگر عوامل بیماری‌زا می‌شوند.
• «سیتوکین‌ها» (Cytokines): سیتوکین‌ها پروتئين‌های کوچکی هستند که به کنترل رشد و فعالیت سلول‌های ایمنی و سلول‌های خونی کمک می‌کنند.
• «پروتئین‌های دفاعی میزبان» (Host Defense Peptides | HDPs): این پروتئين‌ها می‌توانند در پاسخ به عوامل عفونی مختلف مسیرهای ایمنی ذاتی را فعال کنند.
• دیفنسین‌ها (Defensins): پپتیدهای ضدمیکروبی هستند که در سلول‌های ایمنی مانند نوتروفیل‌ها یافت می‌شوند و به صورت مستقیم با غشای سلولی پاتوژن‌ها برهم‌کنش داده و آن را تخریب می‌کنند.
• لکتین‌ها (Lectins): به کربوهیدرات‌های خاصی روی سطح پاتوژن‌ها متصل می‌شوند و مانع ورود آن‌ها به سلول‌های میزبان می‌گردند یا سایر پاسخ‌های ایمنی را فعال می‌کنند.
• لیزوزیم (Lysozyme): لیزوزیم آنزیمی است که دیواره سلولی باکتری‌ها را تخریب می‌کند و باعث مرگ آن‌ها می‌شود.

فیلم آموزش سیستم کمپلمان (Complement) در ایمونولوژی (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

پروتئين های دفاعی گیاهان

گیاهان نیز در پاسخ به عوامل بیماری‌زا و تنش‌های محیطی پروتئین‌های دفاعی تولید می‌کنند. در ادامه با تعدادی از مهم‌ترین پروتئين‌های دفاعی گیاهان که یکی از مهم‌ترین انواع پروتئین هایی هستند که در این جانداران می‌بینیم، آشنا می‌شویم.

• «دیفنسین‌های گیاهی» (Plant Defensins): دیفنسین‌ها پروتئین‌های کوچکی هستند که فعالیت‌های ضدباکتریایی، ضدقارچی و ضدویروسی دارند.
• لکتین‌ها: لکتین‌ها در گیاهان دارای خواص حشره‌زدا، ضدقارچ و ضدباکتری هستند و در بذرها اهمیت ویژه‌ای دارند.
• «مهارکننده‌های پروتئیناز» (Proteinase Inhibitors): این پروتئین‌ها آنزیم‌هایی را که عوامل بیماری‌زا برای نفوذ و هضم بافت‌های گیاهی نیاز دارند، مهار می‌کنند.
• «پروتئین‌های غیرفعال کننده ریبوزوم» (Ribosome-Inactivating Proteins | RIPs): این پروتئين‌ها با غیرفعال کردن ریبوزوم‌های پاتوژن‌ها، مانع تولید پروتئین‌های ضروری آن‌ها می‌شوند.
• «پروتئین‌های شوک حرارتی» (Heat Shock Proteins | HSPs): پروتئین‌های شوک حرارتی علاوه بر مشارکت در فرایندهای سلولی، می‌توانند به‌عنوان پروتئین‌های دفاعی عمل کرده و از گیاه در برابر دماهای بسیار بالا یا پایین و سایر تنش‌ها محافظت کنند.

پروتئین های انقباضی

پروتئین‌های انقباضی یک نوع از انواع پروتئین ها هستند که مسئولیت انقباض ماهیچه و حرکت را برعهده دارند. برای درک بهتر فعالیت این پروتئین‌ها بهتر است اول با ساختار واحدهای انقباضی ماهیچه‌های اسکلتی یا همان سارکومرها آشنا شویم. ماهیچه اسکلتی از «فیبرهای ماهیچه‌ای» (Muscle fibres) ساخته شده است که خود دارای واحدهای کوچک‌تری به نام «میوفیبریل‌ها» (Myofibrils) هستند. هر میوفیبریل نیز از سه نوع پروتئین تشکیل شده است که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.

1. «پروتئین‌های انقباضی» (Contractile Proteins)
2. «پروتئین‌های تنظیمی» (Regulatory Proteins)
3. «پروتئین‌های ساختاری» (Structural Proteins)

دو پروتئین‌ انقباضی که در سلول‌ها وجود دارند، «اکتین» (Actin) و «میوزین» (Myosin) هستند که فیلامنت‌ها یا رشته‌های نازک و ضخیم را می‌سازند. هر رشته اکتین از دو رشته مارپیچی «F-اکتین» یا «اکتین رشته‌ای» (Filamentous Actin) تشکیل شده است که خود از واحدهای متعدد «G-اکتین» یا «اکتین کروی» (Globular Actin) ساخته شده‌اند.

روی F-اکتین، پروتئین‌های تنظیمی «تروپومیوزین» (Tropomyosin) و «تروپونین» (Troponin) قرار دارند. این دو پروتئین که در فواصل منظمی روی رشته اکتین دیده می‌شوند، اتصال میوزین به اکتین را تحت کنترل دارند. در حالت استراحت ماهیچه، تروپونین جایگاه‌های اتصال میوزین روی رشته‌های اکتین را می‌پوشاند و مانع از تعامل آن‌ها می‌شود، ولی با رسیدن دستور انقباض، سطح کلسیم درون سلول بالا می‌رود و همین موضوع باعث بلند شدن تروپونین از روی جایگاه اتصال می‌شود.

رشته میوزین از واحدهای پروتئین میوزین تشکیل شده است که ساختار آن‌ها را می‌توان به بخش‌های زیر تقسیم کرد.

• سر کروی: شامل سر و گردن کوتاه میوزین
• دم: دم میوزین‌های مختلف دور هم پیچ می‌خورند و در ساختار سارکومر رشته ضخیم را به وجود می‌آورند.

فعالیت پروتئین‌های انقباضی به انرژی نیاز دارد. در حقیقت بخشی از سر میوزین خاصیت آنزیمی دارد و می‌تواند با هیدرولیز ATP انرژی مورد نیاز برای خم شدن سر میوزین را فراهم کند. خم شدن سر میوزین که به رشته اکتین متصل است می‌تواند رشته اکتین را به سمت مرکز سارکومر بکشد. برای درک بهتر این فرایند به تصویر زیر دقت کنید.

در صورتی که تمایل به شناخت بهتر ساختار و فعالیت اکتین و میوزین دارید، پیشنهاد می‌دهیم مطلب «اکتین و میوزین در ماهیچه قلبی – راهنمای جامع + ساختار و تفاوت ها» از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

آنزیم ها

اکثر آنزیم‌های شناخته شده از جنس پروتئین هستند، در اصل آنزیم‌ها را می‌توان مهم‌ترین انواع پروتئین ها به حساب آورد، زیرا آنزیم‌ها کاتالیزوهای واکنش‌های متابولیسمی هستند. در سلول‌ها فرایندهای متابولیسمی و سایر واکنش‌های شیمیایی توسط مجموعه‌ای از آنزیم‌ها انجام می‌شوند که برای حفظ بقا ضروری هستند.

فیلم آموزش آنزیم شناسی – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

واکنش کاتالیزوری آنزیم‌ها به موجود زنده این امکان را می‌دهد که ترکیبات مورد نیاز خود را بسازند. منظور از این ترکیبات مولکول‌های زیستی چهار مورد زیر هستند.

1. پروتئین‌ها
2. اسیدهای نوکلئیک
3. کربوهیدرات‌ها
4. لیپیدها

آنزیم‌ها علاوه با ساخت این مولکول‌ها، به موجودات زنده این امکان را می‌دهند که ترکیبات مختلف را به هم تبدیل کنند، البته آنزیم‌ها قادر به تجزیه مولکول‌های مختلف نیز هستند. بنابراین می‌توان گفت که حیات بدون آنزیم‌ها معنایی ندارد. با توجه به عملکرد گسترده انواع مختلف آنزیم‌ها، آن‌ها را در همه‌ بافت‌ها و مایعات بدن می‌بینیم، در نتیجه آنزیم‌ها را درون سلول‌، درون غشا و فضای خارج سلولی مثل خون می‌بینیم. این آنزیم‌های مختلف وظایف متفاوتی دارند.

به عنوان مثال، آنزیم‌های درون‌سلولی مسئول انجام واکنش‌های مسیرهای متابولیسمی مختلف هستند، در حالی که آنزیم‌های موجود در غشای پلاسمایی در پاسخ به سیگنال‌های سلولی، واکنش‌های سلولی را تنظیم می‌کنند. آنزیم‌هایی که در دستگاه گردش خون دیده می‌شوند نیز مسئول انعقاد خون هستند.

گفتیم که مرحله‌ نخست متابولیسم وابسته به آنزیم‌ها است؛ در این مرحله آنزیم با یک مولکول واکنش می‌دهد که به آن «سوبسترا» (Substrate) می‌گوییم. آنزیم‌ها سوبستراها را به مولکول‌های دیگری تبدیل می‌کنند که «محصول» (Product) نامیده می‌شوند.

زمانی که سوبسترا به جایگاه فعال آنزیم متصل می‌شود، یک کمپلکس میانی (ES) تولید شده که در ادامه به محصول (P) و آنزیم (E) تبدیل می‌شود. سوبسترای متصل‌شونده به آنزیم دارای ساختار ویژه‌ای است که فقط در یک آنزیم خاص جای می‌گیرد. بنابراین، آنزیم با فراهم‌کردن سطحی برای اتصال سوبسترا، انرژی فعال‌سازی واکنش را کاهش می‌دهد.

حالت میانی که در آن سوبسترا به آنزیم متصل است، «حالت گذار» (Transition State) نامیده می‌شود. توجه داشته باشید که در حین انجام واکنش آنزیمی، آنزیم دچار تغییر نمی‌شود و فقط با کاهش انرژی فعال‌سازی واکنش، احتمال انجام آن را افزایش می‌دهد. پس از اتمام واکنش نیز آنزیم آزاد می‌شود زیرا آنزیم آزاد دوباره می‌تواند به سوبسترای دیگری متصل شود و فعالیت خود را ادامه دهد.

بر اساس این توضیحات می‌توان اینگونه نتیجه‌گیری کرد که مراحل عملکرد آنزیم به طور کلی در دو گام اتفاق می‌افتد.

• اتصال آنزیم و سوبسترا

$$E + S \;\rightarrow\; [ES]$$

• تجزیه کمپلکس آنزیم ـ سوبسترا برای تشکیل محصول

$$[ES] \;\rightarrow\; E + P$$

بنابراین به طور کلی می‌توان روند یک واکنش آنزیمی را به صورت زیر نوشت.

$$E + S \;\rightarrow\; [ES] \;\rightarrow\; [EP] \;\rightarrow\; E + P$$

ساختار آنزیم‌ها

برای بررسی آنزیم‌های پروتئینی باید با ساختار انواع پروتئین ها آشنا شویم. این آنزیم‌ها در سطح اول ساختار خود از زنجیره‌های آمینواسیدی تشکیل شده‌اند که پس از طی کردن مراحل مربوط به ساختار دوم و سوم پروتئین، شکل فضایی منحصر به فرد خود را پیدا می‌کنند.

بررسی ساختار فضایی آنزیم‌ها به ما نشان می‌دهد که جایگاه‌های ویژه‌ای برای اتصال سوبسترا و انجام واکنش وجود دارد. با توجه به نقش بسیار مهم این جایگاه‌ها در فعالیت آنزیم‌ها مواردی که به ساختار آنزیم آسیب وارد کنند می‌توانند فعالیت آنزیم را نیز مختل کنند. به عنوان مثال موارد زیر را می‌توان از جمله موارد آسیب‌زا به ساختار آنزیم‌ها دانست.

1. افزایش دما: افزایش دما ممکن است باعث دناتوره شدن ساختار آنزیم شود که قدرت فعالیت آنزیمی را از بین می‌برد. در اصل افزایش دما می‌تواند به ساختار انواع پروتئین ها آسیب بزند اما اختلال عملکرد آنزیم‌ها اثرات بسیار مخربی می‌تواند به همراه داشته باشد.
2. جهش ژنتیکی: جهش‌های ژنتیکی می‌توانند مانع تشکیل درست ساختار سه بعدی آنزیم شوند. حتی جهش در جایگاه اتصال یا فعالیت می‌تواند عملکرد آنزیم را تحت تاثیر قرار دهد.
3. pH: آنزیم‌های مختلف در pHهای خاصی فعال هستند به طور مثال آنزیم‌های معده محیط اسیدی را می‌پسندند اما به طور معمول اکثر آنزیم‌ها در محدوده pH خنثی فعال هستند. سطح بسیار بالاتر یا پایین‌تر از محدوده مطلوب آنزیم، یعنی pHهای اسیدی یا بازی می‌تواند به ساختار آنزیم‌ها آسیب جدی بزند.
4. غلظت نمک‌ها: اضافه شدن یا کم شدن کاتیون‌ها و آنیون‌ها می‌تواند بر ساختار سه بعدی آنزیم یا به بیان دقیق‌تر بر ساختار دوم و سوم آن‌ها اثر بگذارد و حتی منجر به دناتوره شدن بعضی از آن‌ها شود.
5. مهارکنندگان: بعضی از مهارکنندگان آنزیمی مانند مهارکنندگان غیررقابتی به بخشی از آنزیم متصل شده و باعث تغییرات کنفورماسیونی ساختار آنزیم می‌شوند و به این ترتیب آنزیم دیگر شکل طبیعی خود را ندارد.

طبقه بندی آنزیم ها

در گذشته، آنزیم‌ها بر اساس نام فردی که آن‌ها را کشف کرده بود، نام‌گذاری می‌شدند اما با پیشرفت تحقیقات و کشف آنزیم‌های بیشتر، شیوه طبقه‌بندی آنزیم‌ها کامل‌تر و علمی‌تر شد. طبق تقسیم‌بندی «اتحادیه بین‌المللی بیوشیمی‌دانان» (International Union of Biochemistry | IUB)، آنزیم‌ها به شش گروه عملکردی تقسیم می‌شوند و این تقسیم‌بندی بر پایه نوع واکنشی است که آنزیم در آن نقش کاتالیزوری دارد. در جدول زیر می‌توانید با این شش گروه و ویژگی واکنش‌های شیمیایی آن‌ها آشنا شوید.

هورمون های پروتئینی

هورمون‌ها پروتئین‌هایی پیام‌رسان هستند که از اندام‌های به خصوصی به خون ترشح شده و به کمک جریان خون به نقاط دیگر بدن می‌روند، در نقاط هدف هورمون‌ها می‌توانند با اتصال به سلول‌های هدف خود تغییراتی را ایجاد کنند، بنابراین هورمون‌ها فعالیت‌های خاصی را در بدن هماهنگ می‌کنند. بعضی از هورمون‌ها ساختار پروتئينی ندارند و تنها زنجیره پلی‌پپتیدی کوچکی هستند که ساختار دوم یا سوم پروتئینی ندارد؛ به این دسته از هورمون‌ها «هورمون‌های پپتیدی» می‌گوییم.

شیوه ساخت هورمون‌های پپتیدی با هورمون‌های پروتئینی تفاوتی ندارد. برای ساخت آن‌ها از روی ژن مربوطه رونویسی می‌شود تا mRNA تولید شده و مراحل ترجمه را طی کند. بنابراین تفاوت مهم آن‌ها در طول زنجیره پلی‌پپتیدی و این نکته است که هورمون‌های پروتئینی دارای ساختارهای دوم و سوم پروتئين هستند.

برای شناخت بهتری هورمون‌های پپتیدی و پروتئینی بهتر است از مثال‌های مربوط به آن‌ها کمک بگیریم. هورمون‌های زیر از جمله هورمون‌های پروتئینی بدن ما هستند.

• هورمون رشد
• انسولین
• هورمون محرک فولیکولی (FSH)
• پرولاکتین
• گلوکاگون
• هورمون ضد ادراری (ADH)
• پپتید دهلیزی ناتریورتیک (ANP)

برای شناخت بهتر انواع هورمون‌های بدن و غده‌های سازنده آن‌ها پیشنهاد می‌دهیم مطلب «انواع هورمون ها در بدن و عملکرد آن ها – به زبان ساده» از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

پروتئین های ساختاری

گروه بزرگی از پروتئین‌های ساختاری مسئول حفظ ساختار بدن جانوران و محافظت از آن هستند. به بیان دیگر، این دسته از پروتئین‌ها به اجزای زیستی که به طور معمول سیال هستند، استحکام می‌بخشند. بنابراین پروتئین‌های ساختاری در بدن ما نقش بسیار مهمی بازی می‌کنند.

فیلم آموزش زیست شناسی اسکلت سلولی + گواهینامه در فرادرس

کلیک کنید

از جمله مهم‌ترین پروتئین‌های ساختاری می‌توان به کلاژن و الاستین اشاره کرد که اجزای حیاتی بافت‌های همبندی مانند غضروف هستند. کراتین نیز به عنوان پروتئین ساختاری در ساختارهای سخت یا رشته‌ای مانند مو، ناخن، پر، سم و برخی پوسته‌های جانوری یافت می‌شود.

پروتئین‌های ساختاری در درون سلول‌ها نیز وجود دارند، این پروتئین‌ها مسئول تشکیل ساختار داخلی سلول هستند، یعنی پروتئين‌های سازنده اسکلت سلولی از نوع پروتئين‌های ساختاری هستند. از جمله این پروتئين‌ها می‌توان به اکتین و توبولین اشاره کرد که جزء پروتئین‌های کروی به حساب می‌آیند اما نقش ساختمانی نیز دارند.

اکتین و توبولین به صورت تک‌مولکولی یا مونومر، کروی و محلول هستند؛ اما با پیوستن تعداد زیادی از این مونومرها به یکدیگر فرم پلیمر آن‌ها تشکیل می‌شود که فیبرهایی بلند و سختی هستند. این فیبرها اسکلت سلولی یا «سیتواسکلتون» (Cytoskeleton) را تشکیل می‌دهند. اسکلت سلولی به سلول کمک می‌کند تا شکل و اندازه خود را حفظ کند. علاوه بر این، مولکول‌های حرکتی که مسئول جابه‌جایی ترکیبات مختلف و اندامک‌ها در سلول هستند از اسکلت سلولی برای حرکت کمک می‌گیرند.

پروتئين‌های ساختاری گاهی در حرکت سلول‌هایی که توانایی حرکت دارند نیز اهمیت دارند. این نوع از انواع پروتئین ها که به عنوان «پروتئین‌های حرکتی» (Motor Proteins) شناخته می‌شوند قادر به تولید نیروهای مکانیکی هستند. در ادامه با سه مورد از پروتئین‌های حرکتی سلول‌ها آشنا می‌شویم.

• میوزین
• «کینزین» (Kinesin)
• «داینئین» (Dynein)

این پروتئین‌ها برای تحرک سلولی در جانداران تک‌سلولی و همچنین حرکت اسپرم در بسیاری از جانداران پرسلولی که به‌صورت جنسی تولیدمثل می‌کنند، اهمیت بسیار زیادی دارند.

پروتئين های ذخیره ای

تا اینجا پنج گروه از انواع پروتئین ها را شناختیم، در این بخش با پروتئین‌های ذخیره‌ای آشنا می‌شویم که مسئول ذخیره آمینواسیدها و یون‌های فلزی هستند، یعنی زمانی که بدن نیاز به آمینواسیدها داشته باشد با تجزیه این پروتئین‌ها می‌تواند به نیاز خود پاسخ بدهد. به عنوان مثال فرریتین نوعی پروتئین ذخیره‌ای به حساب می‌آید که مسئول ذخیره آهن است.

آمینواسیدهای ذخیره شده توسط پروتئین‌های ذخیره‌ای در رشد و تکامل جنین حیوانات یا بذر گیاهان مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال، دو پروتئین ذخیره‌ای زیر در حیوانات، مسئول ذخیره آمینواسیدها هستند.

• کازئین (Casein): پروتئین اصلی شیر
• اُوالبومین (Ovalbumin): پروتئین اصلی سفیده تخم‌مرغ

بذرها، به‌ویژه بذر حبوبات‌، غلظت بالایی از پروتئین‌های ذخیره‌ای دارند. در برخی موارد، تا ۲۵ درصد وزن خشک بذر می‌تواند از پروتئین‌های ذخیره‌ای تشکیل شده باشد. یکی از شناخته‌شده‌ترین پروتئین‌های ذخیره‌ای در گندم، «گلیادین» (Gliadin) است که جزئی از گلوتن به شمار می‌رود.

پروتئین های ناقل

«پروتئین‌های ناقل» (Transport Proteins) پروتئین‌هایی هستند که با اتصال به مولکول‌های مختلف آن‌ها را از نقطه‌ای به نقطه دیگر حمل می‌کنند. این پروتئین‌ها برای رشد و بقای تمام موجودات زنده حیاتی‌اند. پروتئین‌های ناقل را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد.

1. پروتئين‌های کانال
2. پروتئين‌های حامل

یکی از شناخته شده‌ترین انواع پروتئین های حامل هموگلوبین است که به در گلبول‌های قرمز وجود دارد و به عنوان ناقل اکسیژن شناخته می‌شود. این پروتئین در ریه‌ها به اکسیژن متصل شده و با حمل آن در خون به نقاط مختلف بدن می‌رود، سپس اکسیژن را در بافت‌های مختلف آزاد کرده و به این ترتیب اکسیژن مورد نیاز سلول‌های بدن را در اختیار آن‌ها قرار می‌دهد.

از دیگر پروتئین‌های حامل موجود در خون می‌توان به آلبومین‌ها، ترنسفرین و لیپوپروتئین اشاره کرد که حرکت مولکول‌های حیاتی مانند چربی‌ها، هورمون‌ها و مواد معدنی در بدن را تسهیل می‌کنند.

اگر بخواهیم مثالی از پروتئين‌های ناقل فعال در درون سلول‌ها بزنیم، می‌توانیم به «سیتوکروم‌ها» (Cytochromes) اشاره کنیم که در زنجیره انتقال الکترون فعالیت می‌کند. سیتوکروم‌ها حامل الکترون هستند و فعالیت آن‌ها برای ساخت مولکول‌های ATP از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

فعالیت پروتئین‌های ناقل در غشای پلاسمایی سلول‌ها نیز بسیار مهم است، زیرا بسیاری از مواد توانایی عبور از سد فسفولیپیدی غشا را ندارند و برای عبور از این سد باید از ناقل‌ها، کانال‌ها یا پمپ‌های پروتئینی کمک بگیرند که در سرتاسر غشا پخش شده‌اند.

گروه پروتئین های خاص

با مطالعه بیشتر انواع پروتئین ها متوجه می‌شویم که گروهی از پروتئین‌ها هستند که در هیچ یک از دسته‌های بالا جا نمی‌گیرند، به همین دلیل آن‌ها را به عنوان پروتئین‌های خاصی می‌شناسیم که ویژگی‌هایی متفاوت نسبت به انواع پروتئین هایی که بررسی کردیم دارند. چپرون‌ها و پریون‌ها دو دسته پروتئینی هستند که در این بخش با آن‌ها آشنا می‌شویم.

فیلم آموزش زیست شناسی سلولی Cell Biology در فرادرس

کلیک کنید

پروتئین‌های چپرون

«چپرون‌ها» (Chaperones) گروهی از پروتئین‌ها هستند در فرایندهای «تاخوردگی» (Folding) و «باز شدگی» (Unfolding) پروتئین‌های بزرگ یا کمپلکس‌های ماکرومولکولی پروتئین‌ها نقش دارند. انواع مختلف چپرون‌ ها را می‌توان در رده‌های مختلفی طبقه‌بندی کرد اما فعالیت همه آن‌ها مشترک است. چپرون‌ها به پروتئین‌ها کمک می‌خورند تا پیچ و تاب فضایی آن‌ها درست انجام شود و ساختار سه بعدی پروتئین به نحوی تشکیل شود که پروتئین دارای عملکرد باشد. عملکرد چپرون‌ها را در سه زمان می‌بینیم.

1. در هنگام سنتز پروتئين
2. پس از سنتز پروتئین
3. پس از دناتوره شدن نسبی

منظور از دناتوره شدن نسبی این است که بعضی شرایط محیطی می‌توانند باعث از دست رفتن ساختار سه بعدی پروتئین‌ها شوند ولی آسیب وارد شده به حدی نیست که پروتئین به طور کامل تخریب شود و با بازگشت شرایط به حالت مطلوب پروتئین، چپرون‌ها به پروتئین کمک می‌کنند تا ساختار فضایی خود را بازیابی کند.

بیشتر چپرون‌ها اطلاعاتی در مورد این که ساختار فضایی پروتئين‌ها باید چطور باشد، ندارند. شیوه فعالیت این دسته از پروتئين‌ها به این صورت است که در حین سنتز زنجیره پلی‌پپتیدی به آن متصل می‌شوند تا زنجیره پلی‌پپتیدی به طور کامل ساخته شود و روند ترجمه به پایان برسد، در این صورت احتمال تاخوردگی درست پروتئین افزایش می‌یابد. نکته دیگری که در مورد فعالیت چپرون‌ها وجود دارد این است که مکانیسم عملکرد چپرون‌ها بسته به نوع پروتئین هدف و موقعیت سلولی آن‌ها متفاوت است.

علاوه بر موارد بالا، چپرون‌ها در انتقال پروتئین‌ها برای «پروتئولیز» (Proteolysis) نیز دخالت دارند. در طی پروتئولیز، پروتئین‌ها تجزیه شده و به آمینواسیدهای سازنده خود تبدیل می‌شوند. گروهی دیگر از چپرون‌ها را با عنوان «پروتئین‌های شوک حرارتی» (Heat Shock Proteins | HSPs) می‌شناسیم، زیرا این پروتئین‌ها در زمانی که حرارت بدن بالا می‌رود مانع تجمع پروتئین‌هایی می‌شوند که ساختار فضایی خود را از دست داده‌اند. به طور کلی استرس‌های حرارتی باعث افزایش احتمال تجمع پروتئین‌ها می‌شود ولی به کمک پروتئين‌های شوک حرارتی می‌توان از آسیب‌های ناشی از این تجمع جلوگیری کرد.

پریون‌ها

«پریون‌» (Prion) نوعی پروتئین است که به درستی پیچ و تاب نخورده و می‌تواند باعث شود که شکل طبیعی همان نوع پروتئین نیز به درستی پیچ و تاب نخورد و به این ترتیب پریون‌ها می‌توانند باعث مرگ سلولی شوند. دلیل پیچ‌خوردگی اشتباه پریون‌ها می‌تواند هر یک از موارد زیر باشد.

• پیچ خوردگی اشتباه بدون برنامه و خودبه‌خودی
• پیچ خوردگی اشتباه بر اثر جهش ژنتیکی
• قرار گرفتن در معرض پروتئین اشتباه پیچ و تاب خورده

با این توضیحات متوجه می‌شویم که پریون‌ها عوامل بیماری‌زا و مخربی هستند که حضور آن‌ها در سلول‌ها اتفاقی مطلوب نیست. به عنوان مثال «انسفالوپاتی اسفنجی‌» (Transmissible Spongiform Encephalopathies | TSEs) نوعی بیماری عصبی است که در آن سلول‌های عصبی تخریب می‌شوند و عامل آن نوعی پریون است.

مطالعات مولکولی با استفاده از نرم‌افزارهای مختلف

بیوانفورماتیک یکی از زیر‌شاخه‌های زیست‌شناسی است که تلفیقی از علوم زیست‌شناسی و کامپیوتر محسوب می‌شود. با پیشرفت روزافزون دانش بیوانفورماتیک ابزارهایی ساخته می‌شوند که زیست‌شناسان می‌توانند به کمک آن‌ها ساختار مولکول‌های مختلف مانند پروتئین‌ها را بررسی کنند یا می‌توان توالی DNA ،RNA و انواع پروتئین های مختلف را به دست آورد و به این ترتیب پیش از شروع آزمایش‌های مولکولی بخشی از مسیر را رفت و احتمال موفقیت آزمایش‌های طراحی شده را افزایش داد.

نرم‌افزارهای تخصصی مختلف امکانات بسیار متنوعی به زیست‌شناسان ارائه می‌دهند که اگر نرم‌افزار را به خوبی نشناسیم ممکن است نتوانیم از تمام پتانسیل آن استفاده کنیم، بنابراین یادگیری هر نرم‌افزاری که قصد استفاده از آن را داریم اولین قدمی است که باید در مسیر افزایش دانش بیوانفورماتیک خود برداریم. در ادامه لینک تعدادی از فیلم‌های آموزشی که به کمک آن‌ها می‌توانید تعدادی از مشهورترین نرم‌افزارهای بیوانفورماتیکی را یاد بگیرید برای شما درج کرده‌ایم.

• فیلم آموزش داکینگ مولکولی با نرم افزار Molegro Virtual Docker
• فیلم آموزش پایگاه داده های بیوانفورماتیکی پروتئین برای آنالیز ویژگی پروتئین ها
• فیلم آموزش نرم افزار SuperPro Designer برای شبیه سازی فرایندهای زیستی
• فیلم آموزش نرم افزار Clustal X و کاربردهای آن در بیوانفورماتیک
• آموزش مقدماتی نرم افزار PyMOL برای شبیه سازی و مدل سازی سه بعدی مولکولی

جمع‌بندی و جدول انواع پروتئین ها

در این مطلب از مجله فرادرس با انواع پروتئین ها آشنا شدیم. پروتئین‌ها یکی از انواع مولکول‌های زیستی هستند که به وسیله کنار هم قرارگیری آمینواسیدها ساخته می‌شوند. پروتئین‌ها وظایف مختلفی را در بدن جانداران، فارغ از تک‌سلولی یا پرسلولی بودن، گیاهی یا جانوری بودن و حتی پروکاریوتی یا یوکاریوتی بودن ایفا می‌کنند.

مهم‌ترین انواع پروتئين ها را می‌توان آنزیم‌ها دانست، زیرا آنزیم‌ها به عنوان کاتالیزوهای واکنش‌های زیستی فعالیت دارند و بسیاری از اعمال زیستی سلول‌ها بدون آن‌ها به هیچ وجه انجام نمی‌شود اما ما به تمام انواع پروتئين ها نیاز داریم تا به زندگی خود ادامه دهیم. اکثر پروتئین‌های موجود در بدن موجودات زنده را می‌توان در هفت گروه طبقه‌بندی کرد. جدول زیر مروری بر این پروتئين‌ها و فعالیت‌های آن‌ها است.