فصل دوم مروری بر متون گذشته
۲-۱- پروتئین
پروتئینها ماکرومولکول هایی هستند که تمام اعمال مهم در ارگانیسم ها را انجام می دهند، از جمله این اعمال انجام واکنشهای بیوشیمیایی، انتقال مواد غذایی، تشخیص و انتقال پیامها است. بنابراین ژنها خزانه اطلاعات و پروتئینها ماشینهای حیات می باشند. پروتئینها از بهم پیوستن اسیدهای آمینه توسط پیوندهای پپتیدی به صورت یک زنجیره بوجود می آیند. پروتئینها از نظر طول زنجیره (از ۳۰ تا بیش از ۰۰۰/۳۰ اسید آمینه) و همچنین ترتیب قرار گرفتن اسیدهای آمینه با هم متفاوت هستند.

پروتئین هایی که ما در طبیعت مشاهده می کنیم از طریق انتخاب طبیعی تکامل یافته اند تا عملی خاص را انجام دهند. عملکرد پروتئین ها به ساختار فضایی آنها بستگی دارد. اسیدهای آمینه که با ترتیبی خاص کنار هم قرار گرفته اند (ساختار اول) با پیچ و تاب خوردن در رو و کنار یکدیگر زیر واحدهایی را می سازند (ساختار دوم) که با بهره گرفتن از آنها ساختار فضایی پروتئین ساخته می شود(ساختار سوم) و حتی گاه چند واحد این چنینی با قرار گرفتن در کنار هم، خود ساختمان عظیم تری(ساختمان چهارم) را بوجود می آورند.
ساختمان پروتئین ها بطور تجربی بوسیله تکنیک های بلور نگاری پرتوی ایکس و رزنانس مغناطیسی هسته تعیین می شود. در طول ۳۰ سال گذشته ساختمان بیش از ۱۴۰۰۰ پروتئین شناخته شده است و توالی بیش از ۶۰۰۰۰۰ پروتئین مشخص شده است. این موضوع حجم زیادی از اطلاعات را فراهم آورده است که می توان با بهره گرفتن از آنها اصول بنیادی ساختمان پروتئین ها را استنتاج کرد. این اصول درک چگونگی ایجاد ساختمان پروتئین ها، رابطه ساختمان و عمل و اساس ارتباط خویشاوندی بین پروتئین ها را آسان کرده است. علم ساختمان پروتئین در مرحله شناسایی و طبقه بندی است که در این مرحله ما میتوانیم اجزای شاخص و الگوها را در پروتئین هایی که ساختمان سه بعدی آنها تعیین شده است مشخص کنیم(۱۷-۱۶).
پروتئینها مواد آلی بزرگ و یکی از انواع درشت ‌مولکول‌های زیستی هستند که از زیر واحدهایی به نام اسید آمینه ساخته شده‌اند. پروتئین‌ها مانند زنجیری از یک کلاف سه‌بعدی هستند که از ترکیب اسیدهای آمینه حاصل می‌شوند. اسیدهای آمینه مثل یک زنجیر خطی توسط پیوند پپتیدی میان گروه‌های کربوکسیل و آمین مجاور به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک پلی پپتید را به وجود بیاورند.
اسیدهای آمینه در شکل پروتئین خود فعالیتهای زیستی بی شماری از نظر ساختمانی، هورمونی و کاتالیزوری دارند. اسیدهای آمینه دارای یک گروه بازی ازته، که عموماً یک گروه آمینی (-NH2) است و یک واحد کربوکسیل اسیدی (COOH)، می باشند (شکل ۴).
شکل ۴: ساختمان اصلی یک اسید آمینه.
۲-۱-۱- ساختمان پروتئین ها
پروتئین ها در واکنش های بدن و ساختمان آن نقش عمده دارند و نوع فعالیت آنها به ساختمان آنها بستگی دارد. بر اساس توالی اسیدآمینه، نوع، تعداد و چگونگی آرایش فضایی حاصل، پروتئین ها دارای ۴ ساختمان اولیه، ساختمان نوع دوم، نوع سوم و نوع چهارم هستند.
۲-۱-۱- ۱- ساختمان اولیه
ساختمان اول پروتئین ها در ارتباط با ترتیب اسیدهای آمینه در زنجیره پلی پپتیدی است. با دانستن تعداد اسیدهای آمینه، نوع و توالی قرار گرفتن آنها ساختمان نوع اول مشخص می شود.
ساختمان اول توالی اسیدهای آمینه یا به عبارت دیگر آرایش اسیدهای آمینه در یک زنجیره پلی‌پپتید خطی است (شکل ۵). دو پروتئین مختلف که تشابه معنی‌داری در ساختمان اول داشته باشد گفته می‌شود که با یکدیگر همولوگ هستند و بنابراین توالی DNA آنها نیز مشابه است. باور عمومی بر این است که دو پروتئین همولوگ از نظر تکاملی نیز بهم مرتبط هستند و از یک ژن اجدادی مشترک تکامل یافته‌اند.
۲-۱-۱-۲- ساختمان نوع دوم
ساختمان دوم بطور عمده از رشته های بتا و مارپیچ آلفا ساخته شده است (شکل ۵). تشکیل ساختمان دوم در یک منطقه محلی از زنجیره پلی‌پپتیدی تا حدی بوسیله ساختمان اول تعیین می‌شود. توالیهای آمینواسیدی خاصی برای رشته‌های بتا یا مارپیچ آلفا مناسب است و بقیه برای تشکیل مناطق حلقه مناسب هستند. عناصر ساختمان دوم معمولاً خودشان را در شکل موتیف‌های ساده آرایش می‌دهند. موتیف‌ها بوسیله چفت شدن زنجیره‌های جانبی مارپیچ‌های آلفا یا رشته های بتای مجاور و نزدیک بهم تشکیل می‌شوند. معمولاً چندین موتیف برای تشکیل ساختارهای فشرده کروی ترکیب می‌شوند که دومِین نامیده می‌شوند.
ساختمان نوع دوم پروتئینها به ساختار زنجیره اسیدهای آمینه ای اطلاق می گردد که حاصل ایجاد پیوند
هیدروژن بین گروه های ایمینو و کربونیل اسیدهای آمینه مجاور می باشند.
۱- منظم باشد زنجیره پلی پپتیدی مارپیچ α و صفحه β
۲- یک کلاف گرد نامنظم باشند.
دلیل بروز چنین مارپیچ α ، وجود پیوندهای هیدروژنی است.
۲-۱-۱- ۲-۱- مارپیچ آلفا
در صورتی که پیوندهای هیدروژنی در یک زنجیره پلی پپتیدی ایجاد شوند، پیوند بسیار پایداری حاصل می شود. صفحات اصلی یک زنجیره پپتیدی دور یک محور فرضی چرخش یافته و یک فرم مارپیچ را به ساختار فضایی می دهد.
مارپیچ آلفا یک مارپیچ راست‌گرد است که ساختار آن هر ۴/۵ آنگستروم یک‌بار تکرار می‌شود. در هر دو مارپیچ آلفا، ۶/۳ اسید آمینه وجود دارد. یعنی هر ۵/۱ آنگستروم یک اسید آمینه در طول مارپیچ آلفا قرار می‌گیرد. هر گروه کربوکسیل و آمین در مارپیچ آلفا با اسید آمینه‌ای با فاصله چهار تا از خود، دارای باند هیدروژنی می‌باشد و این الگو در سراسر مارپیچ، غیر از چهار اسیدآمینه در دو انتهای آن تکرار شده‌ است.
مارپیچ آلفا از عناصر کلاسیک ساختمان پروتئین است که اولین بار در سال ۱۹۵۱ توسط پائولینگ توصیف شد. او پیشگویی کرد که این ساختمان باید پایدار و از نظر انرژتیک در پروتئین مناسب باشد.
مارپیچ آلفا در پروتئین وقتی پیدا می شود که در یک قطعه از توالی، همگی زوایای φ و ψ تقریباً ۶۰- و ۵۰- داشته باشند. همه پیوند های هیدروژنی در یک مارپیچ آلفا در یک جهت هستند، به دلیل آنکه واحد های پپتیدی در یک جهت در طول محور مارپیچ دنبال هم قرار گرفته اند.
اثر کلی یک دو قطبی خالص برای مارپیچ های آلفا این است که یک بار مثبت جزئی درانتهای آمینو و بار منفی جزئی در انتهای کربوکسی مارپیچ آلفا دارد. این بار برای جذب لیگاند های با بار مخالف و لیگاندهای با بار منفی بویژه آنهاییکه دارای گروه فسفات هستند و معمولاُ به انتهای نیتروژن مارپیچ آلفا وصل می شوند اثر دارد.
دیده شده است که زنجیره های جانبی مختلف تمایل ضعیف اما معینی برای حضور در مارپیچ آلفا یا عدم حضور در آن دارند. بنابراین آلانین، گلوتامیک اسید، لوسین و متیونین تشکیل دهنده های خوب مارپیچ آلفا هستند، در حالیکه پرولین، گلایسین، تایروزین و سرین از این نظر بسیار ضعیف هستند. چنین تمایلاتی برای هر تلاش اولیه برای پیشگویی ساختمان دوم از توالی اسیدهای آمینه نقطه مرکزی هستند اما به اندازه کافی قوی نیستند که پیشگویی دقیقی را باعث شوند. عمومی ترین مکان برای مارپیچ های آلفا در ساختمان پروتئین در طول سطح خارجی پروتئین است که یک سمت از مارپیچ به طرف حلال و سمت دیگر به طرف آبگریز داخلی پروتئین است. بنابراین با ۶/۳ اسیدآمینه در هر دور تمایلی برای زنجیره های جانبی به تغییر از آبگریز به آبدوست با تناوب سه یا چهار اسید آمینه وجود دارد. هر چند این گرایش بعضی مواقع در توالی اسیدهای آمینه دیده می شود اما به اندازه کافی برای پیشگویی ساختمان به تنهایی کافی نیست. زیرا اسید آمینه هایی که به سمت محلول هستند می توانند آبگریز باشند و به علاوه مارپیچ های آلفا می توانند بطورکامل در داخل پروتئین یا کاملاً در معرض حلال باشند.
۲-۱-۱ -۲-۲- صفحه‌های بتا
ساختار صفحه‌های بتا، ساختار دوم بسیارکشیده و چین‌دار می‌باشند. یکی از تفاوت‌های مهم صفحه‌های بتا با مارپیچ آلفا این است که اسیدآمینه‌هایی که معمولاً در ساختار اول زنجیره پروتئینی با فاصله زیاد از هم قرار گرفته‌اند، برای تشکیل این ساختار در مجاورت یکدیگر قرار می‌گیرند، بنابراین صفحه‌های بتا تمایل به سختی داشته و انعطاف‌پذیری ناچیزی دارند. پیوندهای هیدروژنی بین‌رشته‌ای که میان گروه‌های CO یک رشته بتا و NH رشته بتای مجاور ایجاد می‌شوند، به صفحات بتا پایداری می‌بخشند و باعث می‌شوند که این صفحات ظاهری زیگزاگ داشته باشند.
صفحات زنجیره های پلی پپتیدی مختلف که دارای استخوان بندی پله پله هستند به کمک پیوندهای هیدروژنی زوایایی بین خود ایجاد می کنند. اکسیژن عامل کربنیل یک زنجیره پلی پپتیدی + هیدروژن ازت زنجیره پلی پپتیدی پیوند هیدروژنی ایجاد می کنند که به آنها صفحات چین دار یا ساختمان β گویند.
رشته های بتا برای تشکیل صفحات چین خورده به دو طریق میتوانند با هم میان کنش داشته باشند، یا به حالت صفحه موازی همسو و یا به حالت موازی ناهمسو.
۲-۱-۱-۳- ساختار سوم
ساختار سوم، به حالت سه‌بعدی که پروتئین بعد از پیچش به خود می‌گیرد، گفته می‌شود (شکل ۵).
اصطلاح ساختمان سوم را به عنوان یک اصطلاح مشترک هم برای طریقه آرایش موتیف‌ها به ساختمان‌های دومِین و هم برای راهی که یک زنجیره پلی‌پپتیدی به چندین دومِین تا می‌خورد بکار می‌بریم. در همه مواردی که مشاهده شده، نشان داده شده است که اگر توالی اسیدهای آمینه در دو دومِین در پروتئین‌های مختلف همولوژی داشته باشند، این دومِین ها ساختمان سوم مشابه دارند.
۲-۱-۱-۴- ساختار چهارم
ساختار چهارم به حالت قرارگیری چند پروتئین در فضا کنار یکدیگر گفته می شود (شکل ۵). بیشتر پروتئین‌ها از پیوند زنجیرهای پلی پپتیدی مشابه و یا متفاوت ساخته شده‌اند، اتصال بین زنجیرها توسط پیوندهای ضعیف تری برقرار می‌گردد. این ساختار ترتیب قرارگرفتن زیر واحدهای یک پروتئین را شرح می‌دهد و نقش مهمی در توضیح چگونگی شرکت پروتئین در واکنش‌های شیمیایی دارد (۲۰-۱۸).
شکل ۵: ساختمان اول، دوم، سوم و چهارم پروتئین.
۲-۱-۲- گیرنده های تیروزین کینازی
تعداد ۵۱۸ پروتئین کیناز در ژنوم انسان وجود دارد که این میزان حدود ۷/۱ درصد از کل ژنوم انسانی است. ۹۰ مورد از این تعداد شامل تیروزین کینازها هستند که نقش اصلی در پیام رسانی داخل سلولی ایفا می کنند. علاوه براین تیروزین کینازها مهم ترین گروه خانواده ی کینازها هستند که در بیولوژی سرطان مورد مطالعه قرار گرفته اند. این ۹۰ تیروزین کیناز در انسان به دو گروه عمده تقسیم می شوند. گروه اول گیرنده های تیروزین کینازی متصل به غشا هستند و شامل ۵۸ مورد می شوند و گروه دیگر تیروزین کینازهای سیتوپلاسمی هستند که گیرنده نیستند، این گروه شامل ۳۲ مورد می شود. گیرنده های تیروزین کیناز براساس ساختار ناحیه ی خارج سلولی شان به ۲۰ خانواده تقسیم می شوند (شکل۶). همچنین گیرنده ی فاکتور رشد فیبروبلاستی متعلق به خانواده ی گیرنده های تیروزین کینازی است (۲۱).
شکل۶: دسته بندی گیرنده های تیروزین کینازی. گیرنده های تیروزین کیناز براساس ساختار ناحیه ی خارج سلولی شان به ۲۰ خانواده تقسیم می شوند. هر گیرنده سه ناحیه دارد. ناحیه خارج سلولی، ناحیه گذرنده از غشا و ناحیه کینازی داخل سیتوپلاسمی. گیرنده های فاکتور رشد فیبروبلاستی در دسته چهارم این خانواده قرار دارند.
۲-۱-۳- فاکتورهای رشد فیبروبلاستی
فاکتورهای رشد فیبروبلاست (FGF) یک ناحیه‏ی هسته‏ای همولوگ دارند که شامل ۱۲۰ الی ۱۳۰ اسیدآمینه است. این ناحیه از کنار هم قرار گرفتن ۱۲ رشته‏ی β ناهمسو (آنتی‏پارالل) (β۱-β۱۲) تشکیل شده است (شکل۷). محل اتصال هپاران سولفات گلیکوزآمینوگلیکان (HSGAG) در ناحیه هسته‏ای پروتئین‏های فاکتورهای رشد فیبروبلاست، متشکل از حلقه β۱-β۲ و قطعاتی از منطقه دربرگیرنده‏ی β۱۰ و β۱۲ است. یک واحد عملکردی کمپلکس FGF-FGFR متشکل از دو کمپلکس FGF-FGFR-HSGAG با نسبت ۱: ۱: ۱ است که به صورت دایمر متقارن کنار یکدیگر قرار می گیرند. در این دایمر هر لیگاند به طور هم زمان به هر دو گیرنده متصل می شود و هر دو گیرنده نیز با یکدیگر در ناحیه D2 به طور مستقیم در تماس هستند. ساختار کریستالی کمپلکس FGF10-FGFR2b در شکل ۸ نشان داه شده است. هپاران سولفات گلیکوزآمینوگلیکان متصل به انتهای دیستال غشایی دایمر، موجب تقویت اتصال پروتئین-پروتئین می‏شود. این نواحی علاوه برتسهیل اتصال FGF-FGFR، موجب تثبیت پروتئین‏های فاکتورهای رشد فیبروبلاست در برابر تجزیه می‏شوند و به عنوان یک مخزن ذخیره سازی لیگاند عمل می‏کنند. این نواحی هم چنین شعاع انتشار لیگاند را تعیین می‏کنند.
علاوه براین ناحیه دیگری به نام پروتئین اتصالی به فاکتورهای رشد فیبروبلاست (FGFBP) که یک پروتئین حامل است می تواند پروتئین‏های فاکتورهای رشد فیبروبلاست را از طریق آزادسازی آن‏ها از ماتریس خارج سلولی، یعنی در جایی که آن‏ها توسط اتصال به هپاران سولفات گلیکوزآمینوگلیکان محدود شده‏اند فعال سازد. مشاهده شده است که پروتئین اتصالی موجب افزایش تکثیر سلول‏های فیبروبلاست وابسته به FGF2 می‏شود و یک نقش مهمی در پیشرفت بعضی از سرطان‏ها دارد (۲۲).

شکل۷: ساختار فاکتورهای رشد فیبروبلاست. ۱۲ رشته‏ی β ناهمسو (آنتی‏پارالل) (β۱-β۱۲) و همچنین دو انتهای کربوکسیلی فاکتورهای رشد فیبروبلاستی ۱، نشان داده شده است.
شکل۸: ساختار کریستالی کمپلکس FGF10-FGFR2b. ناحیه اتصال فاکتور رشد فیبروبلاستی ۱۰ به نواحی قسمت خارج سلولی گیرنده فاکتور رشد فیبروبلاستی ۲b در شکل نشان داده شده است.