حلقة أميد

حلقات الأميد هي وحدات بنائية صغيرة في البروتينات والببتيدات . تتكون من حلقات تتشكل من رابطتين هيدروجينيتين CO ^... HN بين مجموعة أميد في السلسلة الجانبية وذرات السلسلة الرئيسية في ببتيد قصير . ^{[ 1 ]} إذا كانت هذه المجموعة جزءًا من حلقة ، فإنها تُكوّن مركبًا جديدًا يُسمى اللاكتام. هناك عدة أنواع من حلقات الأميد (اللاكتامات) وتُصنف حسب حجم الحلقة. بيتا-لاكتام، وهي حلقة رباعية الذرات، شديدة الإجهاد وعالية التفاعل. سي-لاكتام، وهي حلقة خماسية الذرات، وأكثر استقرارًا. وأخيرًا، أو-لاكتام، وهي حلقة سداسية الذرات، وهي الأكثر استقرارًا من بين الأنواع الثلاثة.

تُلاحظ هذه الحلقات مع السلاسل الجانبية للجلوتامين أو الأسباراجين داخل البروتينات والببتيدات . وتوجد حلقات مشابهة بنيويًا في ارتباط قواعد البيورين والبيريميدين والنيكوتيناميد بذرات السلسلة الرئيسية للبروتينات ^{[ 2 ]} . يشكل حوالي 4% من الأسباراجين والجلوتامين حلقات أميدية؛ وفي قواعد بيانات هياكل نطاقات البروتين ، توجد حلقة أميدية واحدة، في المتوسط، في كل بروتينين.

في هذه الحلقات، يتخذ عديد الببتيد شكل الصفيحة بيتا أو شكل حلزون البرولين المتعدد من النوع الثاني (PPII). يساعد عدد من الغلوتامينات والأسباراجينات في ربط الببتيدات القصيرة (ذات شكل PPII) في أخدود بروتينات معقد التوافق النسيجي الرئيسي من الفئة الثانية ^{[ 3 ]} عن طريق تكوين هذه الأنماط. توجد حلقة أميد مكونة من 11 ذرة، تتضمن بقايا غلوتامين، في الجزء الداخلي من النطاقات المتغيرة للسلسلة الخفيفة لبعض الأجسام المضادة من نوع الغلوبولين المناعي G، وتساعد في ربط صفيحتي بيتا . ^{[ 2 ]}

تُستخدم حلقة الأميد في تحديد نوعية البروتين المُحَوِّل GRB2 لنوع معين من الأسباراجين ضمن البروتينات التي يرتبط بها. يرتبط GRB2 بقوة بالببتيد الخماسي EYINQ (عندما يكون التيروسين مُفَسْفَرًا)؛ ^{[ 2 ]} في هذه البنى، توجد حلقة أميد مكونة من 9 ذرات بين السلسلة الجانبية للأميد في الأسباراجين الموجود في الببتيد الخماسي وذرات السلسلة الرئيسية للحمض الأميني رقم 109 في GRB2. ^{[ 4 ]} قد يكون تحلل روابط الأميد بطيئًا في الظروف الفيزيولوجية، ولكنه قد يصبح ذا أهمية بالغة في ظل درجة حموضة قصوى أو التحفيز الإنزيمي. صُممت إنزيمات مثل البروتياز لكسر روابط الأميد في البروتينات، مما يُتيح عملية الهضم وتجديد البروتين. بينما يتطلب التحلل غير الإنزيمي لحلقات الأميد ظروفًا قاسية. تتجاوز الحلقات المُجهدة، مثل حلقة بيتا لاكتام، مشكلة الاستقرار لأنها تتفاعل بالتساوي حتى في ظل ظروف معتدلة.

تتميز الأميدات بثباتها الكيميائي، إلا أن الحلقات الصغيرة مثل بيتا لاكتام أقل ثباتًا بسبب إجهاد الحلقة. يمكن تحلل حلقات الأميد إلى حمض كربوكسيلي وأمين حسب الظروف؛ وتعتمد الفعالية على إجهاد الحلقة، فالحلقات الأكبر حجمًا أكثر مقاومة بينما تتفاعل الحلقات الأصغر بسهولة. في الأميدات النموذجية، يؤدي عدم تمركز الرنين إلى مضاعفة رابطة السيانيد جزئيًا، مما يجعلها مستقرة. في بيتا لاكتامات، يجبر إجهاد الحلقة زوايا الروابط على أن تكون حوالي 90 درجة بدلًا من 120 درجة، مما يقلل من تداخل الرنين بين الزوج الإلكتروني الحر للنيتروجين ومجموعة الكربونيل. وهذا يجعلها شديدة التفاعل مع النيوكليوفيلات. تحاكي حلقات بيتا لاكتام ركيزة D-Ala-D-Ala لإنزيمات الترانسبيبتيداز البكتيرية. ^{[ 2 ]}

تُقدّم الفعالية البيولوجية لمضادات البيتا لاكتام أمثلةً جيدةً على كيفية تحويل الإجهاد البنيوي إلى وظيفة. تُثبّط هذه الجزيئات تخليق جدار الخلية البكتيرية عن طريق استهداف إنزيمات الترانسبيبتيداز ، المسؤولة عن ربط خيوط الببتيدوغليكان . تُشبه حلقة البيتا لاكتام الركيزة الطبيعية لهذه الإنزيمات، مما يسمح لها بالارتباط بفعالية. بمجرد ارتباطها، تنفتح الحلقة المُجهدة وتُكوّن رابطةً تساهميةً مع الإنزيم، مما يُعطّله بشكلٍ لا رجعة فيه؛ وهذا يمنع البكتيريا من الحفاظ على جدار الخلية، مما يؤدي إلى تحلّل الخلية ^{[ 5 ]} . وقد برزت مقاومة مضادات البيتا لاكتام كتحدٍّ رئيسي في الطب. تُنتج بعض البكتيريا إنزيمًا يُسمى بيتا لاكتاماز، والذي يُحلّل حلقة البيتا لاكتام قبل أن تتفاعل مع هدفها. يُبيّن هذا كيف أن التفاعل الكيميائي نفسه الذي يجعلها أدويةً فعّالة، يُمكن أن يجعلها أيضًا عُرضةً للتلف. لمواجهة ذلك، قام الكيميائيون بتطوير مثبطات إنزيم بيتا لاكتاماز وتعديل تركيب المضادات الحيوية لتحسين مقاومتها للتحلل. ^{[ 6 ]} ومن التطبيقات الأخرى للاكتامات استخدامها في تصنيع المنتجات الطبيعية النشطة بيولوجيًا ^{[ 2 ]} . تحتوي العديد من المركبات الطبيعية على تراكيب أميدية مهمة لنشاطها ووظيفتها. تُظهر هذه المركبات خصائص مضادة للميكروبات ومضادة للالتهابات. وقد أظهرت هذه الأنظمة الطبيعية للباحثين كيفية تصميم أدوية جديدة تحاكي هذه التأثيرات.

تُستخدم الأميدات في الطب لتصميم الأدوية، وهي شائعة الاستخدام في صناعة المستحضرات الصيدلانية نظرًا لثباتها وتوازنها وقدرتها على الارتباط بالجزيئات البيولوجية. عند ارتباطها بالهدف، تُساعد الروابط الهيدروجينية للأميدات الأدوية على "الالتحام" بالمواقع النشطة للإنزيمات أو المستقبلات. يُمكن أن تُحسّن إضافة الأميد من ذوبان الدواء في الماء مع الحفاظ على خاصية محبة الدهون لعبور الأغشية. وبفضل مقاومة الأميدات للتحلل، تدوم الأدوية التي تستخدمها لفترة أطول في الجسم. ^{[ 2 ]} توجد الأميدات في أدوية مثل البنسلين، الذي يحتوي على أميد حلقي مُجهد أو بيتا لاكتام، وهو عنصر مهم لنشاطه المضاد للبكتيريا. ^{[ 6 ]} من المهم التذكير بأن الأميدات لا تتصرف جميعها بنفس الطريقة، فالأميد الحلقي قد يكون أكثر تفاعلية من الأميدات الخطية، وهذا ما يُفسر قدرة أدوية مثل البنسلين على تحطيم جدران الخلايا البكتيرية.

في علم المناعة، يؤثر وجود حلقات الأميد على التعرف على المستضدات. تحتاج البروتينات المشاركة في الاستجابة المناعية إلى خصائص بنيوية دقيقة للتمييز بين جزيئات الجسم وجزيئات الأجسام الغريبة ^{[ 5 ]} . يمكن أن يُغير تكوين هذه الحلقات شكل أجزاء الببتيد، مما يؤثر على كيفية رؤيتها والتعرف عليها بواسطة مستقبلات المناعة ^{[ 7 ]} . يُبين هذا أهمية حلقات الأميد، ليس فقط في البيولوجيا البنيوية، بل أيضًا في التواصل بين الخلايا عند الدفاع عن الجسم ضد الجزيئات الغريبة.

في الكيمياء التركيبية، تُستخدم حلقات الأميد كمركبات وسيطة أو أهداف في بناء الجزيئات المعقدة. يستطيع الكيميائيون تغيير حجم الحلقة وتكوينها الفراغي لضبط خصائص مثل الذوبانية والتفاعلية والنشاط البيولوجي بدقة. على سبيل المثال، يمكن أن تُستخدم الأميدات الحلقية كقوالب أساسية في تطوير الأدوية لأنها توفر بنية مستقرة ولكنها قابلة للتغيير، حيث يمكن إضافة مجموعة وظيفية إليها، مما يجعل حلقات الأميد أدوات قيّمة في الكيمياء الطبية. ^{[ 5 ]}

في علم المواد، تُعدّ حلقات الأميد أساسيةً لخصائص البوليمرات الاصطناعية. فالنايلون، على سبيل المثال، هو بولي أميد، حيث تُكسبه روابط الأميد المتكررة قوةً ومتانةً. وتُعطي الروابط الهيدروجينية في السلاسل قوة شد عالية ومقاومةً للتشوه. ^{[ 7 ]} هذه ليست أميدات حلقية، ولكن تنطبق عليها نفس مبادئ القطبية والرنين والروابط الهيدروجينية. وهذا يُبيّن مدى أهمية كيمياء الأميد في مختلف العلوم والمجالات. ^{[ 2 ]}

تُعدّ حلقات الأميد واللاكتامات أكثر من مجرد وحدات بنائية بسيطة، فهي تتميز بمزيج فريد من الاستقرار والرنين والقطبية والتفاعلية. وهذا ما يُتيح لها القيام بأدوار متنوعة في علم الأحياء والطب والكيمياء. تُظهر هذه المجموعات الوظيفية المهمة والقوية كيف يُمكن للخصائص الجزيئية الدقيقة أن تُحدث تأثيرًا كبيرًا على الوظيفة والبنية على حدٍ سواء.

• غرينبيرغ أ.، برينمان سي إم، ليبمان جيه إف (2000). "رابطة الأميد: الأهمية البنيوية، والكيمياء الحيوية، وعلم المواد" . وايلي: نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية
• ماهيش، سريرام؛ تانغ، كوي-تشين؛ راج، مونيكا (12 أكتوبر 2018). "تنشيط الرابطة الأميدية للجزيئات البيولوجية" . مجلة Molecules (بازل، سويسرا) . 23 (10): 2615. doi : 10.3390/molecules23102615 . ISSN 1420-3049 . PMC 6222841. PMID 30322008 .   
• البروتينات المحفزة
• أميد ، "مواضيع العلوم المباشرة"
• ليدر، دي بي؛ ميلنر-وايت (2009). " البروتينات المحفزة: تطبيق ويب لدراسة الأنماط البروتينية ثلاثية الأبعاد الصغيرة" . بي إم سي بيوانفورماتيكس . 10 (1): 60. doi : 10.1186/1471-2105-10-60 . PMC 2651126. PMID 19210785 .  
• PDBeMotif
• غرينبيرغ، آرثر، كورت إم. برينمان، جويل ليبمان، 2000 "رابطة الأميد: أهميتها البنيوية في الكيمياء، والكيمياء الحيوية، وعلوم المواد" . وايلي-إنترساينس
• جولوفين، أ؛ هنريك (2008). "MSDmotif: استكشاف مواقع البروتينات وأنماطها" . BMC Bioinformatics . 9 (1): 312. Bibcode : 2008BMCBi...9..312G . doi : 10.1186/1471-2105-9-312 . PMC 2491636. PMID 18637174 .