المسار البيولوجي
في علم الأحياء الخلوي ، المسار البيولوجي هو سلسلة من التفاعلات الجزيئية بين الجزيئات داخل الخلية والتي تؤدي إلى منتج معين أو تغيير في الخلية.
تسمح المسارات البيولوجية للخلايا بالاستجابة للإشارات الداخلية والخارجية من خلال التفاعلات الكيميائية الحيوية. [ 1 ] وتشارك هذه المسارات في عمليات مثل نمو الخلايا وتطورها. ويمكنها أن تحفز تجميع جزيئات جديدة، مثل الدهون أو البروتينات ، أو تنظم التعبير الجيني ، أو تحفز حركة الخلايا. [ 2 ]
تشارك بعض المسارات البيولوجية الأكثر شيوعًا في عمليات الأيض ، وتنظيم الجينات ، ونقل الإشارات . وتُعد دراسة هذه المسارات مهمة في الدراسات المتقدمة لعلم الجينوم ، وعلم الأحياء النظمي ، والطب، إذ يرتبط اضطراب هذه المسارات بأمراض مثل السرطان. [ 3 ]
أنواع المسارات البيولوجية
يمكن تصنيف المسارات البيولوجية إلى عدة أنواع رئيسية بناءً على وظيفتها. [ 2 ]
- تتضمن المسارات الأيضية تفاعلات كيميائية تحول الجزيئات إلى طاقة أو لبنات بناء خلوية، مثل عملية تحلل الجلوكوز .
- تنظم المسارات الجينية التعبير الجيني وتتحكم في كيفية استخدام المعلومات الجينية داخل الخلية.
- تقوم مسارات نقل الإشارة بنقل الإشارات من خارج الخلية إلى داخلها، مما يسمح للخلايا بالاستجابة للتغيرات البيئية.
آليات المسارات البيولوجية
تعمل المسارات البيولوجية من خلال سلسلة من التفاعلات الجزيئية وتنقل الإشارات داخل الخلايا وفيما بينها. [ 4 ]
تبدأ العديد من المسارات بتنشيط بروتينات المستقبلات استجابةً لإشارات خارجية مثل الهرمونات وعوامل النمو وعوامل بيئية أخرى. [ 1 ]
بمجرد تنشيطها، تبدأ المستقبلات سلسلة من الإشارات داخل الخلايا تشمل البروتينات والإنزيمات والرسل الثانوية التي ترسل الإشارة وتضخمها. [ 4 ]
يسمح تضخيم الإشارة بتفاعل جزيئي واحد لإحداث تأثيرات داخل الخلية. [ 4 ]
أمثلة على المسارات البيولوجية
يمكن توضيح المسارات البيولوجية من خلال أنظمة الإشارات المختلفة التي تنظم التعبير الجيني والاستجابات الخلوية.
فيما يلي بعض الأمثلة على مسارات الإشارات :
- مسار إشارات Notch هو نظام اتصال خلوي ينظم التعبير الجيني ويتحكم في نمو الخلايا. [ 1 ]
- يتحكم مسار إشارات Hedgehog في نمو الخلايا وتكوين الأنماط أثناء التطور الجنيني ، وهو ضروري لتنظيم الأنسجة بشكل سليم . [ 4 ] [ 1 ]
- يوجد مسار إشارات الإيثيلين في النباتات وينظم عمليات مثل نضج الثمار وتساقط الأوراق والاستجابات للإجهاد البيئي. [ 1 ]
المسارات البيولوجية والأمراض
يمكن أن تؤدي الاضطرابات في المسارات البيولوجية إلى الإصابة بالأمراض. [ 3 ]
ترتبط مسارات الإشارات غير الطبيعية بالسرطان ، حيث يمكن أن تؤدي الطفرات إلى نمو الخلايا وانقسامها بشكل غير منضبط. [ 3 ] يمكن أن تساهم هذه التغيرات في المسارات التي تنظم الخلايا في تطور الأورام . [ 3 ]
إعادة بناء المسار
يتضمن تحليل المسارات وإعادة بنائها استخدام البيانات التجريبية والنماذج الحاسوبية لتحديد التفاعلات بين المستقبلات والجزيئات داخل الخلايا وعوامل النسخ . ويمكن أن تساعد هذه الأساليب في التنبؤ بمكونات غير معروفة سابقًا لمسارات الإشارات. [ 5 ]
يمكن استخدام الأساليب الحسابية الحديثة لتحليل مسارات الإشارات الخلوية من خلال تحديد المسارات بين الجزيئات في الشبكات الأكبر. تُمكّن هذه التقنيات الباحثين من فهم العديد من المسارات المختلفة وبنيتها ووظائفها. [ 5 ]
قواعد بيانات المسارات
- تُعد قاعدة بيانات مسارات KEGG قاعدة بيانات شائعة للبحث عن المسارات، ويستخدمها علماء الأحياء بكثرة.
- ويكي باثويز : قاعدة بيانات مسارات منسقة من قبل المجتمع مع معلومات مسارات متاحة للجميع.
- Reactome : قاعدة بيانات مجانية على الإنترنت، يتم تنسيقها يدويًا، للمسارات البيولوجية.
- قاعدة بيانات تفاعل المسارات بين المعهد الوطني للسرطان ومجلة نيتشر : قاعدة بيانات لمسارات الإشارات الخلوية البشرية.
- PhosphoSitePlus هي قاعدة بيانات للتعديلات اللاحقة للترجمة التي لوحظت في البروتينات البشرية والفأرية؛ وهي مورد بيولوجيا الأنظمة عبر الإنترنت يوفر معلومات وأدوات شاملة لدراسة التعديلات اللاحقة للترجمة للبروتين (PTMs) بما في ذلك الفسفرة واليوبيكويتين والأسيتيل والميثلة.
- مجموعة قواعد بيانات BioCyc عبارة عن تشكيلة من قواعد بيانات المسارات/الجينوم الخاصة بالكائنات الحية.
- قاعدة بيانات البروتينات البشرية المرجعية هي منصة مركزية لعرض ودمج المعلومات المتعلقة ببنية المجال والتعديلات ما بعد الترجمة وشبكات التفاعل وارتباط الأمراض لكل بروتين في البروتينوم البشري (كان آخر إصدار هو #9 في عام 2010).
- PANTHER (تحليل البروتين من خلال العلاقات التطورية) عبارة عن قاعدة بيانات بيولوجية كبيرة ومنسقة لعائلات الجينات/البروتينات وعائلاتها الفرعية ذات الصلة الوظيفية والتي يمكن استخدامها لتصنيف وتحديد وظيفة منتجات الجينات.
- TRANSFAC (قاعدة بيانات عوامل النسخ) هي قاعدة بيانات منسقة يدويًا لعوامل النسخ حقيقية النواة، ومواقع ارتباطها الجينومية، وملفات تعريف ارتباط الحمض النووي (مقدمة من geneXplain GmbH).
- MiRTarBase هي قاعدة بيانات منسقة لتفاعلات MicroRNA-Target.
- DrugBank عبارة عن قاعدة بيانات شاملة وعالية الجودة ومتاحة مجاناً عبر الإنترنت تحتوي على معلومات عن الأدوية وأهدافها.
- esyN هو عارض ومنشئ شبكات يسمح باستيراد المسارات من قاعدة بيانات النماذج الحيوية أو من biogrid و flybase و pombase ومعرفة الأدوية التي تتفاعل مع البروتينات في شبكتك.
- قاعدة بيانات علم السموم المقارن (CTD) هي موقع ويب عام وأداة بحثية تقوم بتنظيم البيانات العلمية التي تصف العلاقات بين المواد الكيميائية/الأدوية، والجينات/البروتينات، والأمراض، والتصنيفات، والأنماط الظاهرية، وشروح GO، والمسارات، ووحدات التفاعل؛ توضح CTD كيف تؤثر المواد الكيميائية البيئية على صحة الإنسان.
- Pathway Commons هو مشروع وقاعدة بيانات تستخدم لغة BioPAX لتحويل ودمج والاستعلام عن قواعد بيانات المسارات البيولوجية والتفاعلات الأخرى.
انظر أيضاً
مصادر
- 1 2 3 4 5 ألبرتس، بروس، محرر. (2002). البيولوجيا الجزيئية للخلية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: جارلاند ساينس. ISBN 978-0-8153-3218-3.
- 1 2 "صحيفة حقائق المسارات البيولوجية" .
- 1 2 3 4 هاناهان، دوغلاس؛ واينبرغ، روبرت أ. (مارس 2011). "سمات السرطان: الجيل القادم" . الخلية . 144 (5): 646-674 . doi : 10.1016/j.cell.2011.02.013 . ISSN 0092-8674 . PMID 21376230 .
- 1 2 3 4 خولودينكو، بوريس ن. (مارس 2006). "ديناميكيات إشارات الخلية في الزمان والمكان" . مجلة نيتشر ريفيوز لعلم الأحياء الخلوي الجزيئي . 7 (3): 165-176 . doi : 10.1038/nrm1838 . ISSN 1471-0072 . PMID 16482094 .
- 1 2 فاغنر، ميتشل جيه؛ براتابا، أديتيا؛ مورالي، تي إم (2019-07-15). "إعادة بناء مسارات الإشارات باستخدام مسارات اللغة المنتظمة المقيدة" . المعلوماتية الحيوية . 35 (14): i624– i633. doi : 10.1093/bioinformatics/btz360 . ISSN 1367-4803 . PMC 6612893. PMID 31510694 .
- البيولوجيا الجزيئية