بروتامين

البروتامينات بروتينات نووية صغيرة غنية بالأرجينين ، تحل محل الهستونات في المراحل المتأخرة من المرحلة الفردية لتكوين الحيوانات المنوية، ويُعتقد أنها ضرورية لتكثيف رأس الحيوان المنوي عبر ضغط الحمض النووي الجينومي وتثبيته. قد تسمح البروتامينات بتغليف الحمض النووي في الحيوان المنوي بكثافة أكبر من الهستونات، ولكن يجب فك ضغطها قبل استخدام البيانات الوراثية في تخليق البروتين. مع ذلك، يُغلّف جزء من جينوم الحيوان المنوي بواسطة الهستونات (10-15% في البشر والرئيسيات الأخرى)، ويُعتقد أنها ترتبط بجينات ضرورية للتطور الجنيني المبكر. ^{[ 1 ]}

تُعرف بروتينات البروتامين والبروتينات الشبيهة بالبروتامين (PL) مجتمعةً باسم البروتينات النووية القاعدية الخاصة بالحيوانات المنوية (SNBPs). وتُعتبر بروتينات PL وسيطة في بنيتها بين البروتامين والهيستون H1 . وقد يكون النطاق الطرفي الكربوكسيلي لبروتينات PL هو السلف للبروتامين في الفقاريات. ^{[ 2 ]}

أثناء تكوين الحيوانات المنوية، يرتبط البروتامين بالهيكل الفوسفاتي للحمض النووي باستخدام نطاق الأرجينين الغني كمرساة. ثم يُطوى الحمض النووي على شكل حلقة ، وهي بنية على شكل حرف O، على الرغم من أن الآلية غير معروفة. يمكن أن تحتوي خلية الحيوان المنوي على ما يصل إلى 50,000 بنية حلقية الشكل في نواتها، حيث تحتوي كل حلقة على حوالي 50 كيلوبايت. ^{[ 4 ]} قبل تكوين الحلقة، تُزال الهستونات من الحمض النووي بواسطة بروتينات نووية انتقالية ، حتى يتمكن البروتامين من تكثيفه. تشمل آثار هذا التغيير ما يلي: 1) زيادة ديناميكية السائل المنوي لتحسين التدفق عبر السوائل عن طريق تقليل حجم الرأس، 2) انخفاض حدوث تلف الحمض النووي، 3) إزالة العلامات فوق الجينية التي تحدث مع تعديلات الهستونات. ^{[ 5 ]}

يرتبط تركيب رأس الحيوان المنوي أيضًا بمستويات البروتامين. وقد وُجد أن نسبة البروتامين 2 إلى البروتامين 1 والبروتينات النووية الانتقالية تُغير شكل رأس الحيوان المنوي في أنواع مختلفة من الفئران، وذلك بتغيير التعبير عن البروتامين 2 عبر طفرات في منطقة المحفز الخاصة به. كما وُجد أن انخفاض هذه النسبة يزيد من القدرة التنافسية للحيوانات المنوية في أنواع الفئران . ومع ذلك، يلزم إجراء المزيد من الاختبارات لتحديد كيفية تأثير هذه النسبة على شكل الرأس، وما إذا كان الزواج الأحادي يؤثر على هذا الانتقاء. في البشر، تُظهر الدراسات أن الرجال الذين لديهم اختلال في نسبة Prm1/Prm2 يعانون من انخفاض الخصوبة أو العقم. ^{[ 6 ]} يُشفّر البروتامين 2 كبروتين أطول يحتاج إلى شطر طرفه الأميني قبل أن يصبح وظيفيًا. وقد خضع البروتامين لدى الإنسان والشمبانزي لتطور سريع. ^{[ 7 ]}

عند مزجها مع الأنسولين ، تعمل البروتامينات على إبطاء بدء مفعول الأنسولين وزيادة مدته (انظر أنسولين NPH ). ^{[ 8 ]}

يُستخدم البروتامين في جراحة القلب، وجراحة الأوعية الدموية، وإجراءات الأشعة التداخلية لتحييد تأثيرات الهيبارين المضادة للتخثر . تشمل الآثار الجانبية ارتفاع ضغط الشريان الرئوي وانخفاض ضغط الدم المحيطي، واستهلاك الأكسجين في عضلة القلب، والنتاج القلبي، ومعدل ضربات القلب. ^{[ 9 ]}

يُعدّ بروتامين سلفات ترياقًا لجرعة زائدة من الهيبارين ، ولكن قد تحدث حساسية شديدة. ^{[ 10 ]} كما يعمل شكلٌ مُختصر السلسلة من البروتامين كمضاد قوي للهيبارين، ولكن مع انخفاض ملحوظ في قدرته على إثارة الاستجابة المناعية . وقد أُنتج في البداية كمزيج ناتج عن هضم البروتامين بواسطة إنزيم الثيرموليسين ، ^{[ 11 ]}VSRRRRRRGGRRRR ولكن تم عزل الجزء الببتيدي الفعال منه لاحقًا. ^{[ 12 ]} كما تم إنتاج نظير لهذا الببتيد. ^{[ 13 ]}

في العلاج الجيني، فإن قدرة كبريتات البروتامين على تكثيف الحمض النووي البلازميدي إلى جانب موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) عليها جعلتها مرشحًا جذابًا لزيادة معدلات النقل عن طريق آليات التوصيل الفيروسية ^{[ 14 ]} وغير الفيروسية (على سبيل المثال باستخدام الليبوسومات الكاتيونية) ^{[ 15 ]} .

قد يُستخدم البروتامين كدواء للوقاية من السمنة. وقد ثبت أن البروتامين يمنع زيادة وزن الجسم ومستويات البروتين الدهني منخفض الكثافة لدى الفئران التي تتغذى على نظام غذائي غني بالدهون. ويحدث هذا التأثير من خلال تثبيط نشاط الليباز ، وهو إنزيم مسؤول عن هضم وامتصاص الدهون الثلاثية ، مما يؤدي إلى انخفاض امتصاص الدهون الغذائية. ولم يُلاحظ أي تلف في الكبد عند معالجة الفئران بالبروتامين. ومع ذلك، فإن استحلاب الأحماض الدهنية طويلة السلسلة لهضمها وامتصاصها في الأمعاء الدقيقة أقل ثباتًا لدى البشر مقارنةً بالفئران، مما قد يؤثر على فعالية البروتامين كدواء. علاوة على ذلك، قد تُحلل الببتيدازات البشرية البروتامين بمعدلات مختلفة، لذا يلزم إجراء المزيد من الاختبارات لتحديد قدرة البروتامين على الوقاية من السمنة لدى البشر. ^{[ 16 ]}

تحتوي الفئران والبشر ^{[ 1 ]} وبعض الأسماك على نوعين أو أكثر من البروتامينات المختلفة، بينما تحتوي الحيوانات المنوية للثور والخنزير ^{[ 17 ]} على شكل واحد من البروتامين نتيجة طفرة في جين PRM2. أما في الجرذان، فعلى الرغم من وجود جين PRM2، إلا أن التعبير عن هذا البروتين ضئيل للغاية بسبب محدودية النسخ نتيجة لمُحفِّز غير فعال، بالإضافة إلى تغير في معالجة نسخة mRNA ^{[ 18 ] .}

يتكون التركيب الأولي لبروتامين P1، وهو البروتامين المستخدم لتغليف الحمض النووي في الخلايا المنوية، في الثدييات المشيمية عادةً من 49 أو 50 حمضًا أمينيًا. وينقسم هذا التسلسل إلى ثلاثة نطاقات منفصلة: نطاق غني بالأرجينين لربط الحمض النووي، محاط بتسلسلات ببتيدية أقصر تحتوي في الغالب على بقايا السيستين. ويتكون النطاق الغني بالأرجينين من 3 إلى 11 بقايا أرجينين، وهو محفوظ بين تسلسلات بروتامين الأسماك وبروتامين الثدييات بنسبة تطابق تسلسلي تتراوح بين 60 و80%. ^{[ 1 ]}

بعد الترجمة، يتم فسفرة بنية البروتامين P1 مباشرةً في جميع المجالات الثلاثة المذكورة أعلاه. وتحدث جولة أخرى من الفسفرة عند دخول الحيوان المنوي إلى البويضة، لكن وظيفة هذه الفسفرات غير مؤكدة. ^{[ 1 ]}

لا يُعرف التركيب الثانوي والثالثي الدقيق للبروتامين على وجه اليقين، ولكن نُشرت عدة مقترحات منذ سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 1 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 20 ] [ 26 ]} ويُجمع الرأي العام على أن البروتامين يُشكّل تراكيب بيتا ستراند التي تتشابك لاحقًا عبر روابط ثنائية الكبريتيد (وربما روابط ثنائي التيروسين وروابط السيستين-تيروسين). ^{[ 25 ] [ 20 ]} عندما يرتبط البروتامين P1 بالحمض النووي DNA، يُشكّل السيستين من الطرف الأميني لأحد جزيئات البروتامين P1 روابط ثنائية الكبريتيد مع السيستين من الطرف الكربوكسيلي لجزيء بروتامين P1 آخر. ومن خلال معادلة شحنة العمود الفقري، يُتيح البروتامين للحمض النووي DNA أن يلتفّ بإحكام أكبر. ^{[ 3 ] [ 26 ]} تعمل روابط ثنائي الكبريت على منع انفصال بروتامين P1 عن الحمض النووي DNA حتى يتم اختزال هذه الروابط عند دخول الحيوان المنوي إلى البويضة. ^{[ 1 ]} قد تلتف بوليمرات البروتامين الطويلة هذه حول الحمض النووي DNA داخل الأخدود الكبير. ^{[ 1 ] [ 23 ]}

يتمتع البروتامين ذو الشحنة الموجبة بالقدرة على تكثيف العديد من الأنيونات المتعددة. وتشير النتائج الحديثة إلى أن بروتامين السلمون يشكل مجموعة واسعة من المكثفات أو التجمعات السائلة والصلبة مع كل من الحمض النووي أحادي السلسلة وثنائي السلسلة، وكذلك مع جليكوزامينوجليكان . ^{[ 27 ]}

• علم التخلق
• كروموسوم

• البروتامينات في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• V03AB14 ( منظمة الصحة العالمية )