كينيسن

كينيسن
الكينيسن، هو بروتين ينتمي إلى فئة البروتينات الحركية الموجودة في الخلايا حقيقية النواة.
يتحرك الكينسين على الأنيببات الدقيقة، ويبدأ عمله بالطاقة الناتجة عن تكسر جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وعليه فإن حركة بروتين الكينيسن النشطة، تدعم العديد من الوظائف الخلوية، بما في ذلك الانقسام المتساوي، والانقسام المنصف، والشحن الخلوي، كنقل السيالات العصبية.
معظم أنواع بروتينات الكينيسن، تسير باتجاه النهاية الموجبة للأنيببات الدقيقة، المسؤولة في معظم الخلايا عن جر الحمولة الخلوية المنقولة من مركز الخلية إلى أطرافها، كالبروتينات، والأجزاء المكوِّنة للأغشية، وهذا النوع من وسائل النقل، يسمى بالنقل التقدمي، في المقابل هناك بروتينات أخرى تسمى الدينين تعمل بعكس اتجاه الكينيسن، فهي تنقل وتسير نحو النهاية السالبة من الأنيببات الدقيقة.

مجموعة الكينيسن

عند اكتشاف بروتينات ال "كينيسن"، عرفت بأنها بروتينات تعمل على النقل الخلوي التقدمي على الأنيبيبات الدقيقة، وتم تصنيف العضو المؤسس لعائلة ال كينيسن، "كينيسن 1"، على أنه بروتين نقل سريع، محوري رباعي المفارز، يتكون من وحدتين فرعيتين متطابقتين، وسلسلتين خفيفتين، تم استخلاصه عن طريق تنقية الأنيبيبات الدقيقة من عينة خلايا عصبية.
في وقت لاحق، تمت تنقية بروتين آخر رباعي المفارز، سُمِّيَ "كينيسن 2"، يتكون من وحدتين فرعيتين مختلفتين، مع بعض البروتينات المتعلقة بعائلة ال "كينيسن"، المستخلصة من بيض وأجنة حيوانات شوكية، هذا البروتين معروف في عملية نقل المجمعات البروتينية على خطوط النقل المحورية، خلال عملية تكوين الهدب الحيوي.، لقد أدت إنجازات علم الوراثة الجزئية، إلى معرفة أن بروتينات ال "كينيسن"، تشكل عائلة كبيرة ومتنوعة من البروتينات الحركية، المسؤولة عن العديد من مهام النقل الخلوي في الخلايا حقيقية النواة.


، وعلى سبيل المثال، تبين أن جينومات الثدييات، تحتوي على رموز وراثية لأكثر من 40 بروتين كاينيسن، تم تصنيفها في 14 عائلة فرعية، أخذت تسميتها بالتسلسل: "كينيسن1"، وحتى "كينيسن 14".

الهيكل العام

يختلف أعضاء فصيلة بروتين الكينيسن في الشكل، ولكن الكينيسن الكلاسيكي "كينيسن 1"، هو بروتين ذو 4 مفارز، ومفارزه (السلاسل الثقيلة)، تشكل وحدات بناء تربط سلاسله الخفيفة.  
تتألف السلسلة الثقيلة ل "كينيسن 1" من رأس كروي (المجال المتحرك)، في نهاية الحمض الـميني، مرتبط برقبة قصيرة مرنة موصولة بساق طويلة، ذات نطاق لفائف ألفا، ملفوفة حلزونياً من الوسط، منتهية بذيل يحمل مجموعة كربوكسي، والذي من شأنه أن يربط السلاسل الخفيفة.

المجال الحركي للكينيسن

رأس بروتين الكينيسن، هو الذي يحمل تسلسل الأحماض الأمينية، وهو الذي يميزه عن باقي بروتينات الكينيسن، فكل رأس يملك منطقتين منفصلتين للارتباط، الأولى لربط الأنيبب الدقيق، والثانية لربط جزيئات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، فتكوين وتكسير جزيئات كل من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، والأدينوسين ثنائي الفوسفات، يقوم بتغييرٍ في مجالات ربط الأنيببات الدقيقة، واتجاه ربط العنق للرأس، وهذا يؤدي إلى حركة الكينيسن، وهناك عدة عناصر هيكلية في رأس البروتين، مثل نظام صفائح البيتا، ونظامَي التحويل الأول والثاني، الذين يسهمون جميعاً في مواقع الربط على رأس البروتين ورقبته، وبروتينات الكينيسن متشابهة هيكلياً، ومرتبطة ببروتينات G ، والتي تحلل الغوانوسين ثلاثي الفوسفات بدلاً من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، وهناك العديد من العناصر الهيكلية المشتركة بين العائلتين، لا سيما نظامَي التحويل الأول والثاني.

الشحن الخلوي

الجزيئات الصغيرة مثل الجلوكوز والغازات، تنتشر في أنحاء الخلية أينما كانت الحاجة اليها، أما الجزيئات الأكبر حجماً والتي يتم تصنيعها في الخلية مثل الحويصلات، والعضيات الخلوية، فإنها لا تمتلك القدرة على الانتشار إلى مكان حاجتها مثل الميتوكندريا، فتقوم البروتينات الحركية بوظائف نقل الحمولة الكبيرة إلى مكان احتياجاتها، أما بروتينات الكينيسن فهي بروتينات حركية، تقوم بنقل مثل تلك الحمولة عن طريق السير باتجاه واحد، على الأنيبيبات الدقيقة، عن طريق تكسير جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات في كل خطوة.
كان الاعتقاد السائد، هو أن تكسير الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، يوفر الطاقة اللازمة لدفع رأس الكينيسن للأمام، ليتم ربطه مع موقع الربط التالي.، على خلاف ذلك، تم افتراض أن رأس بروتين الكينيسن، يندفع إلى الأمام على الأنيبيبات الدقيقة، ويسحب الحمولة الخلوية ورائه، بالإضافة لذلك، فإن الفيروسات، مثل فيروس نقص المناعة البشري، تستغل بروتين الكينيسن، للسماح للفيروس بالاستقرار بعد التجميع ، وهناك أدلة مهمة أيضاً، تفيد بأن حمولة الخلايا في الجسد يتم نقلها بعدة بروتينات حركية.

اتجاه حركة البروتينات

تتحرك البروتينات الحركية في اتجاه معين على طول الأنيببات، وذلك لأن الأنيببات الدقيقة قطبية، ورأس البروتين الحركي يرتبط بالأنيببات الدقيقة، ويسير في اتجاه واحد فقط، بينما يحدد ربط الأدينوسين ثلاثي الفوسفات اتجاه البروتين، من خلال عملية تعرف بِ: (neck linker zippering)
تتحرك معظم بروتينات الكينيسن نحو الجهة الموجبة من الأنيببات الدقيقة، والتي تكون مسؤولة في معظم الخلايا، عن الشحن الخلوي من وسط الخلية إلى أطرافها، وهذا النمط من أنماط النقل يعرف بالنقل التقدمي، و تسير عائلة "كينيسن 14"، مثل حويصلات أمراض ذبابة الفاكهة في الاتجاه المعاكس نحو الجهة السالبة من الأنيببات الدقيقة.
هناك نوع آخر من البروتينات الحركية، والتي تسمى بروتينات ال "دينين"، تسير باتجاه الجهة السالبة من الأنيببات الدقيقة، كَ "عائلة كينيسن 14"، فهي تقوم بعملية الشحن الخلوي من أطراف الخلية إلى وسطها، ومثال عليها، نقل السيالات العصبية من جسم الخلية العصبية، إلى المحور العصبي للخلية، وهذا نوع من أنواع النقل التراجعي.
بروتين "Cin8"، عضو من أعضاء عائلة ال "كاينيسن 5"، ويمتلك القدرة على تغيير اتجاه حركته نحو الجهه السالبة، عندما يلتصق بالأنيببات الدقيقة، على عكس باقي أعضاء عائلته، فعند تكوين روابط معاكسة بين الأنيببات الدقيقة، يقوم بسحبها باتجاه بعضها البعض.
من خلال دراسة خاصية ازدواج الاتجاه، بحالات متمائلة، تبين أن جزيئات "Cin8" الحرة، تسير باتجاه الجهه السالبة، أما جزيئات "Cin8" المترابطة بشكل متقاطع، فإنها تتحرك باتجاه الجهه الموجبة لكل أنيبب دقيق، من المرجح بأن هذه القدرة المميزة هي نتيجة لاشتراك جزيئات "Cin8"، مع بعضها البعض، وتساعد هذة العملية بروتين ال "دينيين" على القيام بدوره في تبرعم الخميرة.

النموذج النظري للكينيسن

اقترحت عدة نماذج نظرية للبروتين الحركي "كينيسن"، وهنالك عدة تحديات ظهرت في التحقيقات النظرية.
، نظراً لعدم اليقين حول أدوار الهياكل البروتينية، والطريقة الدقيقة التي يتم بها تحويل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، إلى طاقة ميكانيكية، وكذلك الأدوار التي تقوم بها التقلبات الحرارية، وهناك حاجة خاصة لنهج جديد بهدف إيجاد حلقة وصل مع بنية جزئية للبروتين، والبيانات التي تم الحصول عليها من التحقيقات التجريبية.
وصفت حركة الجزيئات الأحادية بشكل جيد من قبل، ولكن على نطاق النانو الصغير، تتحرك هذة الآلات في فرق كبيرة ، أظهرت الأبحاث العلمية الحديثة أن حركة بروتينات "كاينيسن"، على الأنيببات الدقيقة، تكون عن طريق التفاعل مع بعضها البعض
، وتكون هذة التفاعلات قصيرة المدى.، وضعيفة الجاذبية.
إحدى النماذج التي تم تطويرها تأخذ بعين الاعتبار هذه التفاعلات بين الجزيئات، حيث تتغير المعدلات الحيوية وفقاً لتغير طاقة التفاعلات، فاذا كانت الطاقة موجبة، يكون معدل بناء الروابط (ف)، ومعدل تكسير الروابط (ص)، منخفضان، وعليه تبين بأن معدلات الدخول والخروج من الأنيببات الدقيقة، ستتغير مع تغير الطاقة، فاذا كان موقع الربط الثاني محتلاً، يكون معدل الدخول يساوي (الفا*ف)، أما إذا كان موقع الربط الأول محتلاً، فيكون معدل الخروج (بيتا*ص)، هذا النهج النظري يتوافق مع نتائج مونتي كارلو لهذا النموذج، خصوصا في الحالة المحدودة، عند وجود كمية كبيرة من الطاقة السالبة، باستخدام عملية الاقصاء البسيطة مع هذه النتائج، يتم إرجاع الطاقة لتساوي صفراً.

الكينيسن والانقسام المتساوي

في السنوات الأخيرة ، وجد أن البروتينات الحركية المرتبطة على الأنيببات الدقيقة، بما فيها بعض أفراد عائلة "كينيسن" تلعب دوراً في انقسام الخلية (الانقسام المتساوي)، فيعد بروتين "كينيسن" مهماً، ليكون طول المغزل سليماً، ويشارك في انزلاق الأنيببات الدقيقة، وفصلها خلال الطور التحضيري، والطور الاستوائي "عائلة كينيسن "، بالإضافة إلى إِزالة بلمرة الأنيبب الدقيق، من الجهة السالبة في الجسيم المركزي، خلال طور الصعود خاصة "عائلة كينيسن 13".