استبدال الحموض الأمينية

**استبدال الحموض الأمينية** هو عبارة عن تغيير من حمض أميني معين إلى حمض أميني مختلف في البروتين بسبب طفرة نقطية في تسلسل الدنا المقابل. يحدث هذا بسبب طفرة غير مترادفة تؤدي إلى تغيير تسلسل الكودون لترميز حمض أميني آخر بدلاً من الحمض الأميني الأصلي.
تصغير|الطفرات الملحوظة
## الاستبدالات المحافظة والجذرية
لا تمتلك جميع بدائل الحموض الأمينية نفس التأثير على وظيفة أو بنية البروتين. قد يختلف حجم هذه العملية اعتمادًا على مدى تشابه أو اختلاف الحموض الأمينية المستبدلة، وكذلك على موقعها في التسلسل أو البنية. يمكن حساب التشابه بين الحموض الأمينية على أساس مصفوفات الاستبدال، أو المسافة الفيزيائية والكيميائية، أو خصائص بسيطة مثل حجم الحموض الأمينية أو شحنتها  (انظر أيضًا الخصائص الكيميائية للحموض الأمينية). وعادة ما يتم تصنيف الحموض الأمينية إلى نوعين: 

* الاستبدال المحافظ: يتم تبادل حمض أميني مع حمض آخر له خصائص مماثلة. ومن المتوقع أن يؤدي هذا النوع من الاستبدال نادرًا إلى خلل في البروتين المقابل.
* الاستبدال الجذري: يتم استبدال حمض أميني بآخر له خصائص مختلفة. يمكن أن يؤدي هذا إلى تغييرات في بنية البروتين أو وظيفته، مما قد يؤدي إلى تغييرات محتملة في النمط الظاهري، والتي قد تكون مسببة للأمراض في بعض الأحيان. ومن الأمثلة المعروفة في البشر فقر الدم المنجلي، بسبب طفرة في بيتا غلوبين حيث يتم تبادل حمض الغلوتاميك (سالب الشحنة) في الموضع 6 مع الفالين (غير المشحون).

## المسافات الفيزيائية والكيميائية
المسافة الفيزيائية الكيميائية هي مقياس لتقييم الفرق بين الحموض الأمينية المستبدلة. تعتمد قيمة المسافة على خصائص الحموض الأمينية. هناك 134 خاصية فيزيائية وكيميائية يمكن استخدامها لتقدير التشابه بين الحموض الأمينية.  تعتمد كل مسافة فيزيائية كيميائية على تركيبة مختلفة من الخصائص.

**خصائص الحموض الأمينية المستخدمة لتقدير التشابه العام**

### مسافة غرانثام
تعتمد مسافة غرانثام  على ثلاث خصائص: التركيب والقطبية والحجم الجزيئي.

يتم حساب فرق المسافة *D* لكل زوج من الحموض الأمينية *i* و *j* على النحو التالي: D_{ij}=[\alpha(c_i-c_j)^2+\beta(p_i-p_j)^2+\gamma(v_i-v_j)^2]^{\frac{1}{2}}

حيث *c* = التركيب، *p* = القطبية، و *v* = الحجم الجزيئي؛ و هي ثوابت مربعات معكوس المسافة المتوسطة لكل خاصية، وتساوي على التوالي 1.833، 0.1018، 0.000399. وفقًا لمسافة غرانثام، فإن معظم الحموض الأمينية المتشابهة هي الليوسين والأيزوليوسين، والأبعد هي السيستين والتريبتوفان.

**الاختلاف (''D)'' بين الحموض الأمينية**

### مؤشر سنيث
يأخذ مؤشر سنيث  في الاعتبار 134 فئة من النشاط والبنية. مؤشر عدم التشابه *D*  هو قيمة النسبة المئوية لمجموع كل الخصائص غير المشتركة بين حمضين أمينيين استبدلا. إنها قيمة مئوية يتم التعبير عنها بواسطة D=1-S حيث *S* هو التشابه.

مؤشر عدم التشابه بين الحموض الأمينية

### معامل إبشتاين للفرق
يعتمد معامل إبشتاين للفرق  على الاختلافات في القطبية والحجم بين أزواج الحموض الأمينية المستبدلة. يميز هذا المؤشر اتجاه التبادل بين الحموض الأمينية، ويمكن وصفه بمعادلتين:

\Delta_{a\rightarrow b}=(\delta_{polarity}^2+\delta_{size}^2)^{1/2} عندما يتم استبدال بقايا كارهة للماء أصغر ببقايا كارهة للماء أو قطبية أكبر

\Delta_{a\rightarrow b}=(\delta_{polarity}^2+[0.5 \delta_{size}]^2)^{1/2} عندما يتم تبادل البقايا القطبية أو استبدال البقايا الأكبر ببقايا أصغر

معامل الاختلاف (\Delta_{a\rightarrow b})

### مسافة مياتا
تعتمد مسافة مياتا  على خاصيتين فيزيائيتين كيميائيتين هما الحجم والقطبية.

يتم حساب المسافة بين الحموض الأمينية *a <sub>i</sub>* و *a <sub>j</sub>* على النحو التالي: d_{ij}=\sqrt{(\Delta p_{ij}/\sigma_p)^2+(\Delta v_{ij}/\sigma_v)^2} حيث \Delta p_{ij} هي قيمة فرق القطبية بين الحموض الأمينية المستبدلة و \Delta v_{ij} وهو الفرق في الحجم؛ \sigma_p و \sigma_v هي الانحرافات المعيارية لـ \Delta p_{ij} و \Delta v_{ij}

المسافة بين زوج من الحموض الأمينية (*d<sub>ij</sub>*)

### التبادل خلال التجارب
تم ابتكار التبادل التجريبي  من قبل يامبولسكي وستولتزفوس .  يقيس التبادل التجريبي هو مقياس معدل تأثير تبادل حمض أميني واحد إلى حمض أميني مختلف.

يعتمد هذا على تحليل الدراسات التجريبية حيث تمت مقارنة 9671 بديلاً للحموض الأمينية من بروتينات مختلفة، لمعرفة تأثيرها على نشاط البروتين.

قابلية التبادل (× 1000) حسب المصدر (الصف) والوجهة (العمود)

Exchangeability (x1000) by source (row) and destination (column)

## الحموض الأمينية النموذجية والفريدة
يمكن أيضًا تصنيف الحموض الأمينية وفقًا لعدد الحموض الأمينية المختلفة التي يمكن تبادلها من خلال استبدال فردي للنوكليوتيدات .

* الحموض الأمينية النموذجية: هناك العديد من الحموض الأمينية الأخرى التي يمكن أن تتغير إليها من خلال استبدال النوكليوتيدات الفردية. عادةً ما يكون للحموض الأمينية النموذجية وبدائلها خصائص فيزيائية وكيميائية متشابهة. الليوسين مثال على الحموض الأمينية النموذجية.
* الحموض الأمينية الفريدة: هناك عدد قليل من الحموض الأمينية المشابهة التي يمكن أن تتحول إليها من خلال استبدال النوكليوتيدات الفردية. في هذه الحالة، فإن معظم استبدالات الحموض الأمينية ستكون ضارة بوظيفة البروتين. التربتوفان مثال على حمض أميني فريد من نوعه.

## الميل إلى استبدال الحموض الأمينية
تكون بعض الحموض الأمينية قابلة للاستبدال أكثر من غيرها، ومن العوامل التي تؤثر على هذا الاتجاه المسافة الفيزيائية والكيميائية. يمكن أن يكون مؤشر استقرار غراور  مثالاً على مقياس الحموض الأمينية. يقوم هذا المقياس على فرضية أن معدل استبدال الحموض الأمينية وتطور البروتين يعتمد على تركيب الحموض الأمينية في البروتين. يتم حساب مؤشر الاستقرار *S* للحموض الأمينية على أساس المسافات الفيزيائية والكيميائية لهذا الحمض الأميني وبدائله التي يمكن أن تتحور من خلال استبدال النوكليوتيدات الفردية واحتمالات الاستبدال في هذه الحموض الأمينية. بناءً على مسافة غرانثام فإن الحمض الأميني الأكثر ثباتًا هو السيستين، والأكثر عرضة للخضوع للتبادل هو الميثيونين.

## أنماط استبدال الحموض الأمينية
إن تطور البروتينات أبطأ من تطور الحمض النووي، وذلك لأن الطفرات غير المترادفة في الحمض النووي فقط هي التي يمكن أن تؤدي إلى استبدال الحموض الأمينية. معظم الطفرات محايدة للحفاظ على وظيفة البروتين وبنيته. لذلك، كلما كانت الحموض الأمينية متشابهة أكثر، كلما زادت احتمالية استبدالها. تعتبر الاستبدالات المحافظة أكثر شيوعًا من الاستبدالات الجذرية، لأنها قد تؤدي إلى تغييرات ظاهرية أقل أهمية. من ناحية أخرى، من المرجح أن تكون الطفرات المفيدة التي تعمل على تعزيز وظائف البروتين بمثابة بدائل جذرية. كذلك، ترتبط المسافات الفيزيائية والكيميائية، والتي تعتمد على خصائص الحموض الأمينية، سلبًا باحتمالية استبدال الحموض الأمينية. تشير المسافة الأصغر بين الحموض الأمينية إلى أنها أكثر عرضة للخضوع للاستبدال.

## المصادر

تصنيف:كيمياء حيوية
تصنيف:أحماض أمينية
تصنيف:صفحات بترجمات غير مراجعة