عائلة بروتينية
العائلة البروتينية هي مجموعة من البروتينات المربطة تطوريا. في اغلب الحالات العائلة البروتينية لديها عائلة جينات تمثلها، حيث ان كل جين يترجم إلى أحد البروتينات بنسبة 1:1. المصطلح «العائلة البروتينية» يجب ان يميز عن مصطلح عائلة المستخدم في علم التصنيف.

البروتينات في العائلة المنحدرة من أصل مشترك في العادة تشترك في الشكل ثلاثي الابعاد، والوظيفة، ولديها تشابه هام في تسلسل الأحماض الأمينية المكونة للبروتين. من أهم التشابهات هو التشابه في تسلسل الأحماض الأمينية لأنه مؤشر قاطع على التماثل وبالتالي مؤشر واضح على وجود أصل مشترك لهذه البروتينات. هنالك نظام عمل متطور بشكل جيد لتقييم التشابهات المهمة بين مجموعة من التسلسلات وذلك باستخدام تقنية ترتيب التسلسل (sequence alignment). البروتينات التي لا تمتلك أصلا مشتركا من المستبعد ان تظهر احصائيا تشابه في تسلسل أحماضهم الأمينية، وذلك يجعل تقنية ترتيب التسلسل أداة قوية في التعرف على أعضاء العائلة البروتينية.

العائلات البروتينية أحيانا تكون مجتمعة في تحالف (clades) كبير يسمى العائلات الخارقة (superfamilies)، وتجتمع هذه العائلات بناءا على التشابهات التركيبية والتشابه في ميكانيكية عملها حتى وإن لم يكن هنالك تماثل يمكن التعرف عليه في تسلسل الأحماض الأمينية.

حاليا تم التعرف على أكثر من 60000 عائلة بروتينية، مع ذلك فإنن الغموض المحيط بتعريف العائلة البروتينية قد قاد الباحثين إلى أرقام مختلفة بشكل مهول.

التسمية والاستخدام 
مثل الكثير من المصطلحات البيولوجية، استخدام مصطلح «العائلة البروتينية» يعتمد على سياق الكلام، يمكن أن تدل على مجموعة كبيرة من البروتينات ذات اقل مستوى تشابه معروف بين تسلسل أحماضها الأمينية، أو مجموعة صغيرة من البروتينات تملك تسلسل احماض أمينية أو وظيفة أو شكل ثلاثي الأبعاد أو مجموعات وظيفية شبه متماثلة. وللتمييز بين هذه المواقف يتم استخدام مصطلح «العائلة البروتينية الخارقة» للبروتينات ذات الأصل البعيد حيث أن تسلسل أحماضها الأمينية غير متشابه ولكن هذه البروتينات تشترك في الخصائص التركيبية فقط. بعض المصطلحات مثل صنف أو مجموعة أو عائلة ثانوية كانت قد صيغت عبر السنوات، وجميعها يعاني من الغموض في استخدامها. الاستخدام الشائع هو أن «العائلة الخارقة» تستخدم للتعبير عن البروتينات ذات التركيب المشترك والتي تهتوي على عائلات بروتينية تشترك في تسلسل الأحماض الأمينية والتي تحتوي على عائلات ثانوية. لذلك فإن «العائلة الخارقة» (superfamilies) مثل عائلة البروتويز (proteases) تحتوي على تسلسل أحماض أمينية محفوظة اقل بكثير من العائلات الثانوية التي تحتويها مثل عائلة ال C04. ان من المستبعد وجود تعريف يتفق عليه والأمر يرجع للقارئ لتحديد معنى هذه المصطلحات بالنسبة للسياق الذي تستخدم فيه.

نطاقات البروتين والمويفات 
مصطلح العائلة البروتينية تم صياغته عندما عان عدد البروتينات معروفة التركيب والتسلسل قليلة، وفي ذلك الوقت كانت البروتينات الصغيرة الأولية ذات النطاق الأحادي مثل الميوغلوبين والهيموغلوبين والسيتوكروم سي كانت معروفة ومفهومة التركيب. ومنذ ذلك الوقت، عرف ان العديد من البروتينات تتكون من العديد من الوحدات المستقلة بالتركيب والوظيفة وتسمى النطاقات. وبسبب التعديل الذي طرأ على هذه النطاقات خلال عملية التطور، فإن العديد من نطاقات البروتين تطورت بشكل مستقل عن النطاقات الأخرى. وذلك أدى في السنوات الأخيرة للتركيز على النطاقات البروتينية الموجودة خلال العائلة البروتينية. عدد من المصادر على الإنترنت قد وظفت جهودها للتعرف وفهرسة هذه النطاقات (انظر الروابط في نهاية المقال).

يوجد أقاليم في هذه البروتينات تحتوي على عدة القيود الوظيفية (وهي مواصفات غاية في الأهمية لتركيب ووظيفة البروتين). وعلى سبيل المثال الموقع النشط في الإنزيم يتطلب حمض أميني معين لينتصب بدقة في موقعه المحدد خلال تكوين الشكل الثلاثي الأبعاد للبروتين. ومن جهة أخرى فإن واجهة ارتباط بروتين ب بروتين أخر قد تحتوي على سطح كبير مقيد من ناحية كاراهية الأحماض الأمينية للماء أو درجة تأين هذه الأحماض الامينية المكونة لهذه الواجهة. عمليا الأقاليم المقيدة في البروتين تتطور بشكل أبطئ من الأقاليم غير المقيدة مثل حلقات الأسطح، والتي تنتج كتلة مميزة من التسلسلات الأحماض الأمينية المحفوظة والتي عند مقارنتها في العائلة البروتينية الواحدة (انظر تقنية ترتيب التسلسلات المتعددة-multiple sequence alignment-). هذه الكتل يشار إليها باسم موتيف – جزء من البروتين ويكون أصغر من النطاق- ومع ذلك فيتم استخدام العديد من المصطلحات الأخرى (مثل بصمة، أو كتلة، أو محرر.. إلخ) ومجددا عدد كبير من المصادر على الإنترنت قد وظفت جهودها في التعرف وفهرسة موتيفات هذه البروتينات.

تطور العائلة البروتينية 

وبالرجوع لإجماع الآراء، فالعائلة البروتينية تطورت بطريقتين.

أولا: الانفصال في الفصائل الأولى المنتجة للبروتين إلى فصيلتين منفصلتين جينيا الذي يسمح لجين أو بروتين ليستقبل تغيرات عديدة ناتجة من الطفرات في السلالتين. وهذا ينتج عائلة من البروتينات الأورثولوغية –بروتينات موجودة في فصيلة معينة ويوجد بروتينات مقابلة لها في فصيلة أخرى- وفي العادة تحتوي على تسلسل أحماض أمينية محفوظ في موتيفاتها.

ثانيا:عملية مضاعفة الجينات يمكن ان تنتج نسخة ثانية من الجين (تسمى بارالوغ –وهي الجينات التي تنحدر من اصل مشترك-) ولأن الجين الأصلي ما زل قادر على تأدية وظيفته، فإن الجين المضاعف له الحرية في المباعدة وإتخاذ وظيفة جديدة من خلال الطفرات العشوائية. هنالك جينات وعائلات بروتينية محددة خصوصا في الخلايا حقيقية النواة، تمر بالعديد من التوسع والتقلص خلال دورات التطور التي تمر بها، واحيانا بالاشتراك مع تضاعف الجينوم كاملا –مجموعة جينات الكائن الحي-. هذا التوسع أو التقلص في العائلة البروتينية هي الخاصية البارزة في تطور الجينوم، ولكن أهميتها وحصيلتها غير واضحة في الوقت الحالي.

أستخدام وأهمية العائلة البروتينية 
العدد الكلي للبروتينات معروفة تسلسل الأحماض الأمينية في تزايد وتوسع مجال التحليل البروتيني، وهناك جهود متزايدة لتنظيم البروتينات ووضعها ضمن عائلات ووصف محتوياتها من النطاقات والموتيفات. التعرف الموثوق على العائلات البروتينية مهم جدا في التحليل الفيلوجيني لهذه البروتينات، والوصف الوظيفي لهذه البروتينات، والتعرف على تنوع وظائف البروتينات في التشعب الفالوجيني الواحد. تقنية الوظيفة الأوليه للأنزيم (EFI) هو استخدام العائلات البروتينية والعائلات الخارقة كقاعدة لتطوير تسلسلات أحماض أمينية ووضع إستراتيجية بناءا على تركيت هذه التسلسلات لتوقع وظيفة الانزيمات غير المعروفة علة نطاق كبير.

اللوغاريثمية تعني إنشاء عائلة بروتينية على النطاق الواسع بناءا على ترقيم التشابه. وفي غالبية الوقت فإن التشابه الوحيد الذي نستطيع تحديده هو التشابه في تسلسل الأحماض الأمينية.

مصادر العائلات البروتينية 
هنالك العديد من قواعد البيانيات البيولوجية التي تسجل أمثلة على العائلات البروتينية وتسمح للمستخدم بمعرفة إذا ما تم التعرف على بروتينات جديدة تنتمي إلى عائلة معروفة.

وهذه بعض الأمثلة:•	Pfam: قاعدة بيانات العائلات البروتينية المرتبة والـ HMMs.•	PROSITE: قاعدة بيانات لنطاقات البروتين والعائلات والمواقع الوظيفية على البروتين.•	PIRSF: نظام لتصنيف العائلات الخارقة. •	PASS2: ترتيب البروتينات إلى عائلات خارقة بناءا على التركيب (v2 - PASS2@NCBS).•	العائلة الخارقة (SUPERFAMILY): مكتبة للـHMMS التي تمثل العائلات الخارقة وقاعدة البيانات للعائلات الخارقة والعائلات البروتينية والتي تم ترقيمها بناءا على التي تم اجاد تسلسل أحماضها الأمينية كاملا من الكائنات التي تنتجها.•	SCOP و CATH : تصنيف تركيب البروتينات إلى عائلات خارقة، وعائلات، ونطاقات متشابهة.

قواعد بيانات مشابه تتبع لوغاريثمية أخرى لتصنيف البروتينات، مثل:

 •	BLAST: تبحث في التشابه في تسلسل القواعد النيتروجينية في الجين المنتج للبروتين
 •	BLASTp: تبحث في التشابه في تسلسل الأحماض الأمينية المكونة للبروتين
 •	OrthoFinder: طريقة سريعة ودقيقة لايجاد البروتينات المتجمعة في عائلة واحدة (مجموعة الأورثو –orthogroups-)

انظر أيضا 
 عائلة جينية
 بنية البروتين
 نطاق بروتين
 تراصف تسلسلي

المراجع

روابط خارجية 

تصنيف البروتين
عائلات البروتين
معلوماتية حيوية
العائلة البروتينية هي مجموعة من البروتينات المربطة تطوريا . في اغلب الحالات العائلة البروتينية لدي ها عائلة جينات تمثل ها ، حيث ان كل جين يترجم إلى أحد البروتينات ب نسبة 1 . المصطلح « العائلة البروتينية » يجب ان يميز عن مصطلح عائلة المستخدم في علم التصنيف . البروتينات في العائلة المنحدرة من أصل مشترك في العادة تشترك في الشكل ثلاثي الابعاد ، والوظيفة ، و لدي ها تشاب ه هام في تسلسل الأحماض الأمينية المكونة للبروتين . من أهم التشابهات هو ال تشابه في تسلسل الأحماض الأمينية لأن ه مؤشر قاطع على التماثل و ب التالي مؤشر واضح على وجود أصل مشترك ل هٰذه البروتينات . هنالك نظام عمل متطور ب شكل جيد ل تقييم التشابهات المهمة بين مجموعة من التسلسلات و ذٰلك ب استخدام تقنية ترتيب التسلسل ( sequence alignment ) . البروتينات التي لا تمتلك أصلا مشتركا من المستبعد ان تظهر احصائيا تشاب ه في تسلسل أحماض هم الأمينية ، و ذٰلك يجعل تقنية ترتيب التسلسل أداة قوية في التعرف على أعضاء العائلة البروتينية . العائلات البروتينية أحيانا تكون مجتمعة في تحالف ( clades ) كبير يسمى العائلات الخارقة ( superfam ilies ) ، و تجتمع هذه العائلات بناءا على التشابهات التركيبية وال تشابه في ميكانيكية عمل ها حتى و إن لم يكن هنالك تماثل يمكن التعرف علي ه في تسلسل الأحماض الأمينية . حاليا تم التعرف على أكثر منعائلة بروتينية ، مع ذلك فإنن الغموض المحيط ب تعريف العائلة البروتينية قد قاد الباحثين إلى أرقام مختلفة ب شكل مهول . التسمية و الاستخدام مثل الكثير من المصطلحات البيولوجية ، استخدام مصطلح « العائلة البروتينية » يعتمد على سياق الكلام ، يمكن أن تدل على مجموعة كبيرة من البروتينات ذات اقل مستوى تشاب ه معروف بين تسلسل أحماض ها الأمينية ، أو مجموعة صغيرة من البروتينات تملك تسلسل احماض أمينية أو وظيفة أو شكل ثلاثي ال أبعاد أو مجموعات وظيفية شبه متماثلة . وللتمييز بين هذه المواقف يتم استخدام مصطلح « العائلة البروتينية الخارقة » للبروتينات ذات الأصل البعيد حيث أن تسلسل أحماض ها الأمينية غير م تشابه و لٰكن هذه البروتينات تشترك في الخصائص التركيبية فقط . بعض المصطلحات مثل صنف أو مجموعة أو عائلة ثانوية كانت قد صيغت عبر السنوات ، وجميع ها يعاني من الغموض في استخدام ها . الاستخدام الشائع هو أن « العائلة الخارقة » تستخدم ل التعبير عن البروتينات ذات التركيب المشترك و التي تهتوي على عائلات بروتينية تشترك في تسلسل الأحماض الأمينية و التي تحتوي على عائلات ثانوية . ل ذٰلك ف إن « العائلة الخارقة » ( superfam ilies ) مثل عائلة البروتويز ( proteases ) تحتوي على تسلسل أحماض أمينية محفوظة اقل ب كثير من العائلات الثانوية التي تحتوي ها مثل عائلة ال C04 . ان من المستبعد وجود تعريف يتفق علي ه و الأمر يرجع للقارئ ل تحديد معنى هذه المصطلحات ب النسبة للسياق الذي تستخدم في ه . نطاقات البروتين والمويفات مصطلح العائلة البروتينية تم صياغته عندما عان عدد البروتينات معروفة التركيب والتسلسل قليلة ، و في ذلك الوقت كانت البروتينات الصغيرة الأولية ذات النطاق الأحادي مثل الميوغلوبين والهيموغلوبين والسيتوكروم سي كانت معروفة ومفهومة التركيب . و منذ ذلك الوقت ، عرف ان العديد من البروتينات تتكون من العديد من الوحدات المستقلة بالتركيب والوظيفة وتسمى النطاقات . و ب سبب التعديل الذي طرأ على هذه النطاقات خلال عملية التطور ، ف إن العديد من نطاقات البروتين تطورت ب شكل مستقل عن النطاقات الأخرى . و ذٰلك أدى في السنوات الأخيرة للتركيز على النطاقات البروتينية الموجودة خلال العائلة البروتينية . عدد من المصادر على الإنترنت قد وظفت جهود ها ل التعرف وفهرسة هذه النطاقات ( انظر الروابط في نهاية المقال ) . يوجد أقاليم في هذه البروتينات تحتوي على عدة القيود الوظيفية ( و هي مواصفات غاية في الأهمية لتركيب ووظيفة البروتين ) . و على سبيل المثال الموقع النشط في الإنزيم يتطلب حمض أميني معين لينتصب ب دقة في موقع ه المحدد خلال تكوين الشكل الثلاثي ال أبعاد للبروتين . و من جهة أخرى ف إن واجهة ارتباط بروتين ب بروتين أخر قد تحتوي على سطح كبير مقيد من ناحية كاراهية الأحماض الأمينية ل الماء أو درجة ت أين هذه الأحماض الامينية المكونة ل هٰذه الواجهة . عمليا الأقاليم المقيدة في البروتين تتطور ب شكل أبطئ من الأقاليم غير المقيدة مثل حلقات الأسطح ، و التي تنتج كتلة مميزة من التسلسلات الأحماض الأمينية المحفوظة و التي عند مقارنة ها في العائلة البروتينية الواحدة ( انظر تقنية ترتيب التسلسلات المتعددة - multiple sequence alignment - ) . هذه الكتل يشار إلي ها ب اسم موتيف – جزء من البروتين و يكون أصغر من النطاق - و مع ذلك ف يتم استخدام العديد من المصطلحات الأخرى ( مثل بصمة ، أو كتلة ، أو محرر . . إلخ ) ومجددا عدد كبير من المصادر على الإنترنت قد وظفت جهود ها في التعرف وفهرسة موتيفات هذه البروتينات . تطور العائلة البروتينية وبالرجوع ل إجماع الآراء ، ف العائلة البروتينية تطورت بطريقتين . أولا : الانفصال في الفصائل الأولى المنتجة للبروتين إلى فصيلتين منفصلتين جينيا الذي يسمح لجين أو بروتين ليستقبل تغيرات عديدة ناتجة من الطفرات في السلالتين . و هٰذا ينتج عائلة من البروتينات الأورثولوغية – بروتينات موجودة في فصيلة معينة و يوجد بروتينات مقابلة ل ها في فصيلة أخرى - و في العادة تحتوي على تسلسل أحماض أمينية محفوظ في موتيفات ها . ثانيا : عملية مضاعفة الجينات يمكن ان تنتج نسخة ثانية من الجين ( تسمى بارالوغ – و هي الجينات التي تنحدر من اصل مشترك - ) و لأن الجين الأصلي ما زل قادر على تأدية وظيفة ه ، ف إن الجين المضاعف ل ه الحرية في المباعدة وإتخاذ وظيفة جديدة من خلال الطفرات العشوائية . هنالك جينات وعائلات بروتينية محددة خصوصا في الخلايا حقيقية ال نواة ، تمر بالعديد من التوسع والتقلص خلال دورات التطور التي تمر ب ها ، واحيانا ب الاشتراك مع تضاعف الجينوم كاملا – مجموعة جينات الكائن الحي - . هذا التوسع أو التقلص في العائلة البروتينية هي الخاصية البارزة في تطور الجينوم ، و لٰكن أهمية ها وحصيلة ها غير واضحة في الوقت الحالي . أستخدام و أهمية العائلة البروتينية العدد الكلي للبروتينات معروفة تسلسل الأحماض الأمينية في تزايد وتوسع مجال ال تحليل البروتيني ، و هناك جهود متزايدة لتنظيم البروتينات و وضع ها ضمن عائلات و وصف محتويات ها من النطاقات والموتيفات . التعرف الموثوق على العائلات البروتينية مهم جدا في ال تحليل الفيلوجيني ل هٰذه البروتينات ، والوصف الوظيفي ل هٰذه البروتينات ، والتعرف على تنوع وظائف البروتينات في التشعب الفالوجيني الواحد . تقنية الوظيفة الأولي ه للأنزيم ( EFI ) هو استخدام العائلات البروتينية والعائلات الخارقة ك قاعدة ل تطوير تسلسلات أحماض أمينية و وضع إستراتيجية بناءا على تركيت هذه التسلسلات لتوقع وظيفة الانزيمات غير المعروفة علة نطاق كبير . اللوغاريثمية تعني إنشاء عائلة بروتينية على النطاق الواسع بناءا على ترقيم ال تشابه . و في غالبية الوقت ف إن ال تشابه الوحيد الذي نستطيع تحديد ه هو ال تشابه في تسلسل الأحماض الأمينية . مصادر العائلات البروتينية هنالك العديد من قواعد البيانيات البيولوجية التي تسجل أمثلة على العائلات البروتينية و تسمح للمستخدم بمعرفة إذا ما تم التعرف على بروتينات جديدة تنتمي إلى عائلة معروفة . و هٰذه بعض ال أمثلة : • Pfam : قاعدة بيانات العائلات البروتينية المرتبة والـ H MMs . • PROSI TE : قاعدة بيانات لنطاقات البروتين والعائلات و المواقع الوظيفية على البروتين . • P IR SF : نظام لتصنيف العائلات الخارقة . • PA S S2 : ترتيب البروتينات إلى عائلات خارقة بناءا على التركيب ( v2 - PA S S 2@NCBS ) . • العائلة الخارقة ( SUPE RFA M I LY ) : مكتبة للـ HMMS التي تمثل العائلات الخارقة و قاعدة البيانات ل العائلات الخارقة والعائلات البروتينية و التي تم ترقيم ها بناءا على التي تم اجاد تسلسل أحماض ها الأمينية كاملا من الكائنات التي تنتج ها . • SCOP و CA T H\ : تصنيف تركيب البروتينات إلى عائلات خارقة ، وعائلات ، ونطاقات متشابهة . قواعد بيانات مشاب ه تتبع لوغاريثمية أخرى لتصنيف البروتينات ، مثل : • BLAST : تبحث في ال تشابه في تسلسل القواعد النيتروجينية في الجين المنتج للبروتين • B L A STp : تبحث في ال تشابه في تسلسل الأحماض الأمينية المكونة للبروتين • Orth o Finder : طريقة سريعة و دقيقة ل إيجاد البروتينات المتجمعة في عائلة واحدة ( مجموعة الأورثو – orthogro ups - ) انظر أيضا عائلة جينية بنية البروتين نطاق بروتين تراصف تسلسلي المراجع روابط خارجية تصنيف البروتين عائلات البروتين معلوماتية حيوية