إنزيم أسيتولاكتات سينثاز

إنزيم أسيتولاكتات سينثاز ( ALS ) (المعروف أيضًا باسم أسيتوهيدروكسي أسيد أو أسيتوهيدروكسي أسيد سينثاز ، اختصارًا AHAS ) ^{[ 2 ]} هو بروتين موجود في النباتات والكائنات الدقيقة. يحفز ALS الخطوة الأولى في تخليق الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة ( الفالين ، والليوسين ، والإيزوليوسين ). ^{[ 3 ]}

الببتيد المحفز لإنزيم ALS في نبات رشاد أذن الفأر ( Arabidopsis thaliana ) هو بروتين بلاستيدي يتكون من 670 حمضًا أمينيًا، تشكل آخر 615 منها الشكل النشط. يحتوي هذا البروتين على ثلاثة نطاقات رئيسية، حيث يحيط نطاق ربط NAD/FAD، الشبيه بنطاق DHS، بنطاقين من ثيامين بيروفوسفات . ^{[ 4 ]} في تصنيف SCOP، تُسمى هذه الوحدات الفرعية d1yhya1 وd1yhya2 وd1yhya3 من الطرف الأميني إلى الطرف الكربوكسيلي. ^{[ 5 ]}

تم تحديد بنية إنزيم أسيتولاكتات سينثاز المستخدم في الصورة الموجودة في هذه الصفحة باستخدام حيود الأشعة السينية عند 2.70 أنجستروم.

هناك خمسة روابط محددة تتفاعل مع هذا البروتين. هذه الروابط الخمسة مذكورة أدناه.

إن جزيء FAD المرتبط ليس عاملاً محفزاً.

إنزيم أسيتولاكتات سينثاز هو إنزيم محفز يشارك في التخليق الحيوي للعديد من الأحماض الأمينية. يحمل هذا الإنزيم رمز لجنة الإنزيمات 2.2.1.6، مما يعني أنه ناقل كيتولاز أو ناقل ألدولاز، وهو مصنف ضمن فئة ناقلات الأحماض الأمينية التي تنقل بقايا الألدهيد أو الكيتون. في هذه الحالة، يُعد أسيتولاكتات سينثاز ناقل كيتولاز، وهو إنزيم ذو شكلين: هدمي وبنائي. يعمل هذا الإنزيم على الكيتون ( البيروفات ) ويمكنه الانتقال ذهابًا وإيابًا في سلسلة الأيض. يوجد هذا الإنزيم في الإنسان والحيوان والنبات والبكتيريا. في النباتات، يتواجد في البلاستيدات الخضراء للمساعدة في العمليات الأيضية. ^{[ 4 ]} أما في خميرة الخباز، فيتواجد في الميتوكوندريا. ^{[ 6 ]} في العديد من التجارب، تبين أن سلالات متحولة من بكتيريا الإشريكية القولونية K-12 التي تفتقر إلى الإنزيم لم تكن قادرة على النمو في وجود الأسيتات أو الأوليات فقط كمصادر وحيدة للكربون. ^{[ 7 ]}

يوجد شكل هدمي لا يرتبط بـ FAD ( InterPro : IPR012782 ) في بعض البكتيريا. 

إنزيم أسيتولاكتات سينثاز، المعروف أيضًا باسم أسيتوهيدروكسي أسيد سينثاز، هو إنزيم يشارك بشكل خاص في تحويل البيروفات إلى أسيتولاكتات :

2 CH ₃ COCO − 2 → ⁻ O ₂ CC(OH)(CH ₃ )COCH ₃ + CO ₂

يستخدم هذا التفاعل بيروفوسفات الثيامين لربط جزيئي البيروفات. ويتحول الناتج، أسيتولاكتات، في النهاية إلى فالين أو ليوسين. وينتج عن تفاعل مماثل للبيروفات مع 2-أوكسوبوتانوات 2-أسيتو-2-هيدروكسي-بيوتيرات، وهو طليعة الإيزولوسين. جميع هذه الأحماض الأمينية الثلاثة أساسية ولا يستطيع جسم الإنسان تصنيعها. وهذا ما يفسر التسمية العامة للإنزيم: بيروفات: بيروفات أسيتالدهيد ترانسفيراز (مزيل الكربوكسيل) .

تُعدّ أربعة بقايا محددة مسؤولة عن النشاط التحفيزي في هذا الإنزيم. وهي مُدرجة هنا مع ذكر العوامل المساعدة المطلوبة بعدها.

يُدرج أدناه التسلسل الأولي لهذا البروتين في نبات الأرابيدوبسيس . الأحماض الأمينية المشاركة في النشاط التحفيزي مُظللة بخط غامق. يؤدي التحوير الجيني للحمض الأميني أسبارتيك 428، وهو ربيطة كربوكسيلية أساسية لأيون المغنيسيوم (Mg²⁺) في "نمط ThDP"، إلى انخفاض في ألفة إنزيم AHAS II لأيون المغنيسيوم (Mg²⁺). بينما يُظهر الطافر D428N ألفة لـ ThDP قريبة من ألفة النوع البري عند التشبع بأيون المغنيسيوم (Mg²⁺)، فإن الطافر D428E يُظهر ألفة منخفضة لـ ThDP. كما تؤدي هذه الطفرات إلى اعتماد الإنزيم على أيون البوتاسيوم (K⁺). ^{[ 8 ]}

> sp|P1759|86-667 TFISRFAPDQPRKGADILVEALERQGVETVFAYPGGASMEIHQALTRSSSIRNVLPRHEQGGVFAAEGYARSSGKPGICIATSGPGATNLVSGLADALLD SVPLVAITGQVPRRMIGTDAFQETPIVEVTRSITKHNYLVMDVEDIPRIIEEAFFLATSGRPGPVLVDVPKDIQQQLAIPNWEQAMRLPGYMSRMPKPPE DSHLEQIVRLISESKKPVLYVGGGCLNSSDELGRFVELTGIPVASTLMGLGSYPXDDELSLHMLGMHGTVYANYAVEHSDLLLAFGVRFDDRVTGKLEAF ASRAKIVHIDIDSAEIGKNKTPHVSVCGDVKLALQGMNKVLENRAEELKLDFGVWRNELNVQKQKFPLSFKTFGEAIPPQYAIKVLDELTDGKAIISTG V GQHQMWAAQFYNYKKPRQWLSSGGL G A M GFGLPAAIGASVANPDAIVVDIDGDGSFIMNVQELATIRVENLPVKVLLLNNQHLGMVMQWEDRFYKANRAH TFLGDPAQEDEIFPNMLLFAAACGIPAARVTKKADLREAIQTMLDTPGPYLLDVICP H QEHVLPMIPSGGTFNDVITEGDGR

بسبب التثبيط والعديد من العوامل، فإنها عملية بطيئة.

في نبات الأرابيدوبسيس، يرتبط سلسلتان من إنزيم ALS التحفيزي ( InterPro : IPR012846 ) بوحدتين فرعيتين تنظيميتين صغيرتين ( InterPro : IPR004789 )، هما AHASS2 و AHASS1 . ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} هذا الترتيب شائع في إنزيمات ALS البكتيرية وحقيقية النواة. وقد تم إثبات البنية غير المتجانسة في بكتيريا الإشريكية القولونية عام 1984، وفي حقيقيات النوى ( خميرة الخباز وفطر بورفيرا بوربوريا ) عام 1997. ^{[ 13 ]} تحتوي معظم البروتينات التنظيمية على نطاق ACT ( InterPro : IPR002912 )، وبعضها يحتوي على طرف كربوكسيلي شبيه بنطاق NiKR ( InterPro : IPR027271 ).    

في البكتيريا ( الإشريكية القولونية )، يتكون إنزيم أسيتولاكتات سينثاز من ثلاثة أزواج من الأشكال المتماثلة. يتضمن كل زوج وحدة فرعية كبيرة، يُعتقد أنها مسؤولة عن التحفيز ، ووحدة فرعية صغيرة للتثبيط الارتجاعي . يقع كل زوج من الوحدات الفرعية، أو ALS I وII وIII على التوالي، على أوبيرون خاص به ، وهو ilvBN وilvGM وilvIH (حيث ينظم ilvN الجين ilvB، والعكس صحيح). تشفر هذه الأوبيرونات مجتمعةً العديد من الإنزيمات المشاركة في التخليق الحيوي للأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة. يختلف التنظيم من أوبيرون لآخر. ^{[ 14 ]}

يشفر أوبيرون ilvGMEDA زوج الجينات ilvGM (ALS II) بالإضافة إلى ناقل أمين الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة (ilvE)، وديهايدراتاز الأحماض ثنائية الهيدروكسيل (ilvD)، ولياز أمونيا الثريونين (ilvA). ويتم تنظيمه عن طريق التثبيط الارتجاعي في صورة تثبيط النسخ . أي أن النسخ يقل في وجود نواتج المسار النهائية، وهي الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة.

يشفر أوبيرون ilvBNC زوج ilvBN (ALS I) وإنزيم مختزل الكيتول-حمض (ilvC). ويخضع لتنظيم مماثل، ولكنه خاص بالأيزولوسين واللوسين؛ ولا يؤثر الفالين عليه بشكل مباشر.

يتم تنشيط كل من الأوبيرونين ilvGMEDA و ilvBNC أثناء نقص الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة، وذلك عبر الآلية نفسها التي تثبطهما. ويتم تنظيم كل من هذين الأوبيرونين، بالإضافة إلى الأوبيرون الثالث ilvIH ، بواسطة البروتين المستجيب لليوسين (Lrp). ^{[ 15 ] [ 16 ]}

تُستخدم مثبطات إنزيم ALS كمبيدات أعشاب تعمل على حرمان النباتات المصابة تدريجيًا من هذه الأحماض الأمينية ، مما يؤدي في النهاية إلى تثبيط تخليق الحمض النووي. وتؤثر هذه المثبطات على الأعشاب والنباتات ثنائية الفلقة على حد سواء. وهي ليست فئة كيميائية، بل فئة من حيث آلية العمل ذات تركيبات كيميائية متنوعة. تشمل عائلة مثبطات إنزيم ALS السلفونيل يوريا، والإيميدازولينونات ، والتريازولوبيريميدينات (انظر فئة: التريازولوبيريميدينات )، وأوكسي بنزوات البيريميدينيل ، والسلفونيل أمينو كربونيل تريازولينونات . ^{[ 17 ]} اعتبارًا من مارس 2022تُعاني مثبطات إنزيم ALS من أسوأ مشكلة مقاومة معروفة بين جميع فئات مبيدات الأعشاب، حيث يوجد 169 نوعًا من النباتات المستهدفة المقاومة لها. ^{[ 18 ]} تختلف بنية مبيدات ALS اختلافًا جذريًا عن الركيزة الطبيعية ، ولذلك لا يرتبط أي منها بالموقع التحفيزي، بل بموقع خاص بتأثير المبيد. لذا، من المتوقع أن يكون لطفرات المقاومة تأثيرات متباينة على نشاط التحفيز الطبيعي لإنزيم ALS، إيجابية وسلبية ومحايدة. وكما هو متوقع، هذا ما أظهرته التجارب، بما في ذلك دراسة يو وآخرون (2007) التي وجدت مقاومة في نبات الشعير (Hordeum murinum) نتيجة استبدال البرولين بالسيرين في الحمض الأميني 197، مما يزيد من نشاط إنزيم ALS بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف. ^{[ 2 ]}

في دراسة الإشريكية القولونية ، تبين أن نطاق ربط FAD الخاص بـ ilvB يتفاعل مع ilvN وينشط إنزيم AHAS I. ^{[ 19 ]}

• إنزيم أسيتولاكتات سينثاز في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• مخطط راماشاندران