إنزيم فورميل ترانسفيراز فوسفوريبوزيل جليسيناميد

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

إنزيم فوسفوريبوزيل جليسيناميد فورميل ترانسفيراز ( EC 2.1.2.2 )، المعروف أيضًا باسم جليسيناميد ريبونوكليوتيد ترانسفورميلاز ( GAR Tfase )، [ 1 ] هو إنزيم يحمل الاسم النظامي 10-فورميل تتراهيدروفولات:5'-فوسفوريبوزيل جليسيناميد N-فورميل ترانسفيراز . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] يحفز هذا الإنزيم التفاعل الكيميائي التالي

يحفز هذا الإنزيم المعتمد على رباعي هيدروفولات تفاعل استبدال نيوكليوفيلي لمجموعة الفورميل من العامل المساعد 10-فورميل رباعي هيدروفولات إلى جليسيناميد ريبونوكليوتيد (GAR) لإنتاج فوسفوريبوزيل-N-فورميل جليسيناميد (fGAR). [ 5 ] يلعب هذا التفاعل دورًا هامًا في تكوين البيورينات عبر مسار التخليق الحيوي للبيورينات من الصفر . ينتج عن هذا المسار إينوزين أحادي الفوسفات (IMP)، وهو طليعة لأدينوزين أحادي الفوسفات (AMP) وجوانوزين أحادي الفوسفات (GMP). يُعد AMP لبنة أساسية لناقلات الطاقة المهمة مثل ATP و NAD + و FAD ، وجزيئات الإشارة مثل cAMP . ونظرًا لدور GARTfase في التخليق الحيوي للبيورينات من الصفر، فإنه يُعتبر هدفًا للأدوية المضادة للسرطان [ 6 ] ، كما رُبط فرط التعبير عنه خلال التطور بعد الولادة بمتلازمة داون . [ 7 ] يوجد نوعان معروفان من الجينات التي تشفر إنزيم GAR transformylase في بكتيريا الإشريكية القولونية : purN و purT، بينما يوجد purN فقط في البشر. [ 8 ] العديد من الأحماض الأمينية في الموقع النشط محفوظة عبر الإنزيمات البكتيرية والخميرية والطيرية والبشرية. [ 9 ]

بنية الإنزيم

بنية إنزيم GAR transformylase بألوان قوس قزح من N (أزرق) إلى C (أحمر). تم تمييز حلقة ارتباط حمض الفوليك باللون الأسود. يظهر ركيزة GAR (أحمر) ونظير THF (أزرق) في جيوب الارتباط. [ 10 ]

في البشر، يُعدّ إنزيم GARTfase جزءًا من إنزيم ثلاثي الوظائف ، يضم أيضًا إنزيم غليسيناميد ريبونوكليوتيد سينثاز ( GARS ) وإنزيم أمينوإيميدازول ريبونوكليوتيد سينثاز ( AIRS ). يحفز هذا البروتين (110 كيلو دالتون) الخطوات 2 و3 و5 من عملية التخليق الحيوي للبيورينات من الصفر. يساهم تقارب وحدات الإنزيم هذه ومرونة البروتين في زيادة إنتاجية المسار. يقع إنزيم GARTfase في الطرف الكربوكسيلي للبروتين. [ 11 ]

تم بلورة إنزيم GARTfase البشري باستخدام طريقة التبلور بالانتشار البخاري، وتم تصويره في مختبر ستانفورد للإشعاع السنكروتروني (SSRL) بواسطة مجموعتين بحثيتين على الأقل. [ 1 ] [ 6 ]

يمكن وصف البنية بنطاقين فرعيين متصلين بصفيحة بيتا سباعية الخيوط. يتكون النطاق الطرفي الأميني من طية أحادية النوكليوتيد من نوع روسمان، حيث يحيط جزء رباعي الخيوط من صفيحة بيتا من كل جانب بحلزونين ألفا. تمتد صفيحة بيتا إلى النطاق الطرفي الكربوكسيلي، حيث يُغطى أحد جانبيه بحلزون ألفا طويل، بينما يكون الجانب الآخر معرضًا جزئيًا للمذيب. يقع الموقع النشط في الشق بين النطاقين الفرعيين. [ 9 ]

يتكون الشق من موقع ارتباط GAR وجيب ارتباط الفولات. ويُحدَّد جيب ارتباط الفولات بشق ارتباط البتريدين، ومنطقة نقل الفورميل، ومنطقة بنزويل جلوتامات التي ترتبط برأس البتريدين وذيل بنزويل جلوتامات متصلين بذرة نيتروجين مرتبطة بالفورميل من fTHF. وقد حظيت منطقة ارتباط الفولات هذه باهتمام بحثي كبير، إذ أدى تثبيطها بواسطة جزيئات صغيرة إلى اكتشاف أدوية مضادة للأورام. وقد ثبت أن حلقة ارتباط الفولات تُغير بنيتها تبعًا لدرجة حموضة المحلول، ولذلك يُظهر إنزيم GAR ترانسفورميلاز البشري أعلى نشاط له عند درجة حموضة تتراوح بين 7.5 و8. كما تُغير ظروف درجة الحموضة المنخفضة (حوالي 4.2) بنية حلقات ارتباط الركيزة (GAR) أيضًا. [ 1 ]

الآلية

آلية إنتاج إنزيم PRN GARTfase

آلية مساعدة الماء بواسطة إنزيم GAR transformylase كما اقترحها كياو وآخرون

اقترح كلاين وزملاؤه آليةً بمساعدة جزيء الماء. يقوم جزيء ماء واحد، ربما مثبتًا برابطة هيدروجينية مع مجموعة الكربوكسيلات لبقايا Asp144 الثابتة، بنقل البروتونات من GAR-N إلى THF-N. يهاجم النيتروجين النيوكليوفيلي الموجود على مجموعة الأمين الطرفية لـ GAR ذرة الكربون الكربونيلي لمجموعة الفورميل في THF، دافعًا الشحنة السالبة إلى الأكسجين. يقترح كلاين أن His108 يُثبّت الحالة الانتقالية برابطة هيدروجينية مع الأكسجين سالب الشحنة، وأن إعادة تكوين الرابطة المزدوجة الكربونيلية تؤدي إلى كسر الرابطة بين THF-N والفورميل. تشير حسابات كياو وزملاؤه إلى أن نقل البروتون التدريجي بمساعدة الماء من Gar-N إلى THF-N أكثر تفضيلًا بمقدار 80-100 كيلوجول/مول من النقل المتزامن الذي اقترحه كلاين. الآلية الموضحة هي من اقتراح كياو وزملاؤه، الذين أقروا بأنهم لم يأخذوا في الاعتبار البقايا المحيطة في حساباتهم. [ 12 ] [ 13 ] تم تحديد معظم مواقع الارتباط النشطة المبكرة على إنزيم GAR TFase باستخدام الإنزيم البكتيري نظرًا للكمية المتوفرة منه نتيجة الإفراط في التعبير عنه في بكتيريا الإشريكية القولونية . [ 14 ] باستخدام نظير بروموأسيتيل ديديازافولات ذي الألفة العالية، حدد جيمس إنجليز وزملاؤه لأول مرة Asp144 كبقايا في الموقع النشط يُحتمل أن تكون متورطة في آلية نقل الفورميل. [ 15 ]

آلية عمل إنزيم GRAT

أظهرت دراسات أجريت على متغير purT من إنزيم GAR transformylase في بكتيريا الإشريكية القولونية أن التفاعل يتم عبر وسيط فوسفات الفورميل. وبينما يمكن أن يحدث التفاعل في المختبر دون استخدام رباعي هيدروفوران (THF)، فإن التفاعل في الجسم الحي يبقى نفسه بشكل عام. [ 16 ]

المشاركة في التخليق الحيوي للبيورين من الصفر

يحفز إنزيم GART الخطوة الثالثة في عملية التخليق الحيوي للبيورينات من الصفر ، وهي تكوين N2- فورميل- N1- (5-فوسفور-D-ريبوزيل)جليسيناميد (fGAR) عن طريق إضافة الفورميل إلى N1- ( 5-فوسفور-D-ريبوزيل)جليسيناميد (GAR). [ 4 ] في بكتيريا الإشريكية القولونية ، يُعد إنزيم purN بروتينًا بوزن 23 كيلو دالتون [ 17 ] ، بينما في البشر، فهو جزء من بروتين ثلاثي الوظائف بوزن 110 كيلو دالتون، والذي يتضمن وظائف AIRS وGARS. [ 11 ] يحفز هذا البروتين ثلاث خطوات مختلفة من مسار التخليق الحيوي للبيورينات من الصفر .

أهمية المرض

هدف السرطان

نظراً لارتفاع معدل نمو الخلايا السرطانية ومتطلباتها الأيضية، فإنها تعتمد على التخليق الحيوي للنيوكليوتيدات من الصفر لتوفير مستويات AMP وGMP اللازمة. [ 18 ] إن القدرة على تثبيط أي خطوة من خطوات مسار البيورين من الصفر من شأنها أن تُحدث انخفاضاً ملحوظاً في نمو الورم. وقد أُجريت دراسات على كلٍ من موقع ارتباط الركيزة [ 19 ] وموقع ارتباط حمض الفوليك [ 20 ] بهدف إيجاد مثبطات.

متلازمة داون

يُشتبه في ارتباط إنزيم GARTfase بمتلازمة داون. يقع الجين المُشفِّر للبروتين البشري ثلاثي الوظائف GARS-AIRS-GART على الكروموسوم 21q22.1، في المنطقة الحرجة لمتلازمة داون. يُفرط في التعبير عن هذا البروتين في المخيخ خلال التطور ما بعد الولادة للأفراد المصابين بمتلازمة داون. عادةً، لا يُمكن الكشف عن هذا البروتين في المخيخ بعد الولادة بفترة وجيزة، ولكنه يُوجد بمستويات عالية خلال التطور قبل الولادة. [ 7 ] [ 21 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 Zhang Y, Desharnais J, Greasley SE, Beardsley GP, Boger DL, Wilson IA (ديسمبر 2002). "البنية البلورية لإنزيم GAR Tfase البشري عند درجة حموضة منخفضة وعالية ومع الركيزة بيتا-GAR". الكيمياء الحيوية . 41 (48): 14206-14215 . doi : 10.1021/bi020522m . PMID 12450384 . 
  2. ↑ هارتمان إس سي، بوكانان جيه إم (يوليو 1959). "التخليق الحيوي للبيورينات. السادس والعشرون. تحديد مانحات الفورميل لتفاعلات التحويل" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 234 (7): 1812-1816 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)69931-4 . PMID 13672969 . 
  3. ↑ سميث جي كي، بنكوفيتش بي إيه، بنكوفيتش إس جيه (يوليو 1981). "إن L(-)-10-فورميل تتراهيدروفولات هو العامل المساعد لإنزيم غليسيناميد ريبونوكليوتيد ترانسفورميلاز من كبد الدجاج". الكيمياء الحيوية . 20 (14): 4034-4036 . doi : 10.1021/bi00517a013 . PMID 7284307 . 
  4. 1 2 وارن إل، بوكانان جيه إم (ديسمبر 1957). "التخليق الحيوي للبيورينات. التاسع عشر. 2-أمينو-إن-ريبوزيل أسيتاميد 5'-فوسفات (جليسيناميد ريبوتيد) ترانسفورميلاز" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 229 (2): 613-26 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)63669-0 . PMID 13502326 . 
  5. ↑ ماكموري، ج. وتادج، ب. الكيمياء العضوية للمسارات البيولوجية
  6. 1 2 كونلي إس، ديمارتينو جيه كيه، بوغر دي إل، ويلسون آي إيه (يوليو 2013). "التقييم البيولوجي والبنيوي لـ 10R- و10S-ميثيلثيو-DDACTHF يكشف عن دور جديد للكبريت في تثبيط إنزيم غليسيناميد ريبونوكليوتيد ترانسفورميلاز" . الكيمياء الحيوية . 52 (30): 5133-44 . doi : 10.1021/bi4005182 . PMC 3823235. PMID 23869564 .  
  7. بانيرجي د ، نانداجوبال ك (ديسمبر 2007). "التفاعل المحتمل بين جين GARS-AIRS-GART وعامل النسخ CP2/LBP-1c/LSF في مرض الزهايمر المرتبط بمتلازمة داون" . علم الأحياء العصبي الخلوي والجزيئي . 27 (8): 1117-1126 . doi : 10.1007/s10571-007-9217-2 . PMC 11517324. PMID 17902044 .  
  8. ↑ نيغارد، ب.، وسميث، ج. م. (يونيو 1993). "دليل على وجود إنزيم تحويل ريبونوكليوتيد غليسيناميد جديد في الإشريكية القولونية" . مجلة علم البكتيريا . 175 (11): 3591-3597 . doi : 10.1128/jb.175.11.3591-3597.1993 . PMC 204760. PMID 8501063 .  
  9. 1 2 تشين ب، شولز-غاهمن يو، ستورا إي إيه، إنجليز جيه، جونسون دي إل، ماروليفسكي إيه، بنكوفيتش إس جيه، ويلسون آي إيه (سبتمبر 1992). "البنية البلورية لإنزيم غليسيناميد ريبونوكليوتيد ترانسفورميلاز من الإشريكية القولونية بدقة 3.0 أنغستروم. إنزيم مستهدف للعلاج الكيميائي". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 227 (1): 283-292 . doi : 10.1016/0022-2836(92)90698-j . PMID 1522592 . 
  10. ↑ Zhang, Y., Desharnais, J., Boger, DL, Wilson, IA (2005) "بنية معقد GAR Tfase البشري مع 10-(ثلاثي فلورو أسيتيل)-5،10-ثنائي ديازاسيكليك-5،6،7،8-حمض رباعي هيدروفوليك والركيزة بيتا-GAR." غير منشور. PDB: 1RBY .
  11. 1 2 ويلين إم، غروسمان جي جي، فلودين إس، نيمان تي، ستينمارك بي، تريسوغ إل، كوتنيوفا تي، يوهانسون آي، نوردلوند بي، ليهتيو إل (نوفمبر 2010). "الدراسات الهيكلية لـ GART البشري ثلاثي الوظائف" . أبحاث الأحماض النووية . 38 (20): 7308–19 . دوى : 10.1093/nar/gkq595 . بمك 2978367 . بميد 20631005 .  
  12. ↑ كلاين سي، تشين بي، أريفالو جيه إتش، ستورا إي إيه، ماروليفسكي إيه، وارين إم إس، بينكوفيتش إس جيه، ويلسون آي إيه (مايو 1995). "نحو تصميم الأدوية القائم على البنية: البنية البلورية لمركب متعدد الركائز من إنزيم غليسيناميد ريبونوكليوتيد ترانسفورميلاز بدقة 1.96 أنغستروم". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 249 (1): 153-175 . doi : 10.1006/jmbi.1995.0286 . PMID 7776369 . 
  13. ↑ تشياو كيو إيه، جين واي، يانغ سي، تشانغ زد، وانغ إم (ديسمبر 2005). "دراسة كيميائية كمية لآلية عمل مثبط إنزيم ترانسفورميلاز ريبونوكليوتيد الغليسيناميد: حمض 10-فورميل-5،8،10-ترايديازافوليك". الكيمياء الفيزيائية الحيوية . 118 ( 2-3 ): 78-83 . doi : 10.1016/j.bpc.2005.07.001 . PMID 16198047 . 
  14. ↑ إنجليز جيه، جونسون دي إل، شياو إيه، سميث جيه إم، بنكوفيتش إس جيه (فبراير 1990). "الاستنساخ الفرعي، والتمييز، ووسم التقارب لإنزيم تحويل الريبونوكليوتيد غليسيناميد في الإشريكية القولونية". الكيمياء الحيوية . 29 (6): 1436-1443 . doi : 10.1021/bi00458a014 . PMID 2185839 . 
  15. ↑ إنجليز جيه، سميث جيه إم، بنكوفيتش إس جيه (يوليو 1990). "تحديد الموقع النشط والطفرات الموجهة للموقع لإنزيم غليسيناميد ريبونوكليوتيد ترانسفورميلاز من الإشريكية القولونية". الكيمياء الحيوية . 29 (28): 6678-87 . doi : 10.1021/bi00480a018 . PMID 2204419 . 
  16. ↑ ماروليفسكي إيه إي، ماتيا كيه إم، وارين إم إس، بنكوفيتش إس جيه (يونيو 1997). "فوسفات الفورميل: وسيط مقترح في التفاعل المحفز بواسطة إنزيم التحويل PurT GAR في الإشريكية القولونية". الكيمياء الحيوية . 36 (22): 6709-16 . doi : 10.1021/bi962961p . PMID 9184151 . 
  17. ↑ نيكسون إيه إي، بينكوفيتش إس جيه (مايو 2000). "تحسين كفاءة نقل الفورميل بواسطة إنزيم هجين من نوع GAR ترانسفورميلاز" . هندسة البروتين . 13 (5): 323-327 . doi : 10.1093/protein/13.5.323 . PMID 10835105 . 
  18. ↑ تونغ إكس، تشاو إف، طومسون سي بي (فبراير 2009). "المحددات الجزيئية لتخليق النيوكليوتيدات من الصفر في الخلايا السرطانية" . الرأي الحالي في علم الوراثة والتطور . 19 (1): 32-37 . doi : 10.1016/j.gde.2009.01.002 . PMC 2707261. PMID 19201187 .  
  19. ↑ أنتيل، في. دي.، دونات، ن.، هوا، م.، لياو، ب. ل.، فينس، ر.، كاربيريلي، ك. أ. (أكتوبر 1999). "تخصص الركيزة لإنزيم تحويل ريبونوكليوتيد الغليسيناميد البشري". أرشيف الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية . 370 (2): 231-235 . doi : 10.1006/abbi.1999.1428 . PMID 10577357 . 
  20. ↑ كوستي إم بي، فيراري إس (يونيو 2001). "تحديث حول أهداف الأدوية المضادة للفولات". أهداف الأدوية الحالية . 2 (2): 135-166 . doi : 10.2174/1389450013348669 . hdl : 11380/15194 . PMID 11469716 . 
  21. ↑ برودسكي جي، بارنز تي، بليسكان جيه، بيكر إل، كوكس إم، باترسون دي (نوفمبر 1997). "يشفر جين GARS-AIRS-GART البشري بروتينين يتم التعبير عنهما بشكل مختلف أثناء نمو الدماغ البشري، ويتم التعبير عنهما بشكل مفرط مؤقتًا في مخيخ الأفراد المصابين بمتلازمة داون" . علم الوراثة الجزيئية البشرية . 6 (12): 2043-2050 . doi : 10.1093/hmg/6.12.2043 . PMID 9328467 .