نازعة هيدروجين الغلوتامات

إنزيم نازع هيدروجين الغلوتامات (GLDH، GDH) هو إنزيم موجود في كل من بدائيات النوى وميتوكوندريا حقيقيات النوى . ينتج عن التفاعل المذكور الأمونيا، التي تُعالج في حقيقيات النوى كركيزة في دورة اليوريا . عادةً، لا يحدث تفاعل تحويل ألفا-كيتوغلوتارات إلى غلوتامات في الثدييات، لأن توازن نازع هيدروجين الغلوتامات يميل إلى إنتاج الأمونيا وألفا-كيتوغلوتارات. كما يتميز نازع هيدروجين الغلوتامات بانخفاض ألفته للأمونيا ( ثابت ميكايليس مرتفع).${\displaystyle K_{m}}$(حوالي 1 ملي مولار)، وبالتالي يجب أن تكون مستويات الأمونيا سامة في الجسم لحدوث التفاعل العكسي (أي تحويل ألفا-كيتوغلوتارات والأمونيا إلى غلوتامات وNAD(P)+). في الدماغ، تشجع نسبة NAD+/NADH في ميتوكوندريا الدماغ على نزع الأمين التأكسدي (أي تحويل الغلوتامات إلى ألفا-كيتوغلوتارات والأمونيا). ^{[ 1 ]} في البكتيريا، يتم استيعاب الأمونيا في الأحماض الأمينية عبر الغلوتامات وإنزيمات ناقلة الأمين. ^{[ 2 ]} في النباتات، يمكن للإنزيم أن يعمل في كلا الاتجاهين اعتمادًا على البيئة والإجهاد. ^{[ 3 ] [ 4 ]} تتميز النباتات المعدلة وراثيًا التي تُنتج إنزيمات GLDH الميكروبية بتحسن في تحمل مبيدات الأعشاب ونقص المياه والعدوى المرضية. ^{[ 5 ]} كما أنها أكثر قيمة غذائية. ^{[ 6 ]}

يمثل هذا الإنزيم حلقة وصل أساسية بين مسارات الهدم والبناء ، ولذلك فهو موجود في جميع حقيقيات النوى. في البشر، تُسمى الجينات ذات الصلة GLUD1 ( نازعة هيدروجين الغلوتامات 1) و GLUD2 (نازعة هيدروجين الغلوتامات 2)، كما يوجد أيضًا ما لا يقل عن خمسة جينات كاذبة لـ GLDH في الجينوم البشري . ^{[ 7 ]}

يحفز الإنزيم التفاعل العكسي: ^{[ 8 ]}

حمض الجلوتاميك

+ NADP ⁺

 

 

H ₂ O

NH ₃

H ₂ O

NH ₃

 

حمض ألفا كيتوغلوتاريك

+ NADPH

 

يمكن قياس إنزيم GLDH في المختبرات الطبية لتقييم وظائف الكبد. تشير المستويات المرتفعة من GLDH في مصل الدم إلى تلف الكبد، ويلعب هذا الإنزيم دورًا هامًا في التشخيص التفريقي لأمراض الكبد، خاصةً عند قياسه مع إنزيمات ناقلة الأمين . يتمركز إنزيم GLDH في الميتوكوندريا ، ولذلك لا يُفرز عمليًا في أمراض الكبد الالتهابية العامة، مثل التهاب الكبد الفيروسي. تتميز أمراض الكبد التي يكون فيها نخر الخلايا الكبدية هو الحدث السائد، مثل تلف الكبد السمي أو مرض الكبد الناتج عن نقص الأكسجة، بارتفاع مستويات GLDH في مصل الدم. يُعد GLDH مهمًا للتمييز بين التهاب الكبد الفيروسي الحاد ونخر الكبد السمي الحاد أو مرض الكبد الناتج عن نقص الأكسجة الحاد، خاصةً في حالة تلف الكبد المصحوب بارتفاع شديد في إنزيمات ناقلة الأمين. في التجارب السريرية ، يمكن استخدام GLDH كمقياس لسلامة الدواء.

يمكن استخدام اختبار المقايسة المناعية الإنزيمية (EIA) لإنزيم نازعة هيدروجين الغلوتامات (GDH) كأداة فحص للمرضى المصابين بعدوى المطثية العسيرة . يُعبَّر عن هذا الإنزيم بشكل دائم في معظم سلالات المطثية العسيرة، وبالتالي يمكن الكشف عنه بسهولة في البراز. ويتم تأكيد التشخيص عادةً بإجراء اختبار EIA لاحق للكشف عن سموم المطثية العسيرة A وB.

يُعدّ NAD ⁺ (أو NADP ⁺ ) عاملًا مساعدًا لتفاعل نازعة هيدروجين الغلوتامات، حيث ينتج عنه ألفا-كيتوغلوتارات والأمونيوم كمنتج ثانوي. ^{[ 4 ] [ 9 ]}

بناءً على العامل المساعد المستخدم، تُقسم إنزيمات نازعة هيدروجين الغلوتامات إلى الفئات الثلاث التالية:

• EC 1.4.1.2: L-غلوتامات + H2O ₊ NAD ⁺${\displaystyle \rightleftharpoons }$2-أوكسوغلوتارات + NH3 ₊ NADH + H ⁺
• EC 1.4.1.3: L-glutamate + H ₂ O + NAD(P) ⁺${\displaystyle \rightleftharpoons }$2-أوكسوجلوتارات + NH ₃ + NAD(P)H + H ⁺
• EC 1.4.1.4: L-glutamate + H ₂ O + NADP ⁺${\displaystyle \rightleftharpoons }$2-أوكسوغلوتارات + NH3 ₊ NADPH + H ⁺

يتم دمج الأمونيا في الحيوانات والكائنات الدقيقة من خلال عمل إنزيمات نازعة هيدروجين الغلوتامات وسينثيتاز الغلوتامين . يلعب الغلوتامات دورًا محوريًا في تدفق النيتروجين لدى الثدييات والكائنات الدقيقة، حيث يعمل كمصدر ومستقبل للنيتروجين.

في البشر، يُنظَّم نشاط إنزيم غلوتامات ديهيدروجينيز عبر عملية إضافة مجموعة ADP-ريبوزيل ، وهي تعديل تساهمي يُجريه جين sirt4 . ويخف هذا التنظيم استجابةً لتقييد السعرات الحرارية وانخفاض مستوى سكر الدم . في هذه الظروف، يرتفع نشاط إنزيم غلوتامات ديهيدروجينيز لزيادة كمية ألفا-كيتوغلوتارات المُنتَجة، والتي تُستخدم لتوفير الطاقة من خلال دخولها في دورة حمض الستريك لإنتاج جزيئات ATP في نهاية المطاف .

في الميكروبات، يتم التحكم في النشاط عن طريق تركيز الأمونيوم أو أيون الروبيديوم ذي الحجم المماثل، والذي يرتبط بموقع ألوستيري على GLDH ويغير قيمة K _m ( ثابت ميكايليس ) للإنزيم. ^{[ 10 ]}

يُعدّ التحكم في إنزيم GLDH عبر عملية إضافة مجموعة ADP-ribose ذا أهمية خاصة في خلايا بيتا المنتجة للأنسولين . تفرز خلايا بيتا الأنسولين استجابةً لزيادة نسبة ATP إلى ADP ، وعندما يُحلّل إنزيم GLDH الأحماض الأمينية إلى ألفا-كيتوغلوتارات، ترتفع هذه النسبة، ما يؤدي إلى زيادة إفراز الأنسولين. يُعدّ SIRT4 ضروريًا لتنظيم استقلاب الأحماض الأمينية كوسيلة للتحكم في إفراز الأنسولين وتنظيم مستويات سكر الدم.

اكتشف كارل فريدن في أواخر الخمسينيات وأوائل الستينيات من القرن الماضي أن إنزيم نازع هيدروجين الغلوتامات في كبد الأبقار يُنظَّم بواسطة النيوكليوتيدات. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} إضافةً إلى وصفه لتأثيرات النيوكليوتيدات مثل ADP وATP وGTP، فقد وصف بالتفصيل السلوك الحركي المختلف لـ NADH وNADPH. وبذلك، كان هذا الإنزيم من أوائل الإنزيمات التي أظهرت ما وُصف لاحقًا بالسلوك التغايري. ^{[ 15 ]}

لطالما عُرف تنشيط إنزيم نازع هيدروجين الغلوتامات (GDH) في الثدييات بواسطة الليوسين وبعض الأحماض الأمينية الكارهة للماء الأخرى، ^{[ 16 ]} إلا أن موقع الارتباط لم يكن واضحًا. ومؤخرًا فقط، تم تحديد موقع الارتباط التغايري الجديد لليوسين في إنزيم ثديي. ^{[ 17 ]}

تؤدي الطفرات التي تغير موقع الارتباط التآزري لـ GTP إلى التنشيط الدائم لإنزيم نازعة هيدروجين الجلوتامات، وتؤدي إلى متلازمة فرط الأنسولين وفرط أمونيا الدم .

التنظيم التآزري :

قد يستخدم هذا البروتين نموذج المورفين للتنظيم التآزري . ^{[ 9 ] [ 18 ]}

المثبطات الألوستيرية:

• غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) ^{[ 19 ]}
• أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ^{[ 19 ]}
• بالميتويل-CoA ^{[ 19 ]}
• Zn ²⁺

المنشطات:

• أدينوسين ثنائي الفوسفات (ADP) ^{[ 17 ]}
• الليوسين ^{[ 17 ]}
• ل-أيزولوسين
• ل-فالين
• ثنائي فوسفات الغوانوزين

مثبطات أخرى:

• EGCG ^{[ 20 ]}

بالإضافة إلى ذلك، يُظهر إنزيم GLDH في الفئران تثبيطًا للركيزة، حيث ينخفض ​​نشاط GLDH عند تركيزات عالية من الغلوتامات. ^{[ 9 ]}

يُنتج البشر الإنزيمات المتماثلة التالية من نازعة هيدروجين الغلوتامات :

• التفاعلات التجديدية

• إنزيم غلوتامات+ديهيدروجينيز في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب