نظام انقسام الجلايسين

يُعرف نظام انشطار الجليسين ( GCS ) أيضًا باسم مُركّب ديكاربوكسيلاز الجليسين ( GDC ). يتألف هذا النظام من سلسلة من الإنزيمات التي تُفعّل استجابةً لتركيزات عالية من حمض الجليسين الأميني . ^{[ 1 ]} يُشار أحيانًا إلى نفس مجموعة الإنزيمات باسم مُركّب الجليسين سينثاز عندما تعمل في الاتجاه المعاكس لتكوين الجليسين. ^{[ 2 ]} يتكون نظام انشطار الجليسين من أربعة بروتينات: البروتين T، والبروتين P، والبروتين L، والبروتين H. لا تُشكّل هذه البروتينات مُركّبًا مُستقرًا، ^{[ 3 ]} لذا من الأنسب تسميته "نظامًا" بدلًا من "مُركّبًا". يُعدّ البروتين H مسؤولًا عن التفاعل مع البروتينات الثلاثة الأخرى، ويعمل كناقل لبعض النواتج الوسيطة في عملية نزع كربوكسيل الجليسين. ^{[ 2 ]} في كل من الحيوانات والنباتات، يرتبط نظام تحلل الجليسين ارتباطًا ضعيفًا بالغشاء الداخلي للميتوكوندريا. وترتبط الطفرات في هذا النظام الإنزيمي باعتلال الدماغ الناتج عن الجليسين . ^{[ 2 ]}

في النباتات والحيوانات والبكتيريا، يحفز نظام انشطار الجليسين التفاعل العكسي التالي:

جلايسين + حمض الفوليك H4 ₊ NAD ⁺ ↔ 5,10-ميثيلين- حمض الفوليك _{H4 + CO2} + NH3 ₊ NADH + H ⁺

في التفاعل الإنزيمي، يُنشّط البروتين H البروتين P، الذي يحفز نزع الكربوكسيل من الجلايسين ويربط الجزيء الوسيط بالبروتين H ليتم نقله إلى البروتين T. ^{[ 4 ] [ 5 ]} يُشكّل البروتين H مُركّبًا مع البروتين T يستخدم رباعي هيدروفولات وينتج عنه الأمونيا و5،10 -ميثيلين رباعي هيدروفولات . بعد التفاعل مع البروتين T، يتبقى في البروتين H مجموعتان من الثيول مُختزلتان بالكامل في مجموعة الليبوات . ^{[ 6 ]} يُعاد تكوين نظام بروتين الجلايسين عندما يتأكسد البروتين H لإعادة تكوين رابطة ثنائي الكبريتيد في الموقع النشط من خلال التفاعل مع البروتين L، الذي يُختزل NAD ⁺ إلى NADH وH ⁺ .

عند اقترانه بإنزيم سيرين هيدروكسي ميثيل ترانسفيراز ، يصبح التفاعل الكلي لنظام انشطار الجليسين كما يلي:

2 جليكاين + NAD ⁺ + H2O _→ سيرين + CO ₂ + NH ₃ + NADH + H ⁺

في الإنسان ومعظم الفقاريات، يُعد نظام انشطار الجلايسين جزءًا من مسار هدم الجلايسين والسيرين الأكثر بروزًا. ويعود ذلك في جزء كبير منه إلى تكوين 5،10-ميثيلين تتراهيدروفولات ، وهو أحد مانحي ذرة الكربون _{الأحادي القلائل} في عملية التخليق الحيوي. ^{[ 2 ]} في هذه الحالة ، يمكن نقل مجموعة الميثيل الناتجة عن هدم الجلايسين إلى جزيئات رئيسية أخرى مثل البيورينات والميثيونين .

يُعدّ هذا التفاعل، وبالتالي نظام تحلل الجليسين، ضروريًا للتنفس الضوئي في نباتات C3 _. يقوم نظام تحلل الجليسين بتحويل الجليسين، الناتج عن مُنتَج ثانوي غير مرغوب فيه لدورة كالفن ، إلى سيرين يُمكنه العودة إلى الدورة. يتم استيعاب الأمونيا الناتجة عن نظام تحلل الجليسين بواسطة دورة سينثيتاز الجلوتامين - أوكسوجلوتارات أمينوترانسفيراز الجلوتامين ، ولكنها تُكلّف الخلية جزيء ATP واحدًا وجزيء NADPH واحدًا . يكمن الجانب الإيجابي في إنتاج _{جزيء CO2 واحد مقابل كل جزيئين O2} يتم امتصاصهما عن طريق الخطأ من قِبل الخلية، مما يُضيف قيمة إلى دورة مُستنزفة للطاقة. تُشكّل البروتينات المُشاركة في هذه التفاعلات مجتمعةً حوالي نصف البروتينات الموجودة في الميتوكوندريا في أوراق السبانخ والبازلاء . ^{[ 3 ]} يتواجد نظام تحلل الجليسين باستمرار في أوراق النباتات، ولكن بكميات ضئيلة حتى تتعرض للضوء. خلال ذروة عملية التمثيل الضوئي، يزداد تركيز نظام انشطار الجليسين عشرة أضعاف. ^{[ 7 ]}

في البكتيريا اللاهوائية، مثل كلوستريديوم أسيديوريسي ، يسير نظام انشطار الجليسين في الغالب باتجاه تخليق الجليسين. ورغم أن تخليق الجليسين عبر نظام الانشطار ممكنٌ نظرًا لانعكاسية التفاعل الكلي، إلا أنه لا يُلاحظ بسهولة في الحيوانات. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

اعتلال الدماغ الناتج عن الجلايسين ، والمعروف أيضًا باسم فرط جلايسين الدم غير الكيتوني (NKH)، هو اضطراب أولي في نظام تحلل الجلايسين، ينتج عن انخفاض وظيفة هذا النظام مما يؤدي إلى زيادة مستويات الجلايسين في سوائل الجسم. وقد رُبط هذا المرض سريريًا بنظام تحلل الجلايسين لأول مرة عام 1969. ^{[ 10 ]} أظهرت الدراسات المبكرة ارتفاع مستويات الجلايسين في الدم والبول والسائل النخاعي. وأظهرت الأبحاث الأولية باستخدام وسم الكربون انخفاضًا في مستويات ثاني أكسيد الكربون _وإنتاج السيرين في الكبد، مما يشير مباشرةً إلى قصور في تفاعل تحلل الجلايسين. ^{[ 11 ]} وأظهرت أبحاث لاحقة أن الحذف والطفرات في المنطقة 5' من البروتين P هي الأسباب الوراثية الرئيسية لفرط جلايسين الدم غير الكيتوني. ^{[ 12 ]} في حالات نادرة، وُجد أن طفرة خاطئة في الشفرة الجينية للبروتين T، تؤدي إلى استبدال الهيستيدين في الموضع 42 بالأرجينين ، تُسبب أيضًا فرط جليسين الدم غير الكيتوني. وقد أثرت هذه الطفرة تحديدًا بشكل مباشر على الموقع النشط للبروتين T، مما أدى إلى انخفاض كفاءة نظام انشطار الجليسين. ^{[ 13 ]}

• ديهيدروليبواميد ديهيدروجينيز
• حمض الليبويك
• اعتلال الدماغ الناتج عن الجلايسين