هيدرولاز الجليكوسيد

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
إنزيم ألفا-أميليز البنكرياسي 1HNY، وهو إنزيم محلل للجليكوسيدات

في الكيمياء الحيوية ، تُعدّ الهيدرولازات الغليكوزيدية (وتُسمى أيضًا غليكوزيدازات أو هيدرولازات الغليكوزيل ) فئة من الإنزيمات التي تحفز تحلل الروابط الغليكوزيدية في السكريات المعقدة . [ 1 ] [ 2 ] وهي إنزيمات شائعة للغاية، ولها أدوار في الطبيعة تشمل تحلل الكتلة الحيوية مثل السليلوز ( السليولاز )، والهيميسليلوز ، والنشا ( الأميلاز )، وفي استراتيجيات الدفاع المضادة للبكتيريا (مثل الليزوزيم )، وفي آليات الإمراض (مثل النيورامينيدازات الفيروسية )، وفي الوظائف الخلوية الطبيعية (مثل مانوسيدازات التشذيب المشاركة في التخليق الحيوي للبروتينات السكرية المرتبطة بالنيتروجين ). تُشكل الغليكوزيدازات، جنبًا إلى جنب مع غليكوزيل ترانسفيرازات ، الآلية التحفيزية الرئيسية لتخليق الروابط الغليكوزيدية وكسرها. [ 3 ]

الحدوث والأهمية

توجد إنزيمات تحلل الغليكوزيدات في جميع ممالك الحياة تقريبًا. في بدائيات النوى ، توجد هذه الإنزيمات داخل وخارج الخلايا، وتشارك بشكل كبير في امتصاص العناصر الغذائية. ومن أهمها في البكتيريا إنزيم بيتا-غالاكتوزيداز (LacZ)، الذي يُشارك في تنظيم التعبير عن جين اللاكتوز في بكتيريا الإشريكية القولونية . أما في الكائنات الحية العليا، فتوجد هذه الإنزيمات في الشبكة الإندوبلازمية وجهاز غولجي ، حيث تُشارك في معالجة البروتينات السكرية المرتبطة بالنيتروجين ، وفي الليزوزوم كإنزيمات تُشارك في تحلل تراكيب الكربوهيدرات. وقد يؤدي نقص إنزيمات تحلل الغليكوزيدات الليزوزومية إلى مجموعة من اضطرابات التخزين الليزوزومي التي تُسبب مشاكل في النمو أو الموت. توجد إنزيمات تحلل الغليكوزيدات في الأمعاء واللعاب، حيث تقوم بتحليل الكربوهيدرات المعقدة مثل اللاكتوز والنشا والسكروز والتريهالوز . في الأمعاء ، توجد هذه الإنزيمات على شكل غليكوزيل فوسفاتيديل مرتبط بالخلايا البطانية . يُعد إنزيم اللاكتاز ضروريًا لتحليل سكر اللاكتوز الموجود في الحليب، ويتواجد بمستويات عالية لدى الرضع، ولكنه ينخفض ​​لدى معظم السكان بعد الفطام أو خلال مرحلة الرضاعة، مما قد يؤدي إلى عدم تحمل اللاكتوز في مرحلة البلوغ. [ 4 ] [ 5 ] يشارك إنزيم O-GlcNAcase في إزالة مجموعات N-أسيتيل غلوكوزامين من بقايا السيرين والثريونين في سيتوبلازم ونواة الخلية. وتشارك إنزيمات تحلل الغليكوزيدات في التخليق الحيوي وتحليل الغليكوجين في الجسم.

تصنيف

تُصنَّف إنزيمات تحلل الغليكوزيدات ضمن المجموعة EC 3.2.1 كإنزيمات تحفز تحلل الغليكوزيدات المرتبطة بالأكسجين أو الكبريت. ويمكن تصنيفها أيضًا وفقًا للنتيجة الفراغية لتفاعل التحلل، حيث تُصنَّف إلى إنزيمات حافظة أو إنزيمات عاكسة . [ 6 ] كما يمكن تصنيفها إلى إنزيمات خارجية أو داخلية، اعتمادًا على موقع عملها، سواءً عند الطرف (غير المختزل عادةً) أو في منتصف سلسلة السكريات المتعددة/السكريات قليلة الوحدات، على التوالي. ويمكن أيضًا تصنيفها باستخدام طرق تعتمد على التسلسل أو البنية. [ 7 ]

التصنيف القائم على التسلسل

تُعدّ التصنيفات القائمة على التسلسل من أقوى أساليب التنبؤ لاقتراح وظائف الإنزيمات التي تم تحديد تسلسلها حديثًا والتي لم تُثبت وظيفتها بيوكيميائيًا. وقد أدى نظام تصنيف إنزيمات تحلل الغليكوزيل، القائم على تشابه التسلسل، إلى تعريف أكثر من 100 عائلة مختلفة. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] هذا التصنيف متاح على موقع CAZy (الإنزيمات النشطة على الكربوهيدرات) الإلكتروني. [ 7 ] [ 11 ] توفر قاعدة البيانات سلسلة من التصنيفات القائمة على التسلسل، والتي يتم تحديثها بانتظام، مما يسمح بالتنبؤ الموثوق بآلية العمل (الاحتفاظ/الانعكاس)، وبقايا الموقع النشط، والركائز المحتملة. وتدعم قاعدة البيانات الإلكترونية موسوعة CAZypedia الإلكترونية للإنزيمات النشطة على الكربوهيدرات. [ 12 ] وبناءً على أوجه التشابه الهيكلية ثلاثية الأبعاد، تم تصنيف العائلات القائمة على التسلسل إلى "مجموعات" ذات بنية متشابهة. أتاح التقدم الأخير في تحليل تسلسل الجليكوسيداز ومقارنة البنية ثلاثية الأبعاد اقتراح تصنيف هرمي موسع لهيدرولازات الجليكوسيد. [ 13 ] [ 14 ]

الآليات

هيدرولازات الجليكوسيد العاكسة

تستخدم الإنزيمات العاكسة اثنين من البقايا الإنزيمية، وعادةً ما تكون بقايا الكربوكسيلات، التي تعمل كحمض وقاعدة على التوالي، كما هو موضح أدناه بالنسبة لإنزيم بيتا-غلوكوزيداز . يقع ناتج التفاعل في وضع محوري على ذرة الكربون رقم 1، ولكن قد تحدث بعض التغيرات التلقائية في بنيته.

الاحتفاظ بالهيدرولازات الغليكوزيدية

تعمل إنزيمات الغليكوزيداز الحافظة عبر آلية من خطوتين، حيث تؤدي كل خطوة إلى انعكاس التكوين الفراغي ، مما يحافظ على التكوين الفراغي. وكما في السابق، تشارك بقايا جزيئية، عادةً ما تكون كربوكسيلات محمولة على الإنزيم . تعمل إحداهما ككاشف نيوكليوفيلي والأخرى كحمض/قاعدة. في الخطوة الأولى، يهاجم الكاشف النيوكليوفيلي المركز الأنوميري ، مما يؤدي إلى تكوين وسيط إنزيمي غليكوزيلي، بمساعدة حمضية من الكربوكسيلات الحمضية. في الخطوة الثانية، تعمل الكربوكسيلات الحمضية منزوعة البروتون كقاعدة وتساعد جزيء ماء نيوكليوفيلي على تحلل الوسيط الإنزيمي الغليكوزيلي، مما ينتج عنه الناتج المتحلل. يوضح الشكل أدناه آلية عمل الليزوزيم الموجود في بياض بيض الدجاج . [ 15 ]

قد تحدث آلية بديلة للتحلل المائي مع الحفاظ على التكوين الفراغي، وذلك عبر بقايا محبة للنواة مرتبطة بالركيزة، بدلاً من ارتباطها بالإنزيم. تُعد هذه الآليات شائعة في بعض أنواع إنزيمات N-أسيتيل هيكسوزامينيداز، التي تحتوي على مجموعة أسيتاميدو قادرة على المشاركة مع المجموعات المجاورة لتكوين أيون أوكسازولين أو أوكسازولينيوم وسيط. تتم هذه الآلية على مرحلتين من خلال انعكاسات فردية، مما يؤدي إلى الحفاظ على التكوين الفراغي.

وُصفت آلية مشاركة مجموعة مجاورة بديلة لإنزيمات إندو-ألفا-ماناناز، تتضمن مشاركة مجموعة الهيدروكسيل في الموضع 2 لتكوين إيبوكسيد وسيط. ويؤدي تحلل الإيبوكسيد إلى احتفاظ صافٍ بالبنية الفراغية. [ 16 ]

التسمية والأمثلة

تُسمى إنزيمات تحلل الغليكوزيدات عادةً نسبةً إلى الركيزة التي تعمل عليها. فمثلاً، تحفز إنزيمات الغلوكوزيداز تحلل الغلوكوزيدات، بينما تحفز إنزيمات الزيلاناز تحلل الزيلان، وهو بوليمر متجانس أساسه الزيلوز. ومن الأمثلة الأخرى: اللاكتيز ، والأميليز ، والكيتينيز ، والسكراز ، والمالتاز ، والنيورامينيداز ، والإنفرتيز ، والهيالورونيداز ، والليزوزيم .

الاستخدامات

من المتوقع أن تكتسب إنزيمات تحلل الغليكوزيدات أدوارًا متزايدة كمحفزات في تطبيقات التكرير الحيوي في الاقتصاد الحيوي المستقبلي. [ 17 ] لهذه الإنزيمات استخدامات متنوعة، تشمل تحلل المواد النباتية (مثل السليولاز لتحليل السليلوز إلى جلوكوز، والذي يُستخدم في إنتاج الإيثانول )، وفي صناعة الأغذية ( إنفرتاز لتصنيع السكر المحول، وأميلاز لإنتاج المالتوديكسترين)، وفي صناعة الورق واللب ( زيلاناز لإزالة الهيميسليلوز من لب الورق). تُضاف السليولاز إلى المنظفات لغسل الأقمشة القطنية، وتساعد في الحفاظ على الألوان من خلال إزالة الألياف الدقيقة التي ترتفع من سطح الخيوط أثناء الاستخدام.

في الكيمياء العضوية ، يمكن استخدام الهيدرولازات الغليكوزيدية كعوامل حفازة اصطناعية لتكوين روابط غليكوزيدية إما من خلال التحلل المائي العكسي (النهج الحركي) حيث يتم عكس موضع التوازن؛ أو عن طريق نقل الغليكوزيل (النهج الحركي) حيث يمكن للهيدرولازات الغليكوزيدية المحتفظة أن تحفز نقل جزء غليكوزيل من غليكوزيد منشط إلى كحول مستقبل للحصول على غليكوزيد جديد.

تم تطوير إنزيمات تحلل الغليكوزيدات المتحولة، والتي تُسمى غليكوسينثازات، قادرة على تخليق الغليكوزيدات بنسبة عالية من مُعطيات الغليكوزيل المُنشطة، مثل فلوريدات الغليكوزيل. تتكون غليكوسينثازات عادةً من إنزيمات تحلل الغليكوزيدات المُحتفظة، وذلك عن طريق الطفرات الموجهة للموقع للنيوكليوفيل الإنزيمي إلى مجموعة أخرى أقل نيوكليوفيلية، مثل الألانين أو الجليسين. كما يمكن تكوين مجموعة أخرى من إنزيمات تحلل الغليكوزيدات المتحولة، والتي تُسمى ثيوغليكوليغازات، عن طريق الطفرات الموجهة للموقع لبقايا الحمض والقاعدة في إنزيم تحلل الغليكوزيدات المُحتفظ. تُحفز ثيوغليكوليغازات تكثيف الغليكوزيدات المُنشطة مع مُستقبلات مختلفة تحتوي على الثيول.

أظهرت أنواع مختلفة من الهيدرولازات الغليكوزيدية فعالية في تحليل عديدات السكاريد المكونة للمادة البوليمرية خارج الخلوية (EPS) للأغشية الحيوية الميكروبية . [ 18 ] من الناحية الطبية، توفر الأغشية الحيوية للكائنات الدقيقة المعدية مزايا عديدة مقارنةً بنظيراتها العائمة، بما في ذلك زيادة كبيرة في تحملها للعوامل المضادة للميكروبات وجهاز المناعة لدى المضيف. وبالتالي، قد يؤدي تحليل الغشاء الحيوي إلى زيادة فعالية المضادات الحيوية، وتعزيز وظيفة جهاز المناعة لدى المضيف وقدرته على الشفاء. على سبيل المثال، ثبت أن مزيجًا من إنزيم ألفا -أميليز وإنزيم السليولاز قادر على تحليل الأغشية الحيوية البكتيرية متعددة الميكروبات من مصادر مخبرية وحيوانية ، وزيادة فعالية المضادات الحيوية ضدها. [ 19 ]

المثبطات

تُعرف العديد من المركبات التي تُثبّط عمل إنزيمات تحلل الغليكوزيدات. وقد وُجدت في الطبيعة مركبات حلقية غير متجانسة تحتوي على النيتروجين، ذات بنية سكرية، مثل ديوكسينوجيريميسين ، وسواينسونين ، وأسترالين، وكستانوسبيرمين . ومن هذه المركبات الطبيعية، طُوّرت مثبطات أخرى عديدة، منها إيزوفاجومين وديوكسي جالاكتونوجيريميسين ، بالإضافة إلى مركبات غير مشبعة متنوعة مثل PUGNAc. وتشمل المثبطات المستخدمة سريريًا أدوية السكري أكاربوز وميجليتول ، وأدوية الفيروسات أوسيلتاميفير وزاناميفير . كما وُجد أن بعض البروتينات تعمل كمثبطات لإنزيمات تحلل الغليكوزيدات.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بورن، إيف؛ هنريسات، برنارد (2001). "هيدرولازات الغليكوزيد وناقلات الغليكوزيل: العائلات والوحدات الوظيفية". الرأي الحالي في البيولوجيا التركيبية . 11 (5): 593-600 . doi : 10.1016/s0959-440x(00)00253-0 . PMID 11785761 . 
  2. ↑ هنريسات، برنارد؛ ديفيز، جيديون (1997). "التصنيف البنيوي والتسلسلي لهيدرولازات الغليكوزيد". الرأي الحالي في البيولوجيا البنيوية . 7 (5): 637-644 . doi : 10.1016/s0959-440x(97)80072-3 . PMID 9345621 . 
  3. ^ سيلفا، روبرتو ناسيمنتو. ستيندورف، أندريه ستيكا؛ مونتيرو ، فالديرين نيفيس (2014)، “التنوع الأيضي للتريكوديرما” ، التكنولوجيا الحيوية وبيولوجيا الترايكوديرما ، إلسفير، الصفحات من 363 إلى 376، دوى : 10.1016/b978-0-444-59576-8.00027-8 ISBN  978-0-444-59576-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-07-04
  4. ↑ "عدم تحمل اللاكتوز" . مكتبة ليكتوري للمفاهيم الطبية . تم الاطلاع عليه في 1 أغسطس 2021 .
  5. ↑ "عدم تحمل اللاكتوز" . المعهد الوطني لأمراض السكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى . يونيو 2014. مؤرشف من الأصل في 25 أكتوبر 2016. تم الاطلاع عليه في 25 أكتوبر 2016 .
  6. ↑ سينوت، مايكل ل. (1990-11-01). "الآلية التحفيزية لنقل الغليكوزيل الإنزيمي" . مراجعات كيميائية . 90 (7): 1171-1202 . doi : 10.1021/cr00105a006 . ISSN 0009-2665 . 
  7. 1 2 "عائلة CAZy من هيدرولازات الجليكوسيد" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-09-2013 . تم الاسترجاع بتاريخ 25-08-2009 .
  8. ↑ هنريسات ب، كاليبوت إ، مورنون جيه بي، فابريغا س، لين ب، ديفيز ج (1995). "آلية تحفيزية محفوظة وتوقع طية مشتركة لعدة عائلات من هيدرولازات الغليكوزيل" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 92 (15): 7090-7094 . Bibcode : 1995PNAS...92.7090H . doi : 10.1073 / pnas.92.15.7090 . PMC 41477. PMID 7624375 .  
  9. ↑ هنريسات ب، ديفيز ج (1995). "بنية وآليات هيدرولازات الغليكوزيل" . التركيب . 3 (9): 853-859 . doi : 10.1016/S0969-2126(01)00220-9 . PMID 8535779 . 
  10. ↑ "بايروش، أ. "تصنيف عائلات هيدرولازات الغليكوزيل وفهرس مدخلات هيدرولازات الغليكوزيل في SWISS-PROT". 1999" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25-05-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12-03-2008 .
  11. ↑ هنريسات، ب. وكوتينيو ب.م. "خادم الإنزيمات النشطة للكربوهيدرات". 1999.
  12. ↑ CAZypedia، موسوعة إلكترونية للإنزيمات النشطة على الكربوهيدرات.
  13. ↑ ناوموف، دي جي (2006). "تطوير تصنيف هرمي لهيدرولازات الغليكوزيد من نوع برميل TIM" (ملف PDF) . وقائع المؤتمر الدولي الخامس حول المعلوماتية الحيوية لتنظيم الجينوم وبنيته . 1 : 294-298 .
  14. ↑ ناوموف، دي جي (2011). " التصنيف الهرمي لهيدرولازات الغليكوزيد". الكيمياء الحيوية (موسكو) . 76 (6): 622-635 . doi : 10.1134/S0006297911060022 . PMID 21639842. S2CID 206838603 .  
  15. ↑ فوكادلو دي جيه؛ ديفيز جي جيه؛ لاين آر؛ ويذرز إس جي (2001). "التحفيز بواسطة الليزوزيم الموجود في بياض بيض الدجاج يتم عبر وسيط تساهمي" (ملف PDF) . مجلة نيتشر . 412 (6849): 835-838 . رمز Bibcode : 2001Natur.412..835V . doi : 10.1038/35090602 . PMID: 11518970. S2CID : 205020153 .  
  16. ^ سوبالا، لوكاش ف. خاص، جايتانو؛ تشو، شا؛ رايش، لويز؛ سانيكوفا، ناتاليا؛ طومسون، أندرو J.؛ حقي، زليخة؛ لو دان. شمسي كاظم العبادي، السعيدة؛ لويس، أندرو ر. روخاس سيرفيليرا، فيكتور؛ برناردو سيسيديدوس، غانيكو؛ تشانغ، يونغمين؛ الدخن، أوسكار؛ خيمينيز باربيرو، يسوع؛ بينيت، أندرو J.؛ سولوجوب، ماتيو؛ روفيرا، كارمي؛ ديفيز، جدعون J.؛ ويليامز، سبنسر ج. (16 أبريل 2020). "وسيط الإيبوكسيد في تحفيز الجليكوسيداز" . ACS العلوم المركزية . 6 (5): 760– 770. doi : 10.1021/acscentsci.0c00111 . PMC 7256955 . PMID 32490192 .  
  17. ↑ ليناريس-باستين، جيه إيه؛ أندرسون، إم؛ نوردبيرغ كارلسون، إي (2014). "هيدرولازات الغليكوزيد المقاومة للحرارة في تقنيات التكرير الحيوي" . التكنولوجيا الحيوية الحالية . 3 (1): 26-44 . doi : 10.2174/22115501113026660041 .
  18. ↑ فليمنج، ديريك؛ رامباو، كيندرا ب . (2017-04-01). "أساليب تشتيت الأغشية الحيوية الطبية" . الكائنات الدقيقة . 5 (2): 15. doi : 10.3390/microorganisms5020015 . PMC 5488086. PMID 28368320 .  
  19. ↑ فليمنج، ديريك؛ شاهين، لورا؛ رامبو، كيندرا (فبراير 2017). "هيدرولازات الجليكوسيد تُحلل الأغشية الحيوية البكتيرية متعددة الميكروبات في الجروح" . العوامل المضادة للميكروبات والعلاج الكيميائي . 61 (2): AAC.01998–16. doi : 10.1128/AAC.01998-16 . ISSN 1098-6596 . PMC 5278739. PMID 27872074 .