مالات ديهيدروجينيز

الموسوعة الحرة
مالات ديهيدروجينيز
بنية البروتين مع العوامل المساعدة المرتبطة به
المعرفات
رقم EC.1.1.1.37
رقم CAS.9001-64-3
قواعد البيانات
إنتنزعرض IntEnz
بريندادخول بريندا
إكسباسيعرض NiceZyme
كيجدخول KEGG
ميتاسيكالمسار الأيضي
بريامحساب تعريفي
هياكل قاعدة بيانات البروتينRCSB PDB PDBe PDBsum
يبحث
شركة إدارة المشروعاتالمقالات
ببميدالمقالات
المركز الوطني للبحوث الاقتصاديةالبروتينات

مالات ديهيدروجينيز ( EC 1.1.1.37) ( MDH ) هو إنزيم يحفز بشكل عكسي أكسدة المالات إلى أوكسالوأسيتات باستخدام اختزال NAD + إلى NADH. هذا التفاعل هو جزء من العديد من المسارات الأيضية ، بما في ذلك دورة حمض الستريك . مالات ديهيدروجينيز أخرى ، والتي لها أرقام EC أخرى وتحفز تفاعلات أخرى لأكسدة المالات، لها أسماء مؤهلة مثل مالات ديهيدروجينيز (NADP + ) .

الأنزيمات المتماثلة

يوجد العديد من الأيزوزيمات لمالات ديهيدروجينيز. يوجد نوعان رئيسيان من الأيزوزيمات في الخلايا حقيقية النواة. [1] يوجد أحدهما في مصفوفة الميتوكوندريا، ويشارك كإنزيم رئيسي في دورة حمض الستريك التي تحفز أكسدة المالات. يوجد الآخر في السيتوبلازم ، ويساعد مكوك المالات-الأسبارتات في تبادل المكافئات المختزلة حتى يتمكن المالات من المرور عبر غشاء الميتوكوندريا ليتم تحويله إلى أوكسالوأسيتات لمزيد من العمليات الخلوية. [2]

يعبر البشر ومعظم الثدييات الأخرى عن اثنين من مالات ديهيدروجينيز التاليين:

عائلات البروتين

البنية البلورية ثلاثية الأبعاد لمنطقة الحلقة المتحركة في مالات ديهيدروجينيز في التكوين المغلق والمفتوح. يظهر التكوين المغلق لمالات ديهيدروجينيز باللون الوردي (كما هو موضح بالسهم الوردي) بينما يظهر التكوين المفتوح باللون السماوي (كما هو موضح بالسهم السماوي).

تحتوي عائلة مالات ديهيدروجينيز على نازعة هيدروجين L-لاكتات ونازعة هيدروجين L-2-هيدروكسي إيزوكابروت. تحفز نازعة هيدروجين L-لاكتات تحويل L-لاكتات إلى بيروفات ، وهي الخطوة الأخيرة في التحلل السكري اللاهوائي. الطرف الأميني عبارة عن طية مرتبطة بـ NAD من روسمان والطرف الكربوكسيلي عبارة عن طية غير عادية من ألفا+بيتا. [3] [4]

التطور والبنية

في معظم الكائنات الحية، توجد مالات ديهيدروجينيز (MDH) كجزيء متماثل ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بلاكتات ديهيدروجينيز (LDH) في البنية. إنه جزيء بروتيني كبير مع وحدات فرعية تزن بين 30 و 35 كيلو دالتون. [5] بناءً على تسلسلات الأحماض الأمينية، يبدو أن MDH قد انقسم إلى مجموعتين رئيسيتين من النشوء والتطور تشبهان عن كثب إما الإنزيمات المتماثلة للميتوكوندريا أو الإنزيمات السيتوبلازمية / البلاستيدات الخضراء. [6] نظرًا لأن هوية تسلسل مالات ديهيدروجينيز في الميتوكوندريا ترتبط ارتباطًا وثيقًا بأسلافها البدائية مقارنة بالإيزوزيم السيتوبلازمي، فإن النظرية القائلة بأن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء قد تطورت من خلال التعايش الداخلي معقولة. [7] تسلسلات الأحماض الأمينية لـ MDH العتيقة أكثر تشابهًا مع LDH من MDH للكائنات الحية الأخرى. يشير هذا إلى وجود ارتباط تطوري محتمل بين نازعة هيدروجين اللاكتات ونازعة هيدروجين المالات. [8]

تحتوي كل وحدة فرعية من ثنائي إنزيم مالات ديهيدروجينيز على مجالين متميزين يختلفان في البنية والوظيفة. يتكون مجال ربط NAD+ من بنية صفائح بيتا متوازية، بينما يتكون موقع ربط NAD + المركزي من أربع صفائح بيتا وحلزون ألفا واحد . يتم ربط الوحدات الفرعية معًا من خلال تفاعلات رابطة هيدروجينية وكارهة للماء. [9]

وقد ثبت أيضًا أن مالات ديهيدروجينيز تمتلك منطقة حلقة متحركة تلعب دورًا حاسمًا في النشاط التحفيزي للإنزيم. وقد أظهرت الدراسات أن التغيير التكويني لمنطقة الحلقة هذه من التكوين المفتوح إلى التكوين المغلق بعد ربط الركيزة يعزز تحفيز MDH من خلال حماية الركيزة والأحماض الأمينية التحفيزية من المذيب. كما أشارت الدراسات إلى أن منطقة الحلقة هذه محفوظة بدرجة عالية في مالات ديهيدروجينيز. [6]

الآلية

الموقع النشط لمالات ديهيدروجينيز

الموقع النشط لمالات ديهيدروجينيز هو تجويف كاره للماء داخل مجمع البروتين الذي يحتوي على مواقع ربط محددة للركيزة والإنزيم المساعد الخاص بها ، NAD + . في حالته النشطة، يخضع MDH لتغيير تكويني يغلف الركيزة لتقليل التعرض للمذيبات ووضع البقايا الرئيسية في مكان أقرب إلى الركيزة. [6] البقايا الثلاثة على وجه الخصوص التي تشكل ثلاثية محفزة هي الهيستيدين (His-195)، والأسبارتات (Asp-168)، وكلاهما يعملان معًا كنظام نقل بروتون، والأرجينين (Arg-102، Arg-109، Arg-171)، والتي تؤمن الركيزة. [10]

ميكانيكيًا، يحفز مالات ديهيدروجينيز أكسدة مجموعة الهيدروكسيل في المالات من خلال استخدام NAD + كمستقبل للإلكترون. تؤدي خطوة الأكسدة هذه إلى إزالة بروتون وأيون هيدريد من الركيزة. يتلقى NAD + أيون الهيدريد (على وجه التحديد، يتم نقل أيون الهيدريد إلى حلقة النيكوتيناميد في NAD + ) ويصبح مختزلًا إلى NADH بينما في نفس الوقت، تقبل بقايا His-195 على الإنزيم البروتون. [11] يتم تثبيت بقايا His-195 المشحونة إيجابيا، والتي تشارك في تحفيز القاعدة للركيزة، بواسطة بقايا Asp-168 المجاورة المشحونة سلبًا. يساعد هذا التثبيت الكهروستاتيكي في تسهيل نقل البروتون. [1] تشارك Arg-102 وArg-109 وArg-171 (والتي يتم بروتونتها، وبالتالي تكون مشحونة إيجابيا) في التحفيز الكهروستاتيكي وتساعد في ربط الكربوكسيلات المشحونة سلبًا على الركيزة. بالإضافة إلى ذلك، توفر بقايا الأرجينين على الإنزيم خصوصية إضافية للركيزة والارتباط من خلال الرابطة الهيدروجينية بين السلسلة الجانبية للجوانيدينيوم لبقايا الأحماض الأمينية الأرجينين والكربوكسيلات للركيزة. [12]

وقد حددت الدراسات أيضًا حلقة متحركة في مالات ديهيدروجينيز تشارك في النشاط التحفيزي للإنزيم. تخضع الحلقة لتغيير تكويني لحماية الركيزة والأحماض الأمينية التحفيزية من المذيب استجابةً لارتباط مركب مالات ديهيدروجينيز: الإنزيم المساعد بالركيزة. كما يعزز هذا الانقلاب للحلقة إلى الوضع العلوي لتغطية الموقع النشط التفاعل المعزز لبقايا الأحماض الأمينية المهمة تحفيزيًا على الإنزيم مع الركيزة. بالإضافة إلى ذلك، فقد ثبت أن حركة الحلقة ترتبط بخطوة تحديد معدل الإنزيم. [13]

وظيفة

رد فعل

تفاعل عام يظهر أن مالات ديهيدروجينيز يحفز أكسدة المالات من خلال اختزال NAD + .

تحفز نازعة هيدروجين المالات التحويل المتبادل للمالات إلى أوكسالو أسيتات. في دورة حمض الستريك، تكون نازعة هيدروجين المالات مسؤولة عن تحفيز تجديد أوكسالو أسيتات. يحدث هذا التفاعل من خلال أكسدة المجموعة الهيدروكسيلية على المالات واختزال NAD + . تتم آلية نقل أيون الهيدريد إلى NAD + بآلية مماثلة لتلك الموجودة في نازعة هيدروجين اللاكتات ونازعة هيدروجين الكحول. تبلغ قيمة ΔG'° لنازعة هيدروجين المالات +29.7 كيلو جول/مول وΔG (في الخلية) 0 كيلو جول/مول. [11]

مسارات أخرى

تشارك مالات ديهيدروجينيز أيضًا في تكوين الجلوكوز ، وهو تخليق الجلوكوز من جزيئات أصغر. يتأثر البيروفات في الميتوكوندريا بواسطة بيروفات كاربوكسيلاز لتكوين أوكسالو أسيتات، وهو وسيط في دورة حمض الستريك . من أجل إخراج أوكسالو أسيتات من الميتوكوندريا، تقوم مالات ديهيدروجينيز باختزاله إلى مالات، ثم يعبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. بمجرد دخوله إلى السيتوزول، يتأكسد المالات مرة أخرى إلى أوكسالو أسيتات بواسطة مالات ديهيدروجينيز السيتوزولي. أخيرًا، يحول فوسفوإينول بيروفات كاربوكسيلاز (PEPCK) أوكسالو أسيتات إلى فوسفوإينول بيروفات (PEP). [14]

الحركية

تظهر الدراسات الحركية أن النشاط الأنزيمي لمالات ديهيدروجينيز منظم. يرتبط العامل المساعد NAD + /NADH بالإنزيم قبل الركيزة. [15] قيمة Km للمالات، أي التركيز الذي يكون عنده نشاط الإنزيم نصف الحد الأقصى، هي 2 مليمول. قيمة Kcat هي 259.2 ثانية -1 . [16]

تأثير الرقم الهيدروجيني على النشاط التحفيزي

بالإضافة إلى ذلك، تتحكم مستويات الأس الهيدروجيني في خصوصية ارتباط الركيزة بواسطة مالات ديهيدروجينيز بسبب نقل البروتون في الآلية التحفيزية. [17] وقد اقترح أن مجموعة الهيستيدين بقيمة pK تبلغ 7.5 تلعب دورًا في اعتماد الإنزيم على الأس الهيدروجيني. أشارت الدراسات إلى أن ارتباط شكل إينول من أوكسالوسيتات مع مركب مالات ديهيدروجينيز:NADH يتشكل بسرعة أكبر بكثير عند قيم الأس الهيدروجيني الأعلى. [12] بالإضافة إلى ذلك، يتم تعزيز ارتباط L-malate بـ مالات ديهيدروجينيز في الظروف القلوية. وبالتالي، يرتبط شكل مالات ديهيدروجينيز غير البروتوني بشكل تفضيلي بـ L-malate وشكل إينول من أوكسالوسيتات. في المقابل، وجد أن D-malate وهيدروكسي مالونات وشكل الكيتو من أوكسالوسيتات يرتبطون حصريًا بالشكل البروتوني للإنزيم. على وجه التحديد، عندما يتم بروتون الهيستيدين، يمكن لبقايا الهيستيدين تكوين رابطة هيدروجينية مع الأكسجين الكاربونيل للركيزة، مما يحول كثافة الإلكترون بعيدًا عن الأكسجين ويجعله أكثر عرضة للهجوم النووي بواسطة الهيدريد. هذا يعزز ارتباط مالات ديهيدروجينيز بهذه الركائز. ونتيجة لذلك، عند قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة، يرتبط مالات ديهيدروجينيز بشكل تفضيلي بـ D-malate وhydroxymalonate وketo-oxaloacetate. [18]

التنظيم التآزري

نظرًا لأن مالات ديهيدروجينيز مرتبط ارتباطًا وثيقًا بدورة حمض الستريك، فقد اقترحت الدراسات وأظهرت تجريبيًا أن السترات هو منظم غير متآزر لمالات ديهيدروجينيز اعتمادًا على تركيزات L-malate وNAD + . قد يكون هذا بسبب الانحرافات الملحوظة في السلوك الحركي لمالات ديهيدروجينيز عند تركيزات عالية من أوكسالو أسيتات وL-malate. أظهرت التجارب أن السترات يمكنه تنشيط النشاط الأنزيمي لمالات ديهيدروجينيز وتثبيطه بشكل غير متآزر. وقد ثبت أن السترات يثبط أكسدة L-malate عندما تكون هناك مستويات منخفضة من L-malate وNAD + . ومع ذلك، في وجود مستويات عالية من المالات وNAD + ، يمكن أن يحفز السترات إنتاج أوكسالو أسيتات. على الرغم من أن مالات ديهيدروجينيز يعتبر عادةً إنزيمًا قابلًا للعكس، فمن المعتقد أن هناك موقعًا تنظيميًا غير متآزرًا على الإنزيم حيث يمكن للسيترات أن يرتبط ويقود توازن التفاعل في أي اتجاه. [19]

وقد ثبت أيضًا أن الجلوتامات تعمل على تثبيط نشاط مالات ديهيدروجينيز. وعلاوة على ذلك، فقد ثبت أن ألفا كيتو غلوتارات ديهيدروجينيز يمكن أن تتفاعل مع أسبارتات أمينوترانسفيراز الميتوكوندريا لتكوين مركب، والذي يمكن أن يرتبط بعد ذلك بمالات ديهيدروجينيز، مكونًا مركبًا ثلاثيًا يعكس التأثير المثبط للنشاط الأنزيمي لمالات ديهيدروجينيز بواسطة الجلوتامات. بالإضافة إلى ذلك، فإن تكوين هذا المركب يمكن الجلوتامات من التفاعل مع أمينوترانسفيراز دون التدخل في نشاط مالات ديهيدروجينيز. كما يسهل تكوين هذا المركب الثلاثي إطلاق أوكسالوأسيتات من مالات ديهيدروجينيز إلى أمينوترانسفيراز. من الناحية الحركية، ثبت أن ارتباط مالات ديهيدروجينيز بالمركب الثنائي لألفا كيتو غلوتارات ديهيدروجينيز وأمينوترانسفيراز يزيد من معدل تفاعل مالات ديهيدروجينيز لأن Km لمالات ديهيدروجينيز ينخفض ​​عندما يرتبط كجزء من هذا المركب. [20]

خريطة المسار التفاعلية

انقر على الجينات والبروتينات والأيضات أدناه للانتقال إلى المقالات ذات الصلة. [§ 1]

  1. ^ يمكن تحرير خريطة المسار التفاعلية على WikiPathways: "GlycolysisGluconeogenesis_WP534".

مراجع

  1. ^ ab Minárik P، Tomásková N، Kollárová M، Antalík M (سبتمبر 2002). "نازعات هيدروجين المالات - البنية والوظيفة". علم وظائف الأعضاء العام والفيزياء الحيوية . 21 (3): 257-65. بميد  12537350.
  2. ^ Musrati RA، Kollárová M، Mernik N، Mikulásová D (سبتمبر 1998). "مالات ديهيدروجينيز: التوزيع والوظيفة والخصائص". علم وظائف الأعضاء العام والفيزياء الحيوية . 17 (3): 193-210. بميد  9834842.
  3. ^ Chapman AD, Cortés A, Dafforn TR, Clarke AR, Brady RL (January 1999). "الأساس البنيوي لخصوصية الركيزة في نازعات هيدروجين المالات: البنية البلورية لمجمع ثلاثي من نازعة هيدروجين المالات السيتوبلازمية الخنزيرية وألفا كيتومالونات وتتراهيدوNAD". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 285 (2): 703-12. doi : 10.1006/jmbi.1998.2357 . PMID  10075524.
  4. ^ Madern D (يونيو 2002). "التطور الجزيئي داخل عائلة L-malate وL-lactate dehydrogenase الفائقة". مجلة التطور الجزيئي . 54 (6): 825-40. Bibcode :2002JMolE..54..825M. doi :10.1007/s00239-001-0088-8. PMID  12029364. S2CID  469660.
  5. ^ Banaszak LJ, Bradshaw RA (1975). "Malate dehydrogenase". في Boyer PD (محرر). The Enzymes . المجلد 11 (الطبعة الثالثة). نيويورك: Academic Press. ص 369-396.
  6. ^ abc Goward CR, Nicholls DJ (أكتوبر 1994). "مالات ديهيدروجينيز: نموذج للبنية والتطور والتحفيز". علوم البروتين . 3 (10): 1883–8. doi :10.1002/pro.5560031027. PMC 2142602. PMID  7849603 . 
  7. ^ McAlister-Henn L (مايو 1988). "العلاقات التطورية بين نازعات هيدروجين المالات". الاتجاهات في العلوم الكيميائية الحيوية . 13 (5): 178-81. doi :10.1016/0968-0004(88)90146-6. PMID  3076279.
  8. ^ Cendrin F, Chroboczek J, Zaccai G, Eisenberg H, Mevarech M (أبريل 1993). "استنساخ وتسلسل وتعبير الجين المشفر لمالات ديهيدروجينيز في البكتيريا العتيقة شديدة المحبة للملوحة Haloarcula marismortui في بكتيريا Escherichia coli". الكيمياء الحيوية . 32 (16): 4308-13. doi :10.1021/bi00067a020. PMID  8476859.
  9. ^ Hall MD, Levitt DG, Banaszak LJ (أغسطس 1992). "البنية البلورية لإنزيم مالات ديهيدروجينيز الإشريكية القولونية. مركب من الأبو إنزيم والسيترات بدقة 1.87 أمبير". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 226 (3): 867-82. doi :10.1016/0022-2836(92)90637-Y. PMID  1507230.
  10. ^ Lamzin VS, Dauter Z, Wilson KS (مايو 1994). "إزالة الهيدروجين من خلال المرآة". علم الأحياء البنيوي الطبيعي . 1 (5): 281-2. doi :10.1038/nsb0594-281. PMID  7664032. S2CID  26167967.
  11. ^ ab Voet D, Voet JG, Pratt CW (2015). أساسيات الكيمياء الحيوية: الحياة على المستوى الجزيئي (الطبعة الرابعة). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. ص 574-575. ISBN 978-0-470-54784-7.
  12. ^ ab Bernstein LH, Everse J (ديسمبر 1978). "دراسات حول آلية تفاعل مالات ديهيدروجينيز" (PDF) . مجلة الكيمياء الحيوية . 253 (24): 8702–7. doi : 10.1016/S0021-9258(17)34234-5 . PMID  31361.
  13. ^ Waldman AD, Hart KW, Clarke AR, Wigley DB, Barstow DA, Atkinson T, Chia WN, Holbrook JJ (يناير 1988). "استخدام التربتوفان المعدل وراثيًا لتحديد حركة مجال من إنزيم اللاكتات ديهيدروجينيز في ب. ستيروثرموفيلوس باستخدام العملية التي تحد من معدل دوران الإنزيم في الحالة الثابتة". Biochemical and Biophysical Research Communications . 150 (2): 752–9. doi :10.1016/0006-291X(88)90455-X. PMID  3422557.
  14. ^ Hung GC, Brown CR, Wolfe AB, Liu J, Chiang HL (نوفمبر 2004). "يتم تحلل إنزيمات الجلوكوزوجينيك فركتوز-1,6-بيسفوسفاتيز ومالات ديهيدروجينيز بواسطة مسارات بروتينية وأحداث إشارات مميزة". مجلة الكيمياء الحيوية . 279 (47): 49138-50. doi : 10.1074/jbc.M404544200 . PMID  15358789.
  15. ^ Shows TB, Chapman VM, Ruddle FH (December 1970). "Mitochondrial malate dehydrogenase and malic enzyme: Mendelian genetics electrophoretic variants in the mouse". علم الوراثة الكيميائي الحيوي . 4 (6): 707–18. doi :10.1007/BF00486384. PMID  5496232. S2CID  35435579.
  16. ^ Wood DC, Jurgensen SR, Geesin JC, Harrison JH (مارس 1981). "تفاعلات الوحدات الفرعية في نازعة هيدروجين المالات في الميتوكوندريا. حركية وآلية إعادة الارتباط". مجلة الكيمياء الحيوية . 256 (5): 2377–82. doi : 10.1016/S0021-9258(19)69790-5 . PMID  7462244.
  17. ^ Dasika SK, Vinnakota KC, Beard DA (يناير 2015). "تحديد الآلية التحفيزية لنازع هيدروجين المالات الميتوكوندريا". مجلة البيوفيزياء . 108 (2): 408-19. doi :10.1016/j.bpj.2014.11.3467. PMC 4302198. PMID  25606688 . 
  18. ^ Lodola A, Shore JD, Parker DM, Holbrook J (ديسمبر 1978). "مالات ديهيدروجينيز السيتوزول. دراسة حركية لآلية التفاعل ومقارنة مع لاكتات ديهيدروجينيز". المجلة الكيميائية الحيوية . 175 (3): 987-98. doi :10.1042/bj1750987. PMC 1186162. PMID  217361 . 
  19. ^ Gelpí JL, Dordal A, Montserrat J, Mazo A, Cortés A (أبريل 1992). "دراسات حركية لتنظيم نازعة هيدروجين المالات بالميتوكوندريا بواسطة السترات". المجلة الكيميائية الحيوية . 283 (الجزء الأول) (الجزء الأول): 289–97. doi :10.1042/bj2830289. PMC 1131027. PMID  1567375 . 
  20. ^ Fahien LA, Kmiotek EH, MacDonald MJ, Fibich B, Mandic M (أغسطس 1988). "تنظيم نشاط مالات ديهيدروجينيز عن طريق تفاعل الجلوتامات والسترات وألفا كيتو جلوتارات ومتعدد الإنزيمات" (PDF) . مجلة الكيمياء الحيوية . 263 (22): 10687–97. doi : 10.1016/S0021-9258(18)38026-8 . PMID  2899080.

قراءة إضافية

  • Guha A, Englard S, Listowsky I (فبراير 1968). "نازعات هيدروجين الماليك في قلب البقر. VII. تفاعلية مجموعات السلفهيدريل وتكوين إنزيم السائل العلوي". مجلة الكيمياء الحيوية . 243 (3): 609-15. doi : 10.1016/S0021-9258(18)93648-3 . PMID  5637713.
  • McReynolds MS, Kitto GB (فبراير 1970). "تنقية وخصائص ديهيدروجينازات مالات ذبابة الفاكهة". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - علم الإنزيمات . 198 (2): 165–75. doi :10.1016/0005-2744(70)90048-3. PMID  4313528.
  • Wolfe RG, Neilands JB (يوليو 1956). "بعض الخصائص الجزيئية والحركية لإنزيم ماليك ديهيدروجينيز القلب". مجلة الكيمياء الحيوية . 221 (1): 61-9. doi : 10.1016/S0021-9258(18)65228-7 . PMID  13345798.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=مالات_ديهيدروجينيز&oldid=1184035067"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate