أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز ( OPRTase )، أو أوروتات أسيد فوسفوريبوزيل ترانسفيراز، هو إنزيم يشارك في عملية التخليق الحيوي للبيريميدين. يحفز هذا الإنزيم تكوين أوروتيدين 5'-أحادي الفوسفات (OMP) من أوروتات وفوسفوريبوزيل بيروفوسفات. [1] في الخميرة والبكتيريا ، يُعد أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز إنزيمًا مستقلًا يحمل جينًا فريدًا يُشفّر البروتين ، بينما في الثدييات والكائنات متعددة الخلايا الأخرى ، تُؤدّى الوظيفة التحفيزية بواسطة نطاق من إنزيم UMP سينثاز ثنائي الوظيفة (UMPS). [ 2 ]

الخلفية البيولوجية

يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز. يتم تحويل الركائز PRPP والأوروتات إلى أوروتيديلات وبيروفوسفات غير عضوي.

بما أن إنزيم OPRTase جزء من مركب ثنائي الوظيفة يُسمى UMP synthase في الإنسان، فإن وظيفة هذا الإنزيم واستقراره لا يرتبطان بالضرورة ارتباطًا مباشرًا باضطرابات الجسم. ومع ذلك، من المعقول الاعتقاد بأن أي خلل في أحد الإنزيمين سيؤدي إلى خلل في الإنزيم بأكمله. [ 3 ] ترتبط عيوب UMP synthase بفقر الدم ناقص الصباغ. [ 3 ] في الثدييات، يحول هذا الإنزيم ثنائي الوظيفة UMPS حمض الأوروتيك إلى يوريدين أحادي الفوسفات (UMP). [ 4 ] يقع إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز في النطاق الطرفي N لإنزيم UMP synthase . تحدث هذه العملية على عدة مراحل، حيث يكون إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز مسؤولاً عن الخطوة الأولى المتمثلة في إضافة حلقة ريبوز إلى الأوروتات . [ 4 ] في هذه الخطوة، يتحول حمض الأوروتيك إلى أوروتيديلات باستخدام PRPP ( فوسفوريبوزيل بيروفوسفات ) كركيزة مساعدة. يُحفز هذا التفاعل بتحلل البيروفوسفات . [ 5 ] يقع إنزيم ديكاربوكسيلاز الأوروتيديلات في النطاق الطرفي الكربوكسيلي لبروتين UMPS ، ويُحوّل وسيط الأوروتيديلات هذا إلى أحادي فوسفات اليوريدين (يُشار إليه أيضًا باسم يوريديلات أو UMP) عبر عملية نزع الكربوكسيل . [ 4 ] هاتان الخطوتان سريعتان وغير قابلتين للانعكاس في الثدييات. أما في الكائنات الحية الأخرى التي تعتمد على البيريميدين والتي لا تمتلك هذا الإنزيم ثنائي الوظيفة، وهي عادةً كائنات أقل تعقيدًا، فيلزم وجود إنزيمين منفصلين لإتمام هذا التفاعل. [ 6 ] يُعد كل من الأوروتيديلات واليوريديلات من النيوكليوتيدات البيريميدينية الرئيسية ، حيث أن اليوريديلات هو طليعة الحمض النووي الريبي (RNA). يُحوّل اليوريديلات (UMP) لاحقًا إلى UDP عبر الفسفرة بواسطة كيناز UMP و ATP ، ثم يقوم كيناز ثنائي فوسفات النيوكليوزيد بفسفرة UDP بشكل عكسي إلى UTP . يمكن بعد ذلك إضافة مجموعة أمينة إلى الـ UTP من خلال عملية تحفيزية بواسطة إنزيم سيتيدين ثلاثي الفوسفات سينثيتاز.من CTP . [ 5 ]

آلية الإنزيم

يُحفز إنزيم أوروتات فوفوريبوزيل ترانسفيراز تفاعل حمض الأوروتيك (الأوروتات) إلى أوروتيديلات بمساعدة العامل المساعد PRPP ، وهو عامل مساعد شائع الاستخدام في تخليق النيوكليوتيدات . ينقل هذا الإنزيم مجموعات البيروفوسفوريل بكفاءة عالية، حيث تبلغ طاقة التنشيط (ΔG) -8.3 ± 0.5 كيلو كالوري/مول. [ 6 ] هناك تفاعلان رئيسيان يجذبان PRPP لمساعدة أوروتات فوفوريبوزيل ترانسفيراز في هذا التفاعل. أولًا، يحتوي أوروتات فوفوريبوزيل ترانسفيراز على بقايا حمض الأسبارتيك بجوار وحدة ارتباط PRPP ، والتي تتفاعل مع مجموعات الهيدروكسيل 2-/3 في الريبوزيل، مما يُثبت حركة ذرة الكربون رقم 1 في مجموعة الريبوزيل المرتبطة. [ 6 ] ويحدث هذا التثبيت من خلال شبكة من الروابط الهيدروجينية بين مجموعات الهيدروكسيل هذه والبيروفوسفات والماء والمغنيسيوم. [ 6 ] ثانيًا، تتفاعل السلاسل الجانبية للنهاية الطرفية C لنمط ربط PRPP بشكل إيجابي مع مجموعة الفوسفات 5 لـ PRPP . [ 6 ]

البنية العامة لإنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز مع حمض الأوروتيك والمغنيسيوم وPRPP في جيب الموقع النشط.

في بكتيريا Bacillus subtilis، يرتبط PRPP بهذين الموقعين بقيمة K<sub> d</sub> تبلغ 33 ملي مولار. عند وجود الأوروتات ، تزداد ألفة ارتباط البيروفوسفات أربعة أضعاف، ويخضع التفاعل لحركية سريعة ، مع نقل سريع للفوسفوريبوزيل ثم إطلاق بطيء للمنتجات. [ 7 ] يُعتقد أن هذا الإطلاق البطيء ناتج عن الحلقة المعرضة للمذيب في إنزيم ناقل فوسفوريبوزيل الأوروتات، والتي تحمي الموقع النشط خلال الخطوة الأولى. [ 7 ] يحدث فتح الحلقة على مرحلتين، حيث يكون انفصال PRPP غير مواتٍ وبطيئًا نظرًا لأن الحلقة تُغلق في 85% من الحالات. [ 8 ]

تشمل النيوكليوسيدات البيريميدينية الرئيسية اليوريدين والسيتيدين والثيميدين ، وتلعب أدوارًا محورية في تخليق الأحماض النووية، بالإضافة إلى استقلاب الكربوهيدرات والدهون. [ 4 ] تعمل إنزيمات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز البيريميدينية، مثل أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز، على تنشيط ركائزها بتكوين حالات انتقالية شبيهة بـ SN1 ، مما يُسهّل انتقال منطقة الكربون الأنوميرية للريبوزيل إلى MgPPi . [ 9 ] ومثل غيرها من إنزيمات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز البيريميدينية، يمتلك أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز حلقة مرنة تتحرك لوضع المجموعات في المواضع المثالية للتحفيز . [ 4 ] كما تستخدم هذه الإنزيمات العديد من جزيئات الماء للحفاظ على ثبات جميع المكونات أثناء التفاعل. [ 6 ]

بنية الإنزيم

تم تحديد البنية البلورية لإنزيم OPRTase عدة مرات من قبل مجموعات علمية مختلفة. [ 1 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] في البكتيريا، تتكون البنية العامة من وحدتين فرعيتين، تتألف كل منهما من سبعة حلزونات ألفا وعشرة خيوط بيتا، بوزن جزيئي يبلغ 23919.13 دالتون. [ 13 ] يحتوي إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز على جزء أساسي بالإضافة إلى حلقة مرنة، تمنع عند إغلاقها دخول المذيب أثناء التفاعل. [ 1 ] في كائنات حية أخرى مثل الثدييات والحشرات والطحالب المخاطية، يُعد هذا الإنزيم أحد نطاقات إنزيم UMP سينثاز ، والآخر هو إنزيم أوروتيديلات ديكاربوكسيلاز . [ 14 ] يحتوي الطرف الأميني على زوج من الخيوط المتوازية عكسيًا، مع بقايا تتفاعل مع حمض الأوروتات المرتبط، بالإضافة إلى الليسين 26 الذي يمتد إلى الموقع النشط ويشكل رابطة مع الحلقة المرنة في حالتها المغلقة. [ 6 ] يتم تثبيت حمض الأوروتيك و PRPP في الموقع النشط بشكل أساسي عن طريق الروابط الهيدروجينية، مع تفاعلات تثبيت من Lys 26 وPhe 34 وPhe 35 إلى حمض الأوروتيك ، بالإضافة إلى Thr 128 وAla 129 وGly 130 وAla 132 وAsp 124 وLys 26 وLys 73 إلى PRPP . [ 14 ] عند حدوث طفرة في Lys 26، غالبًا ما يُظهر إنزيم ناقل فوسفوريبوزيل الأوروتات نشاطًا وتخصصًا منخفضين. [ 6 ]

الموقع النشط لإنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز المرتبط بحمض الأوروتيك وPRPP في بكتيريا السالمونيلا التيفية. تظهر البقايا المثبتة، بما في ذلك Lys 26 وPhe 34 وPhe 35 التي تعمل على تثبيت حمض الأوروتيك، بالإضافة إلى Thr 128 وAla 129 وGly 130 وAla 132 وAsp 124 وLys 26 وLys 73. [ 14 ]

أهمية المرض

ترتبط عيوب إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز بالعديد من الحالات الطبية. وتسبب هذه العيوب في نطاق إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز في بروتين UMPS بيلة حمض الأوروتيك لدى البشر، وهو مرض استقلابي وراثي نادر ينتج عن خلل في استقلاب البيريميدين . [ 15 ] وقد يؤدي ذلك إلى فقر الدم الضخم الأرومات وبيلة ​​حمض الأوروتيك، المرتبطة بإعاقات جسدية وعقلية. [ 15 ] سُجلت بيلة حمض الأوروتيك لأول مرة عام 1959 عندما وُجد فائض من حمض الأوروتيك في بول رضيع. [ 6 ] عندما يُصاب الأفراد بطفرة تؤدي إلى فقدان نشاط إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز، وبالتالي فقدان إنتاج UTP ، يتراكم حمض الأوروتيك وقد يصل تركيزه إلى 1.5 غرام/يوم في بول الرضيع. [ 6 ] وذلك لأن UTP هو الناتج النهائي الطبيعي في مسار تخليق البيريميدين لدى الأفراد الأصحاء، وهو يُنظم هذا المسار بشكل طبيعي. [ 6 ] قد يؤدي تراكم حمض الأوروتيك إلى ترسبه في الكلى، وفي النهاية إلى الفشل الكلوي. [ 6 ] وبالمثل، في أبقار هولشتاين، ينتج نقص إنزيم UMPS عن اضطراب وراثي متنحي يؤدي إلى نفوق النسل في المراحل الجنينية المبكرة . [ 16 ]

يُعد إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز الإنزيم الرئيسي المسؤول عن تحويل 5-فلورويوراسيل إلى 5-F-UMP عبر عملية الفسفرة. وقد أظهرت بعض الدراسات العلمية أن هذا الإنزيم قد يلعب دورًا في التنبؤ بمآل السرطان. [ 17 ] فعلى سبيل المثال، وجدت إحدى الدراسات أن نسبة التعبير الجيني لإنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز إلى إنزيم ديهيدروبيريميدين ديهيدروجينيز تؤثر على مآل مرضى سرطان القولون والمستقيم النقيلي بعد العلاج الكيميائي القائم على الفلوروبيريميدين . [ 17 ] ويُعتقد أن 5-F-UMP يعمل كمثبط انتحاري لإنزيم ثيميديلات سينثاز ، ويلعب دورًا هامًا في تثبيط نمو الورم. [ 17 ] [ 18 ] وعندما عُولج مرضى سرطان القولون والمستقيم القابل للاستئصال بـ 5-فلورويوراسيل عن طريق الفم، أظهر المرضى الذين لديهم مستويات عالية من إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز نتائج بقاء أفضل بشكل ملحوظ. [ 18 ] وبالمثل، فقد تم ربط احتمالية التشخيص بناءً على مستويات ونشاط إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز بسرطان المثانة وسرطان المعدة . [ 19 ] [ 20 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 غونزاليس-سيغورا إل، ويت جيه إف، ماكلارد آر دبليو، هيرلي تي دي (ديسمبر 2007). "تكوين المركب الثلاثي وعدم التماثل المستحث في أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز". الكيمياء الحيوية . 46 (49): 14075-86 . doi : 10.1021/bi701023z . PMID 18020427 . 
  2. ↑ يابلونسكي إم جيه، باسيك دي إيه، هان بي دي، جونز إم إي، تراوت تي دبليو (مايو 1996). "النشاط الذاتي والاستقرار لإنزيم سينثاز UMP البشري ثنائي الوظيفة ومجاليه التحفيزيين المنفصلين، ناقل فوسفوريبوزيل أوروتات وديكاربوكسيلاز أوروتيدين-5'-فوسفات" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 271 (18): 10704-10708 . doi : 10.1074/jbc.271.18.10704 . PMID 8631878 . 
  3. 1 2 موسيك، دبليو دي (1981). "الخصائص البنيوية لإنزيمات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز وعلاقتها باضطرابات نقص استقلاب البيورين والبيريميدين لدى الإنسان". مراجعات سي آر سي النقدية في الكيمياء الحيوية . 11 (1): 1-34 . doi : 10.3109/10409238109108698 . PMID 7030616 . 
  4. 1 2 3 4 5 أوكسلي أ، خوسلا ج، باسيك م.س (ديسمبر 2017). "تخليق نيوكليوتيدات البيريميدين البشرية كهدف للعلاج الكيميائي المضاد للفيروسات" . الرأي الحالي في التكنولوجيا الحيوية . 48 : 127-134 . doi : 10.1016/j.copbio.2017.03.010 . PMC 5659961. PMID 28458037 .  
  5. 1 2 بيرج جي إم، تيموكزكو جي إل، جاتو جي جي، سترير إل (2018). ستراير الكيمياء الحيوية . دوى : 10.1007/978-3-662-54620-8 . رقم ISBN 978-3-662-54619-2.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 شرام، في. إل.، وغروبماير، سي. (2004). "آليات وأدوار فوسفوريبوزيل ترانسفيراز في استقلاب الأحماض النووية". التقدم في أبحاث الأحماض النووية والبيولوجيا الجزيئية . 78 : 261-304 . doi : 10.1016/s0079-6603(04)78007-1 . ISBN 9780125400787PMID 15210333​​ 
  7. 1 2 فراي، ب. أ.، وعربشاهي، أ. (سبتمبر 1995). "التغير القياسي في الطاقة الحرة لتحلل جسر ألفا، بيتا-فوسفوأنهيدريد في الأدينوسين ثلاثي الفوسفات". الكيمياء الحيوية . 34 (36): 11307-11310 . doi : 10.1021/bi00036a001 . PMID 7547856 . 
  8. ↑ وانغ جي بي، كاهيل إس إم، ليو إكس، جيرفين إم إي، غروبماير سي (يناير 1999). "الديناميكيات الحركية للحلقة التحفيزية في إنزيم OMP سينثاز". الكيمياء الحيوية . 38 (1): 284-295 . doi : 10.1021/bi982057s . PMID 9890909 . 
  9. ↑ بهاجافان إن في، ها سي إي (2015). "استقلاب النيوكليوتيدات". أساسيات الكيمياء الحيوية الطبية . إلسيفير. ص 465-487 . doi : 10.1016/b978-0-12-416687-5.00025-7 . ISBN  9780124166875.
  10. ↑ غروبماير سي، هانسن إم آر، فيدوروف إيه إيه، ألمو إس سي (يونيو 2012). "بنية إنزيم سينثاز البروتين الغشائي الخارجي لبكتيريا السالمونيلا التيفية في مركب ركيزة كامل" . الكيمياء الحيوية . 51 (22): 4397-405 . doi : 10.1021/bi300083p . PMC 3442144. PMID 22531064 .  
  11. ↑ هنريكسن أ، أغاجاري ن، جنسن ك ف، غاجيدي م (مارس 1996). "حلقة مرنة عند سطح التفاعل بين الوحدتين الفرعيتين هي جزء من الموقع النشط للوحدة الفرعية المجاورة لإنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز في الإشريكية القولونية". الكيمياء الحيوية . 35 (12): 3803-3809 . doi : 10.1021/bi952226y . PMID 8620002 . 
  12. ↑ سكابين جي، غروبماير سي، ساكيتيني جي سي (1994). "البنية البلورية لإنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز". الكيمياء الحيوية . 33 (6): 1287-1294 . doi : 10.1021/bi00172a001 . PMID 8312245 . 
  13. ↑ PDB : 1STO ​;Scapin G, Grubmeyer C, Sacchettini JC (فبراير 1994). "البنية البلورية لإنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز". الكيمياء الحيوية . 33 (6): 1287-94 . doi : 10.1021/bi00172a001 . PMID 8312245 . 
  14. سكابين جي، أوزتورك دي إتش، غروبماير سي، ساكيتيني جي سي (أغسطس 1995). "البنية البلورية لإنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز المرتبط بالأوروتات وألفا-دي-5-فوسفوريبوزيل-1-بيروفوسفات". الكيمياء الحيوية . 34 ( 34): 10744-54 . doi : 10.1021/bi00034a006 . PMID 7545004 . 
  15. 1 2 سوشي م، هارادا ن، تسوبوي ت، أساي ك، أوكاجيما ك، وادا ي، تاكاجي ي (يوليو 1988). "152 الاستنساخ الجزيئي لإنزيم UMP سينثاز البشري" . أبحاث طب الأطفال . 24 (1): 136. doi : 10.1203/00006450-198807000-00176 .
  16. ↑ شوينجر ب، شوبر س، سيمون د (أبريل 1993). "تحمل أبقار DUMPS طفرة نقطية في جين سينثاز أحادي فوسفات اليوريدين". علم الجينوم . 16 (1): 241-244 . doi : 10.1006/geno.1993.1165 . PMID 8486364 . 
  17. إيشيكاوا وآخرون (أكتوبر 2003). "يؤثر كل من التعبير الجيني لإنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز ونسبته إلى إنزيم ديهيدروبيريميدين ديهيدروجينيز على نتائج العلاج الكيميائي القائم على الفلورويوراسيل لسرطان القولون والمستقيم النقيلي" . المجلة البريطانية للسرطان . 89 ( 8 ): 1486-1492 . doi : 10.1038/sj.bjc.6601335 . PMC 2394351. PMID 14562021 .  
  18. 1 2 أوشياي تي، نيشيمورا ك، نوغوتشي هـ، كيتاجيما م، تسوكادا أ، واتانابي إي، ناغاوكا إي، فوتاغاوا س (يونيو 2006). "الأثر التنبؤي لإنزيم ناقل فوسفوريبوزيل الأوروتات بين إنزيمات استقلاب 5-فلورويوراسيل في سرطانات القولون والمستقيم القابلة للاستئصال والمعالجة بالعلاج الكيميائي المساعد الفموي القائم على 5-فلورويوراسيل" . المجلة الدولية للسرطان . 118 (12): 3084-3088 . doi : 10.1002/ijc.21779 . PMID 16425285. S2CID 23440166 .  
  19. ↑ ساكوراي واي، ساكاموتو كيه، سوجيموتو واي، يوشيدا آي، ماسوي تي، تونومورا إس، إينابا كيه، شوجي إم، ناكامورا واي، أوياما آي، كوموري واي، أوشياي إم، ماتسورا إس، تاناكا إتش، أوكا تي، فوكوشيما إم (يونيو 2006). "مستويات إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز المقاسة بواسطة مقايسة مناعية إنزيمية مرتبطة حديثة التطوير في سرطان المعدة" . مجلة علوم السرطان . 97 (6): 492-498 . doi : 10.1111/j.1349-7006.2006.00200.x . PMC 11158547. PMID 16734727 .  
  20. ↑ ميزوتاني واي، وادا إتش، فوكوشيما إم، يوشيدا أو، ناكانيشي إتش، لي واي إن، ميكي تي (فبراير 2004). "الأهمية التنبؤية لنشاط إنزيم أوروتات فوسفوريبوزيل ترانسفيراز في سرطان المثانة" . مجلة السرطان . 100 (4): 723-731 . doi : 10.1002/cncr.11955 . PMID 14770427 .