الفالويدين

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

ينتمي الفالويدين إلى فئة من السموم تُسمى الفالوتوكسينات ، والتي توجد في فطر الأمانيتا . وهو عبارة عن ببتيد حلقي سباعي صلب ، يصبح قاتلاً بعد بضعة أيام من حقنه في مجرى الدم. العرض الرئيسي للتسمم بالفالويدين هو الجوع الشديد الناتج عن تدمير خلايا الكبد. يعمل الفالويدين عن طريق الارتباط بالأكتين الخيطي ( F-actin ) وتثبيته، ويمنع بشكل فعال تفكك ألياف الأكتين. نظرًا لارتباطه القوي والانتقائي بالأكتين الخيطي، تُستخدم مشتقات الفالويدين التي تحتوي على علامات فلورية على نطاق واسع في المجهر لتصوير الأكتين الخيطي في البحوث الطبية الحيوية.

الاكتشاف والخلفية

كان الفالويدين من أوائل الببتيدات الحلقية المكتشفة. عُزل من فطر "قبعة الموت" وبلوره فيودور لينين وأولريش ويلاند [ 1 ] عام 1937. [ 2 ] يتميز تركيبه باحتوائه على رابطة سيستين - تريبتوفان لتشكيل ببتيد سباعي ثنائي الحلقة. لم تُوصَف هذه الرابطة من قبل، مما يجعل تحديد بنية الفالويدين أكثر صعوبة. حدد الباحثان وجود ذرة الكبريت باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية، ووجدا أن طول موجة هذه الحلقة مُزاح قليلاً. أكدت تجارب نيكل راني وجود الكبريت في حلقة التريبتوفان. وجد الباحثان أن الفالويدين منزوع الكبريت لا يزال دائريًا، مما يدل على أن بنية الفالويدين عادةً ما تكون ثنائية الحلقة. بمجرد أن تم تحويله إلى شكل خطي، تم توضيح تسلسل الأحماض الأمينية للفالويدين منزوع الكبريت من خلال تحلل إدمان بواسطة ويلاند وشون في عام 1955. [ 3 ]

نظراً لشدة انجذابه للأكتين، اكتشف العلماء إمكانية استخدامه ككاشف تلوين لتصوير الأكتين بفعالية في المجهر. وتُباع مشتقاته المقترنة بالفلوروفورات على نطاق واسع. وبفضل قدرته على الارتباط الانتقائي بالأكتين الخيطي (F-actin) دون الارتباط بوحدات الأكتين الأحادية (G-actin)، يُعد الفالويدين الموسوم بالفلور أكثر فعالية من الأجسام المضادة للأكتين. [ 4 ]

توليف

التخليق الحيوي

الفالويدين هو ببتيد سباعي حلقي يحتوي على رابطة غير عادية بين السيستين والتريبتوفان. ينتمي الجين المسؤول عن تخليق الفالويدين إلى عائلة MSDIN في فطر قبعة الموت، ويُشفّر ببتيدًا أوليًا مكونًا من 34 حمضًا أمينيًا. يحيط حمض البرولين بالمنطقة المكونة من سبعة أحماض أمينية والتي ستتحول لاحقًا إلى فالويدين. بعد الترجمة، يجب استئصال الببتيد بالتحلل البروتيني، ثم تحويله إلى حلقة، ثم هيدروكسلته، ثم ربط التريبتوفان بالسيستين لتكوين التريبتاثيونين، ثم تحويله إلى ثريونين-D. لم يُفهم ترتيب هذه الخطوات وآليتها الكيميائية الحيوية بدقة بعد. يُعتقد حاليًا أن الجينات اللازمة للتخليق الحيوي تتجمع بالقرب من جينات MSDIN. [ 5 ]

أول تعديل ما بعد الترجمة للببتيد المكون من 34 حمضًا أمينيًا هو الانشطار البروتيني بواسطة إنزيم بروليل أوليغوببتيداز (POP) لإزالة الببتيد "القائد" المكون من 10 أحماض أمينية. ثم يقوم إنزيم POP بتكوين حلقة من الببتيد السباعي Ala-Trp-Leu-Ala-Thr-Cys-Pro عن طريق نقل الببتيد بين الحمض الأميني 1 (ألانين) والحمض الأميني 7 (برولين). يُعتقد أن تكوين التربتاثيونين من خلال الربط التساهمي بين التربتوفان والسيستين يحدث لاحقًا ويتم بواسطة إنزيم مختلف. [ 5 ]

التخليق الكيميائي

نظرًا لأن الفالويدين يُستغل لقدرته على الارتباط ببوليمرات الأكتين وتثبيتها، إلا أن الخلايا لا تستطيع امتصاصه بسهولة، فقد وجد العلماء أن مشتقات الفالويدين أكثر فائدة في الأبحاث. ويعتمد تركيبه بشكل أساسي على عملية تصنيع الببتيدات الصغيرة التقليدية، باستخدام الهيدروكسيل-برولين. وتكمن الصعوبة الرئيسية في عملية التصنيع في تكوين رابطة التريبتاتيونين (الرابطة التساهمية بين السيستين والتريبتوفان).

فيما يلي آلية التخليق العامة التي أجراها أندرسون وآخرون عام ٢٠٠٥ لتخليق ألا -٧ -فالويدين على الطور الصلب، والذي يختلف عن الفالويدين في الحمض الأميني رقم ٧ كما هو موضح أدناه. [ ٦ ] يرمز THPP إلى رابط رباعي هيدرو بيرانيل بوليسترين، والذي يُستخدم لربط الجزيء بالدعامة الصلبة أثناء التخليق. تجدر الإشارة إلى أن التخليق الموضح أدناه هو مجرد مخطط عام لتوضيح ترتيب تكوين الروابط لربط المواد الأولية. يُعد ألا -٧ -فالويدين، بالإضافة إلى العديد من المتغيرات الأخرى المشابهة للفالويدين، مفيدًا لزيادة امتصاص الخلايا له مقارنةً بالفالويدين، ولربط فلوروفور للمساعدة في تصوير خيوط الأكتين (F-actin) بالمجهر.

مخطط تركيب الفالويدين

تم تحقيق أول تخليق كامل للفالويدين من خلال الجمع بين التخليق في الطور الصلب والتخليق في الطور السائل (باوشينغ ليو وجيانهنغ تشانغ، براءة اختراع أمريكية رقم 8,569,452 B2). وتتشابه الخصائص الفيزيائية والكيميائية للفالويدين المُصنّع مع خصائص الفالويدين الموجود في الطبيعة.

آلية العمل

بنية F-actin المثبتة بواسطة الفالويدين من 6T1Y باستخدام المجهر الإلكتروني فائق البرودة

يرتبط الفالويدين بالأكتين الليفي (F- actin) ، مانعًا تفككه ومسببًا تسمم الخلية. يرتبط الفالويدين تحديدًا عند السطح البيني بين وحدات الأكتين الليفي، رابطًا الوحدات المتجاورة معًا. يرتبط الفالويدين، وهو ببتيد حلقي سباعي، بخيوط الأكتين بقوة أكبر بكثير من ارتباطه بوحدات الأكتين الأحادية، مما يؤدي إلى انخفاض ثابت معدل انفصال وحدات الأكتين عن نهايات الخيوط، وهو ما يُثبّت خيوط الأكتين بشكل أساسي من خلال منع تفككها. [ 7 ] علاوة على ذلك، وُجد أن الفالويدين يُثبّط نشاط تحلل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) للأكتين الليفي. [ 8 ] بالتالي، يحبس الفالويدين وحدات الأكتين الأحادية في هيئة مختلفة عن الأكتين الكروي (G-actin)، ويُثبّت بنية الأكتين الليفي عن طريق تقليل ثابت معدل انفصال الوحدات الأحادية بشكل كبير، وهي عملية مرتبطة بحبس الأدينوسين ثنائي الفوسفات (ADP). [ 8 ] بشكل عام، وُجد أن الفالويدين يتفاعل بنسبة متكافئة مع الأكتين، ويعزز بقوة بلمرة الأكتين، ويثبت بوليمرات الأكتين. [ 9 ]

يؤدي الفالويدين وظائف مختلفة باختلاف تركيزاته في الخلايا. فعند إدخاله إلى السيتوبلازم بتركيزات منخفضة، يستقطب الفالويدين الأشكال الأقل بلمرة من الأكتين السيتوبلازمي، بالإضافة إلى الفيلامين، إلى "جزر" مستقرة من بوليمرات الأكتين المتجمعة، ولكنه لا يؤثر على ألياف الإجهاد، أي الحزم السميكة من الخيوط الدقيقة. [ 9 ] كما لاحظ ويلاند وآخرون أن الفالويدين يحفز انقباض الخلايا عند التركيزات العالية. [ 9 ]

أعراض

بعد اكتشافه بفترة وجيزة، حقن العلماء الفالويدين في الفئران، واكتشفوا أن جرعته المميتة المتوسطة (LD50 ) هي 2  ملغم/كغم عن طريق الحقن داخل الصفاق . عند تعريض هذه الفئران للجرعة المميتة الدنيا، استغرق الأمر عدة أيام حتى ماتت. العرض الجانبي الوحيد الظاهر للتسمم بالفالويدين هو الجوع الشديد. ويعود ذلك إلى أن الفالويدين لا يُمتص إلا في الكبد عبر بروتينات نقل أملاح الصفراء عبر الغشاء. [ 10 ] بمجرد دخوله الكبد، يرتبط الفالويدين بالأكتين F، مانعًا تفككه. تستغرق هذه العملية وقتًا لتدمير خلايا الكبد. يمكن للكليتين أيضًا امتصاص الفالويدين، ولكن ليس بنفس فعالية الكبد. في هذه الحالة، يُسبب الفالويدين متلازمة كلوية . [ 11 ]

استخدم كأداة تصوير

الفالويدين الفلوري (الأحمر) الذي يحدد خيوط الأكتين في الخلايا البطانية

تُتيح خصائص الفالويدين استخدامه كأداة فعّالة لدراسة توزيع خيوط الأكتين (F-actin) في الخلايا، وذلك عن طريق وسم الفالويدين بنظائر فلورية واستخدامها لتلوين خيوط الأكتين في المجهر الضوئي. وقد أثبتت مشتقات الفالويدين الفلورية فائدتها الكبيرة في تحديد مواقع خيوط الأكتين في الخلايا الحية أو المثبتة، وكذلك في تصوير خيوط الأكتين الفردية في المختبر . [ 7 ] وقد طُوّرت تقنية عالية الدقة للكشف عن خيوط الأكتين (F-actin) على المستويين المجهري الضوئي والإلكتروني باستخدام الفالويدين المرتبط بصبغة الإيوسين الفلورية ، والتي تعمل كعلامة فلورية. [ 12 ] في هذه الطريقة، المعروفة باسم الأكسدة الضوئية الفلورية، يمكن استخدام جزيئات فلورية لتحفيز أكسدة ثنائي أمينوبنزيدين (DAB) لإنتاج ناتج تفاعل يتميز بكثافة إلكترونية عالية، مما يجعله قابلاً للكشف بواسطة المجهر الإلكتروني. [ 12 ] يمكن استخدام كمية التألق المرئي كمقياس كمي لكمية الأكتين الخيطي الموجود في الخلايا عند استخدام كميات مشبعة من الفالويدين الفلوري. [ 7 ] بالتالي، يمكن استخدام مجهر التألق المناعي مع الحقن المجهري للفالويدين لتقييم الوظائف المباشرة وغير المباشرة للأكتين السيتوبلازمي في مراحل تكوين البوليمر المختلفة. [ 9 ] لذلك، يمكن استخدام الفالويدين الفلوري كأداة مهمة في دراسة شبكات الأكتين بدقة عالية.

الاستخدامات والقيود

صورة مُعالجة بتقنية إزالة التشويش لخلايا U2OS المصبوغة بالفالويدين الفلوري، تم التقاطها بواسطة مجهر متحد البؤر.

إن الفالويدين أصغر بكثير من الأجسام المضادة التي تستخدم عادة لوضع علامات على البروتينات الخلوية من أجل المجهر الفلوري، مما يسمح بوضع علامات أكثر كثافة على الأكتين الخيطي ويمكن الحصول على صور أكثر تفصيلاً، خاصة عند الدقة العالية.

لا تخترق الفالويدينات غير المعدلة أغشية الخلايا، مما يجعلها أقل فعالية في التجارب التي تُجرى على الخلايا الحية. وقد تم تصنيع مشتقات من الفالويدين ذات نفاذية خلوية متزايدة بشكل كبير.

تُظهر الخلايا المعالجة بالفالويدين عددًا من التأثيرات السامة، وغالبًا ما تموت. [ 7 ] علاوة على ذلك، تحتوي الخلايا المعالجة بالفالويدين على مستويات أعلى من الأكتين المرتبط بأغشيتها البلازمية، كما أن الحقن المجهري للفالويدين في الخلايا الحية يُغير توزيع الأكتين وحركة الخلية. [ 7 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ جي. سيمينزا، إي سي سلاتر، آر. جاينيك. مواضيع مختارة في تاريخ الكيمياء الحيوية. ذكريات شخصية - كتب جوجل
  2. ^ لينين إف ، ويلاند يو (18 نوفمبر 1937). "Uber die Giftstoffe des Knollenblätterpilzes. IV". جوستوس ليبيجس أنالين دير كيمي (في المانيا). 533 (1): 93-117 . دوى : 10.1002/jlac.19385330105 .
  3. ^ ويلاند تي، شون دبليو (16 يناير 1955). "Über die Giftstoffe des grünen Knollenblätterpilzes X. Mitteilung. Die Constitution des Phalloidins". جوستوس ليبيجز أنالين دير كيمي . 593 (2): 157– 178. دوى : 10.1002/jlac.19555930204 .
  4. ↑ علم المناعة النسيجية: الأساسيات والأساليب . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. 2010. الصفحات 92-93 . ISBN  978-3-642-04609-4.
  5. 1 2 والتون، جيه دي؛ هالين-آدامز، هي؛ لو، إتش (4 أغسطس 2010). "التخليق الحيوي الريبوسومي لسموم الببتيد الحلقي في فطر الأمانيتا" . علم الببتيد . 94 (5): 659-664 . doi : 10.1002/bip.21416 . PMC 4001729. PMID 20564017 .  
  6. ↑ أندرسون، إم. أو.، شيلات، إيه. إيه.، كيبلان جاي، آر. (16 أبريل 2005). "نهج الطور الصلب للفالوتوكسينات: التخليق الكلي لـ[ألا 7 ]-فالويدين". مجلة الكيمياء العضوية 70 (12): 4578-84 . doi : 10.1021/jo0503153 . PMID 15932292 . 
  7. 1 2 3 4 5 كوبر ، جيه إيه (أكتوبر 1987). "تأثيرات السيتوكالاسين والفالويدين على الأكتين" . مجلة بيولوجيا الخلية . 105 (4): 1473-1478 . doi : 10.1083/jcb.105.4.1473 . PMC 2114638. PMID 3312229 .  
  8. 1 2 باردن، جيه إيه، ميكي، إم، هامبلي، بي دي، دوس ريميديوس، سي جي (فبراير 1987). "تحديد موقع الفالويدين ومواقع ارتباط النيوكليوتيدات على الأكتين" . المجلة الأوروبية للكيمياء الحيوية . 162 (3): 583-588 . doi : 10.1111/j.1432-1033.1987.tb10679.x . PMID 3830158 . 
  9. 1 2 3 4 ويلاند ج، أوزبورن م، ويبر ك (ديسمبر 1977). "يُعيق بلمرة الأكتين المُحفَّزة بالفالويدين في سيتوبلازم الخلايا المُستزرعة حركة الخلية ونموها" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 74 ( 12): 5613-7 . Bibcode : 1977PNAS...74.5613W . doi : 10.1073/pnas.74.12.5613 . PMC 431831. PMID 341163 .  
  10. ↑ ويلاند تي (1963). "دراسات كيميائية وسمية على الببتيدات الحلقية لفطر أمانيتا فالويدس " . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 6 (3): 339-350 . doi : 10.1351/pac196306030339 .
  11. ↑ شرودر، إيبرهارد؛ لوبكه، كلاوس (2014). الببتيدات، المجلد الثاني: تركيب ووجود وتأثير عديدات الببتيد النشطة بيولوجيًا . إلسيفير. ص 475. ISBN  978-1-4832-5986-4.يركز على تركيب الببتيدات النشطة بيولوجيًا ونظائرها.
  12. 1 2 كاباني إف، ديرينك تي جيه، إليسمان إم إتش، بوشونغ إي، بوبيك إم، مارتون إم إي (1 نوفمبر 2001). "الفالويدين-إيوسين متبوعًا بالأكسدة الضوئية: طريقة جديدة لتحديد موقع الأكتين F على المستويين المجهري الضوئي والإلكتروني" . مجلة علم الأنسجة والكيمياء الخلوية . 49 (11): 1351-1361 . doi : 10.1177/002215540104901103 . PMID 11668188 .