ميوتيز فوسفينول بيروفات

في علم الإنزيمات ، يُعد إنزيم فوسفينول بيروفات ميوتيز ( EC 5.4.2.9 ) إنزيمًا يحفز التفاعل الكيميائي

فوسفينول بيروفات${\displaystyle \rightleftharpoons }$3-فوسفونوبيروفات

وبالتالي، فإن هذا الإنزيم له ركيزة واحدة ، وهي فوسفينول بيروفات (PEP)، ومنتج واحد ، وهو 3-فوسفونوبيروفات (PPR)، وهما متماثلان بنيويًا .

ينتمي هذا الإنزيم إلى عائلة الإيزوميرازات ، وتحديدًا الفوسفوتراسفيرازات (الفوسفوموتازات)، التي تنقل مجموعات الفوسفات داخل الجزيء. الاسم النظامي لهذه الفئة من الإنزيمات هو فوسفوإينول بيروفات 2،3-فوسفونوميوتاز . ومن الأسماء الشائعة الأخرى: فوسفوإينول بيروفات-فوسفونوبيروفات فوسفوموتاز ، وفوسفوموتاز PEP ، وفوسفوموتاز فوسفوإينول بيروفات ، و PEPPM ، وفوسفوموتاز PEP . يشارك هذا الإنزيم في استقلاب الأمينوفوسفونات .

تم اكتشاف إنزيم فوسفينول بيروفات ميوتيز في عام 1988. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

حتى أواخر عام 2007، تم تحديد ستة هياكل لهذه الفئة من الإنزيمات، جميعها بواسطة مجموعة هيرزبرغ.في جامعة ميريلاند، تم استخدام إنزيم PEPPM المستخلص من بلح البحر الأزرق ( Mytilus edulis ). حُلّت البنية الأولى ( رمز الوصول في بنك بيانات البروتين : 1PYM ) عام 1999، والتي تميزت بوجود مثبط أكسالات المغنيسيوم. ^{[ 3 ]} حددت هذه البنية الإنزيم على أنه يتكون من وحدات فرعية متطابقة من نوع بيتا برميل (تُظهر طية TIM البرميلية ، والتي تتكون من ثمانية خيوط بيتا متوازية ). لوحظت عملية التضاعف، حيث يتفاعل حلزون من كل وحدة فرعية مع برميل الوحدة الفرعية الأخرى؛ أطلق الباحثون على هذه الخاصية اسم "تبادل الحلزون". يمكن للثنائيات أن تتضاعف أيضًا لتكوين إنزيم متجانس رباعي الوحدات. بناءً على هذه الدراسة، اقتُرحت آلية نقل فوسفات مزدوجة: تتضمن هذه الآلية كسر الرابطة بين الفوسفور والأكسجين في PEP لتكوين وسيط إنزيمي فوسفاتي، يليه نقل مجموعة الفوسفات من الإنزيم إلى ذرة الكربون رقم 3، لتكوين PPR.

مع ذلك، في الآونة الأخيرة، تم تحديد بنية تحتوي على مثبط سلفوبيروفات، وهو نظير أقرب للركيزة ( PDB : 1M1B ) ؛ ^{[ 4 ]} وقد دعمت هذه الدراسة آلية تفكك . ومن السمات البارزة لهذه البنى حماية الموقع النشط من المذيب؛ حيث اقتُرح حدوث تغيير بنيوي كبير عند الارتباط للسماح بذلك، مما ينقل البروتين من حالة "مفتوحة" إلى حالة "مغلقة"، وقد دعمت ذلك عدة بنى بلورية في الحالة المفتوحة. ^{[ 5 ]} ثلاثة من هذه البنى كانت من النوع البري : الإنزيم الخالي من المذيب في PDB : 1S2T ، والإنزيم مع عامله المساعد أيون المغنيسيوم في PDB : 1S2V ، والإنزيم عند قوة أيونية عالية في PDB : 1S2W . كما تم بلورة طفرة (D58A، في إحدى حلقات الموقع النشط) كإنزيم خالي من المذيب أيضًا ( PDB : 1S2U ) . ومن هذه الهياكل، تم تحديد حلقة "بوابة" الموقع النشط (بقايا 115-133) التي تحمي الركيزة من المذيب في التكوين المغلق.

تم دمج التكوينين، المأخوذين من البنيتين البلوريتين 1M1B (مغلقة) و1S2T (مفتوحة)، في الصور أدناه؛ ولا يختلفان إلا قليلاً في حلقة البوابة، الملونة باللون الأرجواني للتكوين المغلق والأزرق للتكوين المفتوح. في الصورة المقربة للموقع النشط (يسارًا)، تظهر أيضًا عدة سلاسل جانبية (سماوية) تم تحديد أهميتها في التحفيز؛ بينما توضح الصورة العامة (يمينًا) الطي المميز لتبادل الحلزونات. الصور هي لقطات ثابتة من صور متحركة شريطية . تم تبلور كلتا البنيتين على شكل ثنائيات. في السلسلة A (المستخدمة في الصورة المقربة للموقع النشط)، تكون الحلزونات حمراء بينما تكون الحلقات (باستثناء حلقة البوابة) بيضاء والخيوط بيتا خضراء؛ في السلسلة B، تكون الحلزونات صفراء والخيوط بيتا زيتونية والحلقات رمادية؛ وهذه الألوان هي نفسها للبنيتين المغلقة والمفتوحة. أيونات المغنيسيوم رمادية اللون وروابط السلفوبيروفات وردية اللون؛ وكلاهما من البنية المغلقة (على الرغم من أن الإنزيم قد تم بلورته أيضًا مع ارتباط المغنيسيوم فقط، واتخذ شكلًا مفتوحًا).

يتشابه تركيب إنزيم PEPPM إلى حد كبير مع تركيب إنزيم ميثيل إيزوسيترات لياز ، وهو إنزيم يشارك في استقلاب البروبانوات، ويُعد حمض الكربوكسيل منخفض الوزن الجزيئي ركيزته أيضًا - إذ يتطابق تركيب البرميل بيتا، بالإضافة إلى تخطيط الموقع النشط وهندسة التعدد. كما أن إنزيم إيزوسيترات لياز مشابه جدًا، على الرغم من أن كل وحدة فرعية تحتوي على نطاق بيتا ثانٍ أصغر حجمًا بالإضافة إلى نطاق البرميل بيتا الرئيسي.

يُعتقد أن إنزيم فوسفينول بيروفات ميوتيز يُظهر آلية تفكيكية. ^{[ 4 ]} يشارك أيون المغنيسيوم كعامل مساعد. ويبدو أن مجموعة الفوسفوريل/الفوسفات تتفاعل أيونيًا مع Arg159 وHis190، مما يُثبّت الوسيط التفاعلي. من غير المرجح أن يكون الوسيط إنزيمًا فوسفوريًا، لأن أكثر البقايا ملاءمةً للرابطة التساهمية يمكن تحويرها مع فقدان جزئي فقط للوظيفة. يتضمن التفاعل انفصال الفوسفور عن الأكسجين 2، ثم هجومًا نيوكليوفيليًا من الكربون 3 على الفوسفور. والجدير بالذكر أن التكوين يبقى محفوظًا عند الفوسفور، أي أن الكربون 3 من PPR يُضاف إلى نفس وجه الفوسفور الذي أُزيل منه الأكسجين 2 من PEP؛ وهذا غير مرجح في آلية تفكيكية غير محفزة بالإنزيم، ولكن نظرًا لأن الوسيط التفاعلي يتفاعل بقوة مع الأحماض الأمينية وأيونات المغنيسيوم في الموقع النشط، فمن المتوقع حدوث ذلك في وجود التحفيز الإنزيمي.

يبدو أن البقايا الموجودة في حلقة البوابة في الموقع النشط، وخاصة Lys120 و Asn122 و Leu124، تتفاعل أيضًا مع الركيزة والوسيط التفاعلي؛ وتفسر هذه التفاعلات سبب انتقال الحلقة إلى التكوين المغلق عند ارتباط الركيزة.

نظرًا لقدرة إنزيم فوسفينول بيروفات ميوتيز الفريدة على تكوين رابطة كربون-فوسفور جديدة، فهو ضروري لتخليق الفوسفونات ، مثل الفوسفونوليبيدات والمضادات الحيوية فوسفوميسين وبيالافوس . يُعدّ تكوين هذه الرابطة غير مُفضّل من الناحية الديناميكية الحرارية؛ فعلى الرغم من أن فوسفينول بيروفات (PEP) مركب فوسفاتي عالي الطاقة، إلا أن التوازن في تحويله المتبادل إلى فوسفينول بيروفات (PPR) يميل لصالح فوسفينول بيروفات. [ ^{1 ] يُقدّم} إنزيم فوسفونوبيروفات ديكاربوكسيلاز حلًا لهذه المشكلة: فهو يُحفّز عملية نزع الكربوكسيل المُفضّلة ديناميكيًا حراريًا لفوسفينول بيروفات، ثم يُحوّل 2-فوسفونوأسيتالدهيد الناتج إلى فوسفونات ذات فائدة بيولوجية. يسمح هذا لتفاعل فوسفينول بيروفات بالاستمرار في الاتجاه الأمامي، وفقًا لمبدأ لو شاتيليه . تؤدي عملية إزالة الكربوكسيل إلى إزالة المنتج بسرعة، وبالتالي يستمر التفاعل على الرغم من أنه سيكون هناك كمية أكبر بكثير من المتفاعلات مقارنة بالمنتجات إذا سُمح للنظام بالوصول إلى حالة التوازن من تلقاء نفسه.

يقوم إنزيم كاربوكسي فوسفينول بيروفات فوسفونوميوتاز بتفاعل مماثل، حيث يحول P-كاربوكسي فوسفينول بيروفات إلى فوسفينوبيروفات وثاني أكسيد الكربون . ^{[ 6 ]}