بروكولاجين-برولين ديوكسيجيناز

إنزيم بروكولاجين-برولين ديوكسيجيناز ، المعروف باسم بروليل هيدروكسيلاز ، هو أحد أفراد فئة الإنزيمات المعروفة باسم هيدروكسيلازات ألفا-كيتوغلوتارات المعتمدة . تحفز هذه الإنزيمات دمج الأكسجين في الركائز العضوية من خلال آلية تتطلب حمض ألفا-كيتوغلوتاريك ، وأيونات الحديد ^{الثنائي} (Fe²⁺ )، وحمض الأسكوربيك . ^{[ 1 ] [ 2 ]} يحفز هذا الإنزيم تحديدًا تكوين ( 2S ، 4R ) -4-هيدروكسي برولين ، وهو مركب يمثل التعديل ما بعد الترجمة الأكثر شيوعًا في البروتينوم البشري . ^{[ 3 ]}

يحفز إنزيم بروكولاجين-برولين ديوكسيجيناز التفاعل التالي:

إل-برولين

 

Fe(IV)=O

Fe(II)

 

 

 

هيدروكسي برولين

آلية التفاعل مشابهة لآلية تفاعلات إنزيمات ثنائي الأكسجين الأخرى، وتحدث على مرحلتين متميزتين: ^{[ 3 ]} في المرحلة الأولى، يتكون نوع Fe(IV)=O شديد التفاعل . يرتبط الأكسجين الجزيئي من طرفه في وضع محوري، مُنتجًا وحدة ثنائي الأكسجين. يؤدي الهجوم النيوكليوفيلي على ذرة الكربون C2 إلى تكوين وسيط رباعي الأوجه، مع فقدان الرابطة المزدوجة في وحدة ثنائي الأكسجين وروابط مع الحديد وذرة الكربون ألفا في 2-أوكسوغلوتارات. يتزامن التخلص اللاحق من _ثاني أكسيد الكربون مع تكوين نوع Fe(IV)=O. تتضمن المرحلة الثانية انتزاع ذرة الهيدروجين pro - R من ذرة الكربون C-4 في ركيزة البرولين، متبوعًا بتفاعل جذري ، مما ينتج عنه هيدروكسي برولين. ^{[ 4 ]}

نتيجةً لآلية التفاعل، تُنزع مجموعة الكربوكسيل من جزيء واحد من 2-أوكسوغلوتارات ، مُكَوِّنةً السكسينات. تُحلَّل هذه السكسينات مائيًا وتُستبدل بجزيء آخر من 2-أوكسوغلوتارات بعد كل تفاعل، وقد استُنتج أنه في وجود 2-أوكسوغلوتارات، يتحول الحديد ^{الثنائي المرتبط بالإنزيم بسرعة إلى حديد ثلاثي} ، مما يؤدي إلى تعطيل الإنزيم. ^{[ 5 ]} يُستخدم الأسكوربات كعامل مساعد لاختزال الحديد ^{الثلاثي} مرة أخرى إلى حديد ^ثنائي . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

حمض 2-أوكسوجلوتاريك

 

[O]

_ثاني أكسيد الكربون

 

 

 

حمض السكسينيك

إنزيم بروليل هيدروكسيلاز هو رباعي الوحدات يتكون من وحدتين فرعيتين فريدتين. ^{[ 8 ]} تبلغ كتلة الوحدة الفرعية α 59 كيلو دالتون، وهي المسؤولة عن كلٍ من ارتباط الببتيد والنشاط التحفيزي. ^{[ 9 ]} يمتد نطاق ارتباط الببتيد من الحمض الأميني 140 إلى 215 من الوحدة الفرعية α، ^{[ 10 ]} ويتكون من سطح مقعر مبطن ببقايا متعددة من التيروسين التي تتفاعل بشكل إيجابي مع الركيزة الغنية بالبرولين. يتكون الموقع النشط من أيون الحديد الثنائي (Fe2 ⁺⁾ المرتبط ببقايا الهيستيدين وبقايا الأسبارتات ، وهي سمة مشتركة بين معظم ثنائي أوكسيجينازات المعتمدة على 2-أوكسوغلوتارات. أما الوحدة الفرعية β التي تبلغ كتلتها 55 كيلو دالتون، فهي المسؤولة عن توطين الإنزيم واحتجازه في الشبكة الإندوبلازمية . ^{[ 11 ]} هذه الوحدة الفرعية مطابقة للإنزيم المعروف باسم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز . ^{[ 12 ]}

يحفز إنزيم بروليل هيدروكسيلاز تكوين الهيدروكسي برولين. يؤثر هذا التعديل بشكل كبير على استقرار الكولاجين ، وهو النسيج الضام الرئيسي في جسم الإنسان. ^{[ 13 ]} على وجه التحديد، تزيد عملية الهيدروكسيل درجة انصهار الكولاجين الحلزوني (Tm ₎  بمقدار 16 درجة مئوية، مقارنةً بالكولاجين غير المهدرج، ^{[ 14 ]} وهو فرق يسمح للبروتين بالبقاء مستقرًا عند درجة حرارة الجسم. نظرًا لوفرة الكولاجين (حوالي ثلث إجمالي البروتين) في جسم الإنسان، وارتفاع معدل حدوث هذا التعديل فيه، يُعد الهيدروكسي برولين أكثر التعديلات اللاحقة للترجمة وفرةً من الناحية الكمية في جسم الإنسان. ^{[ 15 ]}

يعمل الإنزيم تحديدًا على البرولين الموجود ضمن النمط X-Pro-Gly، حيث Pro هو البرولين. وبسبب هذا السلوك المحدد للنمط، يعمل الإنزيم أيضًا على بروتينات أخرى تحتوي على نفس التسلسل. تشمل هذه البروتينات C1q ، ^{[ 16 ]} والإيلاستينات ، ^{[ 17 ]} و PrP ، ^{[ 18 ]} والأرجونوت 2 ، ^{[ 19 ]} والكونوتوكسينات ، ^{[ 20 ]} وغيرها.

بما أن إنزيم بروليل هيدروكسيلاز يتطلب وجود الأسكوربات كعامل مساعد ليعمل، ^{[ 5 ]} فإن غيابه يُضعف نشاط الإنزيم. ويؤدي انخفاض الهيدروكسيل الناتج إلى الإصابة بمرض الإسقربوط . ونظرًا لتأثر استقرار الكولاجين لدى مرضى الإسقربوط، تشمل الأعراض ضعف الأوعية الدموية مما يُسبب ظهور الفرفرية ، والنمشات ، ونزيف اللثة.

يُعد عامل تحفيز نقص الأكسجين (HIF) عامل نسخ محفوظًا تطوريًا ^{[ 21 ]} يسمح للخلية بالاستجابة الفسيولوجية لانخفاض مستويات الأكسجين. ^{[ 22 ]} وقد تم تحديد فئة من إنزيمات بروليل هيدروكسيلاز التي تعمل تحديدًا على HIF؛ ^{[ 23 ]} حيث يسمح هيدروكسلة HIF باستهداف البروتين للتحلل. ^{[ 23 ]} وقد استُهدف إنزيم بروليل هيدروكسيلاز HIF بمجموعة متنوعة من المثبطات التي تهدف إلى علاج السكتة الدماغية ، ^{[ 24 ]} وأمراض الكلى، ^{[ 25 ]} ونقص التروية ، ^{[ 26 ]} وفقر الدم ، ^{[ 27 ]} وغيرها من الأمراض الهامة.

• هيدروكسيلاز البروتوكولاجين
• بروليل هيدروكسيلاز
• بروليل 4-هيدروكسيلاز
• بروتوكولاجين بروليل هيدروكسيلاز

• بروكولاجين-برولين+ديوكسيجيناز في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• نطاق ديوكسيجيناز 2-أوكسوغلوتارات Fe(2+) في PROSITE