بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين ( EC 5.3.4.1 )، أو PDI، هو إنزيم موجود في الشبكة الإندوبلازمية في حقيقيات النوى وفي الحيز المحيط بالبلازما في البكتيريا، ويحفز تكوين وكسر روابط ثنائي الكبريتيد بين بقايا السيستين داخل البروتينات أثناء طيها. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] وهذا يسمح للبروتينات بإيجاد الترتيب الصحيح لروابط ثنائي الكبريتيد بسرعة في حالتها المطوية بالكامل، وبالتالي يعمل الإنزيم على تحفيز طي البروتين .

بناء

يحتوي إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز على نطاقين محفزين شبيهين بالثيوريدوكسين (مواقع نشطة)، يحتوي كل منهما على النمط CGHC المتعارف عليه، ونطاقين غير محفزين. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] يشبه هذا التركيب تركيب الإنزيمات المسؤولة عن الطي التأكسدي في الحيز بين الغشائي للميتوكوندريا؛ ومن الأمثلة على ذلك بروتين استيراد وتجميع الحيز بين الغشائي للميتوكوندريا (Mia40)، الذي يحتوي على نطاقين محفزين يحتويان على CX9C ، وهو مشابه لنطاق CGHC الخاص بإنزيم PDI. [ 7 ] كما يحتوي إنزيم DsbA البكتيري ، المسؤول عن الطي التأكسدي، على نطاق ثيوريدوكسين CXXC. [ 8 ]

البنية الأولية لإنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين مع تسلسل المجالات

وظيفة

طي البروتين

يُظهر إنزيم PDI خصائص الأكسدة والاختزال والإيزوميراز ، وكلاهما يعتمد على نوع الركيزة التي ترتبط به، وعلى التغيرات في حالة الأكسدة والاختزال الخاصة به. [ 4 ] تسمح هذه الأنشطة بطي البروتينات بالأكسدة. يتضمن الطي بالأكسدة أكسدة بقايا السيستين المختزلة في البروتينات حديثة التكوين؛ فعند أكسدة هذه البقايا، تتشكل جسور ثنائية الكبريتيد، مما يُثبّت البروتينات ويسمح بتكوين بنيتها الأصلية (أي البنية الثالثية والرابعية). [ 4 ] وبناءً على ذلك، ترتبط أيونات الزنك بإنزيم PDIA1 بطريقة تعتمد على الأكسدة والاختزال - حيث يرتبط كل من الشكلين المختزل والمؤكسد بأيونات Zn²⁺، ولكن بنسب قياس مختلفة - مما يؤدي إلى تأثيرات واضحة على استقرار البنية (بما في ذلك تغيرات في انتقالات التمسخ الحراري) وتثبيط نشاط اختزال الثيول للإنزيم المختزل. [ 9 ]

آلية ومسار الطي التأكسدي المنتظم

يُعدّ إنزيم PDI مسؤولاً تحديداً عن طي البروتينات في الشبكة الإندوبلازمية. [ 6 ] في البروتين غير المطوي، يُشكّل بقايا السيستين رابطة ثنائية الكبريتيد مختلطة مع بقايا سيستين أخرى في الموقع النشط (نمط CGHC) لإنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز. ثم يُشكّل بقايا سيستين ثانية جسراً ثنائي الكبريتيد مستقراً داخل الركيزة ، تاركاً بقايا السيستين في الموقع النشط لإنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز في حالة مُختزلة. [ 4 ]

PDIA1

بعد ذلك، يمكن إعادة توليد PDI إلى شكله المؤكسد في الشبكة الإندوبلازمية عن طريق نقل الإلكترونات إلى بروتينات إعادة الأكسدة مثل ER oxidoreductin 1 (Ero 1)، وVKOR (مختزل إيبوكسيد فيتامين K)، وبيروكسيداز الجلوتاثيون (Gpx7/8)، وPrxIV (بيروكسيريدوكسين IV). [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 6 ] يُعتقد أن Ero1 هو البروتين الرئيسي لإعادة أكسدة PDI، ومسار إعادة أكسدة PDI بواسطة Ero1 مفهوم بشكل أفضل من مسار إعادة أكسدة البروتينات الأخرى. [ 11 ] يستقبل Ero1 الإلكترونات من PDI ويتبرع بها لجزيئات الأكسجين في الشبكة الإندوبلازمية، مما يؤدي إلى تكوين بيروكسيد الهيدروجين. [ 11 ]

آلية البروتين المطوي بشكل خاطئ

يستطيع الشكل المختزل (ثنائي الثيول) من إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين تحفيز اختزال رابطة ثنائي كبريتيد مشوهة في الركيزة، إما عن طريق نشاط الاختزال أو نشاط الإيزوميراز. [ 12 ] في طريقة الاختزال، تتحول رابطة ثنائي كبريتيد الركيزة المطوية بشكل خاطئ إلى زوج من بقايا السيستين المختزلة عن طريق نقل الإلكترونات من الجلوتاثيون وNADPH. بعد ذلك، يحدث الطي الطبيعي مع تكوين رابطة ثنائي كبريتيد مؤكسدة بين أزواج بقايا السيستين الصحيحة في الركيزة، مما يؤدي إلى بروتين مطوي بشكل صحيح. أما في طريقة الإيزوميراز، فيتم تحفيز إعادة ترتيب المجموعات الوظيفية للركيزة داخل الجزيء بالقرب من الطرف الأميني لكل موقع نشط. [ 4 ] لذلك، فإن إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين قادر على تحفيز تعديل ما بعد الترجمة، وهو تبادل روابط ثنائي الكبريتيد .

إشارات الأكسدة والاختزال

في البلاستيدات الخضراء للطحالب وحيدة الخلية الكلاميدوموناس رينهاردتي، يعمل إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين RB60 كمكون مستشعر للأكسدة والاختزال ضمن مركب بروتيني رابط للـ mRNA، والذي يُعتقد أنه يشارك في التنظيم الضوئي لترجمة psbA، وهو الحمض النووي الريبوزي الذي يشفر البروتين الأساسي D1 للنظام الضوئي الثاني . وقد أشارت الدراسات أيضًا إلى أن إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين يلعب دورًا في تكوين روابط ثنائي الكبريتيد التنظيمية في البلاستيدات الخضراء. [ 13 ]

وظائف أخرى

الجهاز المناعي

يساعد إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز في تحميل الببتيدات المستضدية في جزيئات معقد التوافق النسيجي الرئيسي من الفئة الأولى (MHC I ). وترتبط هذه الجزيئات (MHC I) بعرض الببتيدات بواسطة الخلايا العارضة للمستضدات في الاستجابة المناعية .

وُجد أن إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين يشارك في كسر الروابط على بروتين gp120 لفيروس نقص المناعة البشرية أثناء إصابة الخلايا التائية المساعدة (CD4+) ، وهو ضروري لإصابة الخلايا اللمفاوية والخلايا الوحيدة. [ 14 ] أظهرت بعض الدراسات أنه متاح لإصابة فيروس نقص المناعة البشرية على سطح الخلية متجمعًا حول بروتين CD4. مع ذلك، أظهرت دراسات أخرى متضاربة أنه غير موجود على سطح الخلية، بل يوجد بكميات كبيرة في بلازما الدم.

نشاط المرافقة

تتمثل إحدى الوظائف الرئيسية الأخرى لإنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز في دوره كبروتين مرافق ؛ إذ يُساعد نطاقه b' في ربط البروتينات المطوية بشكل خاطئ تمهيدًا لتحللها . [ 4 ] ويتم تنظيم هذه العملية بواسطة ثلاثة بروتينات غشائية في الشبكة الإندوبلازمية، وهي: كيناز البروتين الشبيه بكيناز الحمض النووي الريبي في الشبكة الإندوبلازمية (PERK)، وكيناز الإينوزيتول 1 (IRE1)، وعامل النسخ المنشط 6 (ATF6). [ 4 ] [ 15 ] تستجيب هذه البروتينات لارتفاع مستويات البروتينات المطوية بشكل خاطئ في الشبكة الإندوبلازمية عبر سلسلة من الإشارات الخلوية التي تُنشط بدورها نشاط بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز كبروتين مرافق. [ 4 ] كما تُمكن هذه الإشارات من تثبيط ترجمة هذه البروتينات المطوية بشكل خاطئ، لأن سلسلة الإشارات تنتقل من الشبكة الإندوبلازمية إلى النواة. [ 4 ]

اختبارات النشاط

اختبار تعكر الأنسولين : يقوم إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز بكسر رابطتي ثنائي الكبريتيد بين سلسلتي الأنسولين (أ و ب)، مما يؤدي إلى ترسب سلسلة ب. يمكن رصد هذا الترسب عند 650  نانومتر، وهو ما يُستخدم بشكل غير مباشر لرصد نشاط إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز. [ 16 ] حساسية هذا الاختبار في نطاق الميكرومولار.

اختبار ScRNase : يقوم إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز بتحويل إنزيم RNase غير النشط (المُشوش) إلى إنزيم RNase نشط (طبيعي) يعمل بدوره على ركيزته. [ 17 ] تبلغ حساسية الاختبار نطاق الميكرومولار.

اختبار Di-E-GSSG : هو اختبار فلوري قادر على الكشف عن كميات ضئيلة (بيكومولية) من إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز، ولذلك يُعدّ الاختبار الأكثر حساسية حتى الآن للكشف عن نشاط هذا الإنزيم. [ 18 ] يتكون Di-E-GSSG من جزيئين من الإيوسين مرتبطين بالجلوتاثيون المؤكسد (GSSG). يؤدي تقارب جزيئات الإيوسين إلى إخماد فلوريته. مع ذلك، عند كسر رابطة ثنائي الكبريتيد بواسطة إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز، تزداد الفلورة بمقدار 70 ضعفًا.

التوتر والكبح

تأثيرات الإجهاد النيتروزي

يؤدي خلل التوازن التأكسدي والاختزالي إلى زيادة الإجهاد النيتروزي في الشبكة الإندوبلازمية. وتؤدي هذه التغيرات الضارة في البيئة الخلوية الطبيعية للخلايا الحساسة، مثل الخلايا العصبية، إلى تعطيل عمل الإنزيمات المحتوية على الثيول. [ 15 ] وبشكل أكثر تحديدًا، يفقد إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد الأيزوميراز قدرته على إصلاح البروتينات المطوية بشكل خاطئ بمجرد ارتباط مجموعة أكسيد النيتريك بمجموعة الثيول في موقعه النشط؛ ونتيجة لذلك، تتراكم البروتينات المطوية بشكل خاطئ في الخلايا العصبية، وهو ما يرتبط بتطور الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون. [ 4 ] [ 15 ]

التثبيط

نظراً لدور إنزيم بروتين ثنائي كبريتيد الأيزوميراز في العديد من الحالات المرضية، فقد تم تطوير مثبطات جزيئية صغيرة لهذا الإنزيم. يمكن لهذه الجزيئات استهداف الموقع النشط لإنزيم بروتين ثنائي كبريتيد الأيزوميراز إما بشكل غير قابل للعكس [ 19 ] أو بشكل قابل للعكس [ 20 ] .

لقد ثبت أن نشاط إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين يتم تثبيطه بواسطة النبيذ الأحمر وعصير العنب، وهو ما قد يفسر المفارقة الفرنسية . [ 21 ]

أعضاء

تشمل الجينات البشرية التي تشفر بروتينات ثنائي كبريتيد إيزوميراز ما يلي: [ 3 ] [ 22 ] [ 23 ]

مراجع

  1. ↑ ويلكنسون ب، جيلبرت هـ ف (يونيو 2004). "إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين". مجلة بيوشيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - البروتينات والبروتيوميات . 1699 ( 1-2 ): 35-44 . doi : 10.1016/j.bbapap.2004.02.017 . PMID 15158710 . 
  2. ↑ غروبر سي دبليو، سيمازار إم، هيراس بي، مارتن جيه إل، كريك دي جيه (أغسطس 2006). "إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين: بنية الطي التأكسدي". اتجاهات في العلوم البيوكيميائية . 31 (8): 455-464 . doi : 10.1016/j.tibs.2006.06.001 . PMID 16815710 . 
  3. 1 2 جاليجان جيه جيه، بيترسن دي آر (يوليو 2012). "عائلة جينات إيزوميراز ثاني كبريتيد البروتين البشري" . الجينوم البشري . 6 (1) 6. دوى : 10.1186/1479-7364-6-6 . بمك 3500226 . بميد 23245351 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 بيري إي آر، توماس سي جيه، باراخ إس، سبنسر دي إم، أتكين جيه دي (2016). " استجابة البروتين غير المطوي ودور إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين في التنكس العصبي" . مجلة فرونتيرز في بيولوجيا الخلية والتطور . 3 : 80. doi : 10.3389/fcell.2015.00080 . PMC 4705227. PMID 26779479 .  
  5. ↑ بيشتل تي جيه، وييرابانا إي (مارس 2017). " من البنية إلى الأكسدة والاختزال: الأدوار الوظيفية المتنوعة لثنائي الكبريتيد وآثارها في الأمراض" . بروتيوميكس . 17 (6) 1600391. doi : 10.1002/pmic.201600391 . PMC 5367942. PMID 28044432 .  
  6. 1 2 3 سواريس موريتي إيه آي، مارتينز لوريندو إف آر (مارس 2017). "إيزوميرازات ثنائي كبريتيد البروتين: روابط الأكسدة والاختزال داخل وخارج الشبكة الإندوبلازمية". أرشيف الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية . كيمياء إشارات الأكسدة والاختزال. 617 : 106-119 . doi : 10.1016/j.abb.2016.11.007 . PMID 27889386 . 
  7. ↑ أردوغان، أ. ج.، وريمر، ج. (يناير 2017). "نقل ثنائي الكبريتيد في الميتوكوندريا وركائزه: آلياته في الصحة والمرض". أبحاث الخلايا والأنسجة . 367 (1): 59-72 . doi : 10.1007/s00441-016-2481-z . PMID 27543052. S2CID 35346837 .  
  8. ↑ هو إس إتش، بيك جيه إيه، راتيغان إي، تايلور آر كيه، مارتن جيه إل (أبريل 1997). "بنية TcpG، محفز طي البروتين DsbA من ضمة الكوليرا" . مجلة البيولوجيا الجزيئية . 268 (1): 137-146 . doi : 10.1006/jmbi.1997.0940 . PMID 9149147 . 
  9. ↑ موريتي إيه آي، باكشيفا في إي، رومان إيه واي، دي بيسا تي سي، ديفريد إف، كوفاسيتش إتش، تسفيتكوف بي أو (2024). " استكشاف تأثير أيونات الزنك على استقرار البنية ونشاط إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين" . المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . 25 (4): 2095. doi : 10.3390/ijms25042095 . PMC 10889200. PMID 38396772 .  
  10. ↑ مانغاناس، ب.، ماكفيرسون، ل.، توكاتليديس، ك. (يناير 2017). "التكوين الحيوي للبروتينات المؤكسدة وتنظيم الأكسدة والاختزال في الحيز بين غشائي الميتوكوندريا" . أبحاث الخلايا والأنسجة . 367 (1): 43-57 . doi : 10.1007/s00441-016-2488-5 . PMC 5203823. PMID 27632163 .  
  11. 1 2 3 أوكا أو بي، يوه إتش واي، بوليد إن جيه (يوليو 2015). "تبادل الثيول-ثنائي الكبريتيد بين عائلة PDI من الأكسيدوريدوكتازات يُلغي الحاجة إلى أوكسيداز أو ريدوكتاز لكل إنزيم" . مجلة الكيمياء الحيوية . 469 (2): 279-88 . doi : 10.1042/bj20141423 . PMC 4613490. PMID 25989104 .  
  12. ↑ هاتاهيت ف، رودوك ل.و. (أكتوبر 2007). "التعرف على الركيزة بواسطة إنزيمات إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين". مجلة FEBS . 274 (20): 5223-34 . doi : 10.1111/j.1742-4658.2007.06058.x . PMID 17892489. S2CID 9455925 .  
  13. ↑ ويتنبرغ جي، دانون أ (2008). "تكوين الرابطة ثنائية الكبريتيد في البلاستيدات الخضراء". علوم النبات . 175 (4): 459-466 . doi : 10.1016/j.plantsci.2008.05.011 .
  14. ↑ رايزر إتش جيه، فلوكيجر آر (أغسطس 2005). "التقدم المحرز في استهداف دخول فيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول". اكتشاف الأدوية اليوم . 10 (16): 1085-94 . doi : 10.1016/S1359-6446(05)03550-6 . PMID 16182193 . 
  15. 1 2 3 ماك بين جي جي، لوبيز إم جي، والنر إف كيه (يونيو 2017). " العلاجات القائمة على تفاعلات الأكسدة والاختزال في الأمراض التنكسية العصبية" . المجلة البريطانية لعلم الأدوية . 174 (12): 1750-1770 . doi : 10.1111/bph.13551 . PMC 5446580. PMID 27477685 .  
  16. ↑ لوندستروم ج، هولمغرين أ (يونيو 1990). "إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين هو ركيزة لإنزيم مختزل الثيوريدوكسين وله نشاط مشابه للثيوريدوكسين" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 265 (16): 9114-20 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)38819-2 . PMID 2188973 . 
  17. ↑ لايلز إم إم، جيلبرت إتش إف (يناير 1991). "تحفيز الطي التأكسدي للريبونوكلياز أ بواسطة إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين: اعتماد المعدل على تركيب محلول الأكسدة والاختزال". الكيمياء الحيوية . 30 (3): 613-619 . doi : 10.1021/bi00217a004 . PMID 1988050 . 
  18. ↑ راتوري أ، موتوس ب (يوليو 2007). "توصيف حالة الأكسدة والاختزال ونشاط اختزال بروتين ثنائي كبريتيد إيزوميراز في ظل بيئات أكسدة واختزال مختلفة باستخدام فحص فلوري حساس". بيولوجيا الطب والجذور الحرة . 43 (1): 62-70 . doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.025 . PMID 17561094 . 
  19. ↑ هوفستروم بي جي، كابلان إيه، ليتسو آر، شميد آر إس، تورميل جي جي، لو دي سي، ستوكويل بي آر (ديسمبر 2010). "مثبطات إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين تثبط موت الخلايا المبرمج الناجم عن البروتينات المطوية بشكل خاطئ" . مجلة نيتشر للكيمياء الحيوية . 6 (12): 900-906 . doi : 10.1038/nchembio.467 . PMC 3018711. PMID 21079601 .  
  20. ↑ كابلان أ، غاشلر م م، دان د إ، كوليغان ر، براون ل م، بالمر أ ج، لو د س، ستوكويل ب ر (أبريل 2015). "أكسدة إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين بواسطة جزيئات صغيرة تحمي الأعصاب" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 112 (17): E2245-52. Bibcode : 2015PNAS..112E2245K . doi : 10.1073 / pnas.1500439112 . PMC 4418888. PMID 25848045 .  
  21. ↑ جالينسكي سي إن، زويكر جي آي، كينيدي دي آر (يناير 2016). "إعادة النظر في الأساس الآلي للمفارقة الفرنسية: النبيذ الأحمر يثبط نشاط إنزيم إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين في المختبر" . أبحاث التخثر . 137 : 169-173 . doi : 10.1016/j.thromres.2015.11.003 . PMC 4706467. PMID 26585763 .  
  22. ↑ إلغارد إل، رودوك إل دبليو (يناير 2005). "عائلة إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين البشري: تفاعلات الركيزة والخصائص الوظيفية" . تقارير EMBO . 6 (1): 28-32 . doi : 10.1038/sj.embor.7400311 (غير نشط في 3 ديسمبر 2025). PMC 1299221. PMID 15643448 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من ديسمبر 2025 ( رابط )
  23. ↑ أبينزيلر-هرتسوغ سي، إيلغارد إل (أبريل 2008). "عائلة PDI البشرية: تنوع مُختزل في بنية واحدة" . مجلة بيوشيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - أبحاث الخلية الجزيئية . 1783 (4): 535-48 . doi : 10.1016/j.bbamcr.2007.11.010 . PMID 18093543 .