فوسفات البيريدوكسال

فوسفات البيريدوكسال ( PLP ، فوسفات البيريدوكسال 5' ، P5P، المعروف علميًا باسم فوسفات ثنائي هيدروجين 4-فورميل-5-هيدروكسي-6-ميثيل بيريدين-3-يل)ميثيل ، وهو الشكل النشط لفيتامين B6 _، يُعدّ إنزيمًا مساعدًا في العديد من التفاعلات الإنزيمية . وقد صنّف الاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية أكثر من 140 نشاطًا يعتمد على PLP، ما يُمثّل حوالي 4% من جميع الأنشطة المُصنّفة. ^{[ 5 ]} وتكمن براعة PLP في قدرته على الارتباط التساهمي بالركيزة، ثم العمل كمحفز إلكتروفيلي، وبالتالي تثبيت أنواع مختلفة من وسائط التفاعل الكربانيونية.

يعمل PLP كإنزيم مساعد في جميع تفاعلات نقل الأمين ، وفي بعض تفاعلات نزع الكربوكسيل ، ونزع الأمين ، والتحويل إلى متصاوغات ضوئية للأحماض الأمينية . ^{[ 6 ]} تشكل مجموعة الألدهيد في PLP رابطة قاعدة شيف ( ألديمين داخلي ) مع مجموعة إبسيلون-أمينو لمجموعة ليسين محددة في إنزيم ناقل الأمين . تحل مجموعة ألفا-أمينو في ركيزة الحمض الأميني محل مجموعة إبسيلون-أمينو في بقايا الليسين في الموقع النشط في عملية تُعرف باسم نقل الألديمين. يمكن للألديمين الخارجي الناتج أن يفقد بروتونًا أو ثاني أكسيد الكربون أو سلسلة جانبية من حمض أميني ليصبح وسيطًا كينونيًا، والذي بدوره يمكن أن يعمل ككاشف نيوكليوفيلي في العديد من مسارات التفاعل.

في عملية نقل الأمين، بعد نزع البروتون، يستقبل المركب الوسيط الكينوني بروتونًا في موضع مختلف ليصبح كيتيمينًا . ثم يُحلل الكيتيمين الناتج مائيًا بحيث تبقى مجموعة الأمين على المركب. ^{[ 7 ]} بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم فوسفات البيريدوكسال (PLP) بواسطة ناقلات الأمين (أو ناقلات الأميناز) التي تعمل على سكريات غير عادية مثل البيروسامين والديوسامين . [ 8 ^{] في هذه} التفاعلات، يتفاعل فوسفات البيريدوكسال مع الغلوتامات ، التي تنقل مجموعة ألفا-أمينو الخاصة بها إلى فوسفات البيريدوكسال لتكوين فوسفات البيريدوكسامين (PMP). ثم ينقل فوسفات البيريدوكسامين النيتروجين إلى السكر، مكونًا سكرًا أمينيًا .

يشارك PLP أيضًا في تفاعلات الإزالة بيتا المختلفة مثل التفاعلات التي يقوم بها إنزيم سيرين ديهيدراتاز وإنزيم GDP-4-كيتو-6-ديوكسي مانوز-3-ديهيدراتاز (ColD) . ^{[ 8 ]}

كما أنه نشط في تفاعل التكثيف في تخليق الهيم ، كعامل مساعد لإنزيم سينثاز حمض أمينوليفولينيك في الميتوكوندريا. ^{[ 9 ]}

يلعب PLP دورًا في تحويل ليفودوبا إلى دوبامين ، ويسهل تحويل الناقل العصبي المثير جلوتامات إلى الناقل العصبي المثبط GABA ، ويسمح بإزالة الكربوكسيل من SAM لتكوين بروبيل أمين ، وهو مادة أولية للبوليامينات.

يؤدي فوسفات البيريدوكسال أدوارًا عديدة في جسم الإنسان. فيما يلي بعض الأمثلة:

• استقلاب وتخليق السيروتونين . يُعد فوسفات البيريدوكسال عاملًا مساعدًا لإنزيم ديكاربوكسيلاز الأحماض الأمينية العطرية L. يسمح هذا بتحويل 5-هيدروكسي تريبتوفان ( 5-HTP) إلى سيروتونين (5-HT). يحدث هذا التفاعل في الخلايا العصبية السيروتونينية.
• استقلاب وتخليق الهيستامين . يُعد فوسفات البيريدوكسال عاملًا مساعدًا لإنزيم ديكاربوكسيلاز الهيستيدين-L ، مما يسمح بتحويل الهيستيدين إلى هيستامين. يحدث هذا التفاعل في جهاز جولجي في الخلايا البدينة والخلايا القاعدية . بعد ذلك، يُخزن الهيستامين في حبيبات داخل الخلايا البدينة على شكل مُركب مع بقايا حمضية من بروتيوغليكان الهيبارين، بينما يُخزن في الخلايا القاعدية على شكل مُركب مع كبريتات الكوندرويتين.
• استقلاب وتخليق حمض غاما-أمينوبيوتيريك ( GABA ) . يُعد فوسفات البيريدوكسال عاملًا مساعدًا لإنزيم ديكاربوكسيلاز حمض الجلوتاميك (GAD)، مما يسمح بتحويل الجلوتامات إلى GABA. يحدث هذا التفاعل في سيتوبلازم نهايات الخلايا العصبية GABAergic، ولذلك قد يُسبب نقص فيتامين B6 _نوبات صرع لدى الأطفال. كما يُشارك فوسفات البيريدوكسال في نزع الأمين التأكسدي لـ GABA، حيث يعمل كعامل مساعد لإنزيم ناقل أمين GABA.
• استقلاب الأورنيثين . يُعد فوسفات البيريدوكسال عاملًا مساعدًا لإنزيم ديكاربوكسيلاز الأورنيثين . ^{[ 10 ]} ولذلك، فهو مرتبط بتخليق البوليامينات؛ وهي مركبات أساسية مرتبطة بنمو الخلايا وتكاثرها. ^{[ 11 ]}
• نقل الأمين . يشارك فوسفات البيريدوكسال في تحلل وتخليق الأحماض الأمينية والدهون والكربوهيدرات، وفي التخليق الحيوي للهرمونات والنواقل العصبية والهيم. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

في الظروف الطبيعية، يمتصّ الأمعاء البشرية بشكل رئيسي فيتامينات B6 غير المفسفرة . يمكن تحلل الأشكال المفسفرة من فيتامين B6 وجلوكوزيد البيريدوكسين بواسطة الفوسفاتازات المعوية وإنزيم جليكوسيداز معوي، على التوالي، لتعزيز الانتشار السلبي للبيريدوكسامين والبيريدوكسين والبيريدوكسال. في الكبد أو الأمعاء، يُعاد فسفرتها بواسطة كيناز البيريدوكسال (EC 2.7.1.35) لتجنب الانتشار العكسي ^{[ 14 ].} يُعدّ إنزيم NAPE-PLD، وهو فوسفوليباز D الخاص بـ N-أسيل فوسفاتيديل إيثانولامين، بروتينًا ناقلًا/ناقلًا غشائيًا لـ PLP (وغيره من الأشكال المفسفرة من فيتامين B6) وهو إنزيم غشائي بشري من نظام الإندوكانابينويد . ^{[ 15 ]} في وجود الأحماض الصفراوية (مثلًا، أثناء الهضم )، يُنشئ إنزيم NAPE-PLD، عبر قناته الداخلية، مسامات غشائية تُشكل مسارات توصيل ديناميكية تسمح للعوامل المساعدة المشحونة لفيتامين B6 بالانتشار عبر أغشية الخلايا وأغشية الحجيرات الخلوية (مثل الميتوكوندريا، والبيروكسيسوم، والإندوسوم)، حيث تُمارس أنشطتها الإنزيمية النوعية. وبذلك، يُسهم إنزيم NAPE-PLD في امتصاص وتعبئة PLP داخل الخلايا، وفي تلبية الطلب المتزايد على هذا العامل المساعد في الحالات المرضية التي تتسم بارتفاع مستوى الإندوكانابينويد. ويُحافظ على تركيز PLP الحر داخل الخلايا عند حوالي 1 ميكرومولار لمنع حدوث تفاعلات غير مرغوب فيها. وتشمل البروتينات التي ترتبط بـ PLP وتُساعد في الحفاظ على تركيزات منخفضة من PLP الحر: فوسفوريلاز الجليكوجين في العضلات، والهيموجلوبين في كريات الدم الحمراء، والألبومين في البلازما، وإنزيم NAPE-PLD بشكل رئيسي في الدماغ، والأمعاء، والكبد، والكلى، والجهاز التناسلي. عندما يتجاوز تناول فيتامينات B6 الاحتياجات، يتم إزالة الفوسفات من PLP (بشكل رئيسي في الكبد) ويتم أكسدة البيريدوكسال إلى حمض البيريدوكسيك قبل إفرازه في البول.

يوجد فوسفات البيريدوكسال (PLP) أيضًا على إنزيم فوسفوريلاز الجليكوجين في الكبد، حيث يُستخدم لتحليل الجليكوجين في عملية تحلل الجليكوجين عندما يُحفزه الجلوكاجون أو الإبينفرين على ذلك. مع ذلك، لا يستغل هذا الإنزيم مجموعة الألدهيد التفاعلية، بل يستخدم مجموعة الفوسفات الموجودة على فوسفات البيريدوكسال (PLP) لإتمام تفاعله.

على الرغم من أن الغالبية العظمى من الإنزيمات المعتمدة على فوسفات البيريدوكسال (PLP) تُشكّل رابطة ألديمين داخلية مع PLP عبر بقايا الليسين في الموقع النشط، فإن بعض هذه الإنزيمات لا تحتوي على بقايا الليسين هذه، بل تحتوي على الهيستيدين في الموقع النشط. في هذه الحالة، لا يستطيع الهيستيدين تكوين رابطة الألديمين الداخلية، وبالتالي لا يرتبط العامل المساعد تساهميًا بالإنزيم. يُعد إنزيم ديهيدراتاز 4-كيتو-6-ديوكسي مانوز-3-ديهيدراتاز (ColD) مثالًا على هذا النوع من الإنزيمات. ^{[ 16 ]} يُنظّم إنزيم هيدروكسي ميثيل ترانسفيراز السيرين البشري 2 (SHMT2) تفاعلات نقل الكربون الأحادي اللازمة لاستقلاب الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات، ويتواجد في شكلين: ثنائي ورباعي. يُعد الشكل الثنائي من SHMT2 مثبطًا قويًا لمركب إنزيم ديوبيكويتيليز BRISC، الذي يُنظّم الإشارات الخلوية المناعية. تُشير الدراسات الحديثة إلى أن PLP يُحفّز تكوين رباعي SJMT2. يمنع هذا التفاعل مع مركب BRISC deubiqutylase، مما قد يربط مستويات فيتامين B6 واستقلابه بالالتهاب. ^{[ 17 ]}

تحفز الإنزيمات المعتمدة على بيريدوكسال-5′-فوسفات (إنزيمات PLP) تفاعلاتٍ لا حصر لها. ورغم أن نطاق التفاعلات المحفزة بواسطة PLP يبدو واسعًا للغاية، إلا أن المبدأ الجامع بينها هو تكوين ألديمين داخلي مشتق من الليسين. بمجرد تفاعل الركيزة الأمينية مع الموقع النشط، تتولد قاعدة شيف جديدة، تُعرف عادةً باسم الألديمين الخارجي. بعد هذه الخطوة، يتفرع مسار كل تفاعل من التفاعلات المحفزة بواسطة PLP. ^{[ 18 ]}

تُكتسب الخصوصية من خلال حقيقة أنه من بين الروابط الأربع لذرة الكربون ألفا في حالة الألديمين للحمض الأميني، ستنكسر الرابطة العمودية على حلقة البيريدين ( فرضية دوناثان الفراغية الإلكترونية ). ^{[ 19 ] [ 20 ]} وبالتالي، تتحدد الخصوصية بكيفية ارتباط الإنزيمات بركائزها. كما يلعب سهولة بروتنة ذرة النيتروجين في حلقة البيريدين دورًا إضافيًا في الخصوصية . ^{[ 21 ]}

يُحتفظ بـ PLP في الموقع النشط ليس فقط بفضل الليسين، بل أيضًا بفضل تفاعل مجموعة الفوسفات مع جيب ارتباط الفوسفات، وبدرجة أقل بفضل تكديس قاعدة حلقة البيريدين مع بقايا عطرية متدلية، عادةً التيروسين (الذي قد يشارك أيضًا في التحفيز الحمضي القاعدي). على الرغم من المتطلبات المحدودة لجيب ارتباط PLP، فإن إنزيمات PLP تنتمي إلى خمس عائلات مختلفة فقط. لا ترتبط هذه العائلات ارتباطًا وثيقًا بنوع معين من التفاعلات. تُصنف العائلات الخمس وفقًا لأنواع الطي متبوعة برقم روماني. ^{[ 19 ]}

• النوع الأول من الطي - عائلة ناقلة أمين الأسبارتات
• النوع الثاني من الطي - عائلة سينثاز التربتوفان
• النوع الثالث من الطي - عائلة راسيميز الألانين (TIM-barrel)
• النوع الرابع من الطي - عائلة ناقلات أمينو الأحماض الأمينية D
• النوع الخامس من الطي - عائلة فوسفوريلاز الجليكوجين

هناك العديد من مثبطات إنزيمات PLP المعروفة.

يشكل أحد أنواع المثبطات إلكتروفيلياً مع PLP، مما يؤدي إلى تفاعله بشكل لا رجعة فيه مع الليسين الموجود في الموقع النشط. ومن هذه المثبطات المركبات الأسيتيلينية (مثل بروبارجيل جليسين) والمركبات الفينيلية (مثل فينيل جليسين). بينما يُعطّل نوع آخر من المثبطات PLP، ومن هذه المثبطات نظائر الركيزة ألفا-ميثيل وأمينو-أوكسي (مثل ألفا-ميثيل جلوتامات). كما توجد مثبطات أخرى ذات مجموعات مغادرة جيدة تهاجم PLP نيوكليوفيلياً، مثل الكلوروألانين ، الذي يُثبّط عدداً كبيراً من الإنزيمات. ^{[ 19 ]}

أمثلة على المثبطات:

• في الفئران التي أُعطيت 10 ميكروغرام فقط من هرمون الثيروكسين  (D,L) يوميًا لمدة 15 يومًا، اختفى نشاط إنزيم سيستين ديسلفيدراز في الكبد، وانخفض نشاط إنزيمات سيرين وثريونين ديهيدراز وألانين غلوتامات ترانساميناز بنسبة 40% تقريبًا. يؤدي إعطاء بيريدوكسال-5-فوسفات في الجسم الحي، أو إضافة هذا الإنزيم المساعد إلى مستحضرات الكبد في المختبر، إلى استعادة النشاط الكامل لجميع هذه الإنزيمات، كما أن التثبيط الطفيف الذي لوحظ في المختبر بوجود 10⁻⁵ ^مولار من الثيروكسين يُعكس أيضًا بواسطة بيريدوكسال-5-فوسفات. ^{[ 31 ] [ 32 ]}
• يُثبّط البيريدوكسين، وهو الشكل غير النشط، البيريدوكسال-5'-فوسفات النشط تنافسيًا. ونتيجةً لذلك، قد تُشابه أعراض تناول مكملات فيتامين ب6 على شكل بيريدوكسين أعراض نقص فيتامين ب6؛ وهو تأثير يُمكن تجنّبه بتناول مكملات P5P بدلًا من ذلك. ^{[ 33 ]}
• يثبط مركب AlaP (فوسفونات الألانين) إنزيمات راسيميز الألانين ، لكن افتقاره إلى الخصوصية دفع إلى تصميم المزيد من مثبطات ALR. ^{[ 34 ]}
• يثبط كل من جاباكولين وفيجاباترين إنزيم ناقل أمينو جابا
• يثبط كل من الكانالين و5-فلوروميثيل أورنيثين إنزيم ناقل أمين الأورنيثين
• يثبط أمينو-أوكسي SAM إنزيم ACC سينثاز

تتعدد الأصول التطورية للإنزيمات المعتمدة على بيريدوكسال-5-فوسفات (فيتامين ب6) . وقد تفرعت إنزيمات فيتامين ب6 عمومًا إلى أربعة خطوط تطورية مستقلة: عائلة ألفا (مثل ناقلة أمين الأسبارتات )، وعائلة بيتا ( نازعة هيدروجين السيرين )، وعائلة ناقلة أمين الألانين ، وعائلة راسيميز الألانين . ويتجلى التشابه التطوري في عائلة بيتا في آلية عملها. فجميع إنزيمات بيتا هي ليازات ، وتحفز التفاعلات التي تشارك فيها ذرات الكربون ألفا وبيتا. وبشكل عام، في الإنزيمات المعتمدة على بيريدوكسال -5-فوسفات ، يرتبط بيريدوكسال-5-فوسفات في جميع الحالات برابطة تساهمية عبر رابطة إيمينية مع مجموعة الأمين في الموقع النشط. ^{[ 35 ]}

• نازعة كربوكسيل الأحماض الأمينية العطرية-L
• إنزيم أورنيثين ديكاربوكسيلاز

• A11HA06 ( منظمة الصحة العالمية )