ستيفن ج. بنكوفيتش

ستيفن جيمس بنكوفيتش كيميائي أمريكي معروف بإسهاماته في مجال علم الإنزيمات . يشغل منصب أستاذ إيفان بو الجامعي ورئيس إيبرلي للكيمياء في جامعة ولاية بنسلفانيا. ^{[ 1 ]} وقد طوّر مركبات البورون التي تُعدّ حوامل دوائية فعّالة ضدّ مجموعة متنوعة من الأمراض. ركّز بنكوفيتش على تجميع وخصائص الحركة للآلية الإنزيمية التي تُنفّذ تضاعف الحمض النووي ، وإصلاح الحمض النووي ، وتخليق البيورينات . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

وُلد بينكوفيتش في أورانج، نيو جيرسي، الولايات المتحدة الأمريكية . التحق بجامعة ليهاي ، حيث حصل على بكالوريوس العلوم في الكيمياء وبكالوريوس الآداب في الأدب الإنجليزي عام 1960. ^{[ 1 ] [ 5 ]} ثم حصل على درجة الدكتوراه في الكيمياء العضوية من جامعة كورنيل عام 1963. ^{[ 2 ]} عمل كباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا من عام 1964 إلى عام 1965.

في عام 1965، انضم إلى قسم الكيمياء في جامعة ولاية بنسلفانيا ، وفي عام 1970، رُقّي إلى منصب أستاذ متفرغ في الكيمياء. ^{[ 2 ]} وحصل على مزيد من التقدير في عام 1977 بصفته أستاذًا في الكيمياء يحمل اسم إيفان بو، وفي عام 1988 بصفته حائزًا على كرسي إيبرلي في الكيمياء. ^{[ 1 ]}

قدّم بنكوفيتش إسهاماتٍ أثرت في فهمنا للعمليات البيولوجية . كان من أوائل من افترضوا أن التغيرات البنيوية خارج الموقع النشط للإنزيم ضرورية لتحقيق أقصى قدر من التحفيز . ^{[ 6 ]} وقد تجلّى ذلك في دراساته على إنزيم ديهيدروفولات ريدوكتاز (DHFR) التي حددت تغيرات بنيوية ديناميكية ونطاقها الزمني الذي يُحسّن معدل دوران الإنزيم. ^{[ 7 ] [ 8 ]} كما بيّن كيف تتشكل معقدات الإنزيمات المتعددة لتحقيق التخصص والوظيفة، وكيف تتكامل الأنشطة المتعددة عند وجودها. ^{[ 9 ]} وقد تحقق ذلك في دراساته على تضاعف الحمض النووي ، والتي تناولت تجميع وتفكيك ووظيفة معقد التضاعف T4 الذي يُنسق عملية تضاعف الحمض النووي. ^{[ 10 ]} اكتشف بنكوفيتش أول مثال على الميتابولون العكسي، وهو البورينوسوم في التخليق الحيوي للبيورين من الصفر، والذي يتجمع فقط استجابةً للاحتياجات الخلوية ويعمل زمانيًا ومكانيًا لتوصيل المستقلبات اللازمة إلى مكونات الخلية. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

الحركات التوافقية

كان فهم مصدر كفاءة التحفيز الإنزيمي أحد المحاور الرئيسية لأبحاث بنكوفيتش. ^{[ 13 ] [ 14 ]}  قام أولاً بتحليل دورة التحفيز التي يستخدمها إنزيم ديهيدروفولات ريدوكتاز (DHFR) إلى خطوات فردية باستخدام طرق ما قبل حالة الاستقرار، ثم ربط مساهمة الأحماض الأمينية المختلفة ، داخل الموقع النشط وخارجه، بخطوات محددة. ^{[ 8 ] [ 15 ]}  لم تقتصر التغيرات الملحوظة في معدلات نقل الهيدريد على بقايا الموقع النشط، كما لم تكن تأثيرات الطفرات المتعددة تراكمية من حيث الطاقة الحرة. وقد وُجد أن العمود الفقري للأميد والسلاسل الجانبية لهذه البقايا البعيدة تقع، بواسطة الرنين المغناطيسي النووي، في مناطق حركة عالية التردد (n-psec)، ومن خلال محاكاة الديناميكا الجزيئية، وُجد أن حركات هذه البقايا البعيدة مترابطة. ^{[ 16 ]}  كشف التحليل الجينومي لتسلسلات متعددة من إنزيم ثنائي هيدروفولات ريدوكتاز (DHFR) عن تشابه منخفض في تسلسل الحمض النووي (30%)، ولكن مع مستوى عالٍ من الحفظ في المناطق نفسها التي أشارت التحليلات الحركية وقياسات الرنين المغناطيسي النووي ومحاكاة الديناميكا الجزيئية إلى دور أحماضها الأمينية في التحفيز. ^{[ 6 ]} وقد دمجت هذه الأخيرة هذه البقايا البعيدة مباشرةً في شبكة تعمل على طول مسار التفاعل لتسهيل نقل الهيدريد. ^{[ 13 ] [ 17 ]}

تم تطوير هذا المفهوم لاحقًا ليُفترض أن معدلات الخطوات المقاسة التي تُشكل دورة تحول إنزيم ثنائي هيدروفولات ريدوكتاز (DHFR) تُمثل معدلات التغيرات البنيوية اللازمة لإتمام التحول الكيميائي. ^{[ 6 ]}  لا يقتصر التفاعل الإنزيمي على طاقة التفاعل الكيميائي فحسب، بل على آليات أخذ العينات التي تحدث داخل مُركب الإنزيم والركيزة. ^{[ 18 ]}

يعتمد مفهوم التحفيز البيولوجي هذا على بنية معقد مايكليس الإنزيمي عالي التنظيم، حيث تتجاور بقايا الموقع النشط والركائز، وذلك باستخدام ديناميكيات طي البروتين لأخذ عينات من هيئات الركيزة والموقع النشط بهدف إيجاد الهيئات المثلى للتحول الكيميائي. وتتميز عملية كسر الروابط وتكوينها بسرعة نسبية مقارنةً بعملية أخذ العينات. ويكفي تغيير طفيف ناتج عن حركة داخل طي البروتين على طول شبكة من البقايا المتصلة لتجاوز حاجز التفاعل. ^{[ 13 ]} يحدد طي البروتين نوع التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن تحققها فئة من الإنزيمات (وهو ما يفسر امتداد العنصر الميكانيكي المشترك في عائلات البروتينات الفائقة)؛ وتُعد التأثيرات التغايرية نتيجةً لإنشاء أو تثبيط هذه الشبكات، ويمكن تصميم أدوية تستهدف هذه الشبكات. ^{[ 19 ] [ 20 ]}  كما يفسر هذا المفهوم انخفاض النشاط التحفيزي عمومًا للهياكل الأكثر صلابة مثل الحلقات الكبيرة والأجسام المضادة . ^{[ 21 ]}

مركب متعدد الإنزيمات لتضاعف الحمض النووي - مركب التضاعف T4

من الأهمية بمكان فهم كيفية عمل أنظمة البروتينات المتعددة، مثل الريبليسومات المسؤولة عن تضاعف الحمض النووي ، حيث تُنشئ تفاعلات البروتين-بروتين شبكة تحفيزية واسعة. يمكن تجميع ريبليسوم T4 في المختبر من ثمانية بروتينات منفصلة إلى أربع وحدات تحفز تخليق السلسلة الرائدة والمتأخرة عند شوكة التضاعف. ^{[ 10 ]}  مع توفر ريبليسوم فعال قادر على تخليق السلسلة الرائدة/المتأخرة، تم التوصل إلى اكتشافات رئيسية ذات أهمية واسعة قابلة للتطبيق على ريبليسومات أخرى. أولًا، يقوم البوليميراز بتبادل نشط بين الإنزيمين الكاملين داخل الريبليسوم ، مما يوفر مرونة "إعادة تشكيل" لإصلاح شوكات التضاعف المتوقفة التي تحدث على خيوط الحمض النووي التالفة بواسطة بوليميرازات أخرى تتجاوز التلف . ^{[ 22 ]}  ثانيًا، هناك آليتان تحددان طول قطع أوكازاكي : آلية التصادم الكلاسيكية حيث تلامس قطعة أوكازاكي المكتملة القطعة السابقة، مما يؤدي إلى تحرير بوليميراز السلسلة المتأخرة، وآلية الإشارة حيث يعيد بوليميراز السلسلة المتأخرة تدوير نفسه قبل اكتمال قطعة أوكازاكي السابقة. ^{[ 10 ]}  هذه الخاصية ضرورية للحفاظ على التنسيق بين تخليق السلسلة الرائدة والمتأخرة. ^{[ 23 ]}

التخليق الحيوي لدي نوفو بورين عن طريق استقلاب البيورينوزوم

يُعدّ تنظيم الإنزيمات الأيضية داخل السيتوسول ، المكتظّ بالبروتينات والمستقلبات ، لتسهيل التدفق الأيضي ، سؤالًا مُلحًّا في علم الأيض الخلوي . أحد الحلول يكمن في تكوين مُركّب جزيئي ضخم من الإنزيمات، يُطلق عليه اسم " الميتابولون ". ^{[ 24 ]} يُعدّ مسار التخليق الحيوي للبيورينات من الصفر مسارًا محفوظًا للغاية، ويستهلك طاقةً كبيرة، حيث يُنتج إينوزين 5'-أحادي الفوسفات (IMP) من فوسفوريبوزيل بيروفوسفات (PRPP) . ^{[ 25 ]} في البشر، يتمّ هذا التحوّل الأيضي في عشر خطوات من خلال التنسيق المُتسلسل لأنشطة الإنزيمات الستة. ^{[ 26 ]} تشير الأدلة المُستمدة من المجهر متحد البؤر على خلايا هيلا باستخدام تركيبات هجينة لهذه الإنزيمات إلى إمكانية تكثّف الإنزيمات داخل الخلايا لتكوين البورينوسوم، حيث كشفت عن وجود نقاط مُدمجة مشتركة للإنزيمات الستة، كما هو مُوضّح بالنسبة للإنزيمين FGAMS وGART. ^{[ 27 ] [ 28 ]} على عكس الميتابولونات الثابتة التقليدية ، فإن تكوين البورينوسومات عملية قابلة للانعكاس. ^{[ 24 ]}  وُجد أن التحكم المكاني في تجميع البورينوسومات في خلايا هيلا يتم بمساعدة الأنابيب الدقيقة ، وأنها تتوضع مع الميتوكوندريا كما هو موضح بالتصوير الكيميائي فائق الدقة. ^{[ 29 ]} من المرجح أن يكون التخليق الحيوي للبيورينات من الصفر   أكثر كفاءة عندما تتواجد البورينوسومات بالقرب من الميتوكوندريا لالتقاط الركائز اللازمة التي يتم تصديرها من الميتوكوندريا. ^{[ 30 ]}

تحتوي مثبطات الأدوية على البورون

على الرغم من أن مركبات البورون كانت تُتجنب كأدوية من قبل الكيميائيين الصيدلانيين بسبب سميتها العامة ، فقد أنشأ مختبر بنكوفيتش مكتبة من مركبات البورون التي أظهرت نشاطًا مضادًا للفطريات مذهلاً في الفحص الظاهري للخميرة . أدى انخفاض سميتها الجهازية في حيوانات المختبر إلى تأسيس بنكوفيتش ولوسي شابيرو لشركة أناكور للأدوية ، التي طورت وسوّقت دواءً مضادًا للالتهابات غير ستيرويدي للاستخدام لدى الأطفال والبالغين. ^{[ 31 ]}  تشير الأبحاث المستمرة إلى أن جزيئات البورون قد يكون لها القدرة على التدخل في مجموعة متنوعة من الأمراض، مثل العدوى البكتيرية والفطرية ، وارتفاع ضغط الدم الرئوي ، والأورام .

• 1977 - جائزة فايزر في كيمياء الإنزيمات من الجمعية الكيميائية الأمريكية ^{[ 32 ]}
• 1984 - زميل الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم ^{[ 33 ]}
• 1985 - تم انتخابه لعضوية الأكاديمية الوطنية للعلوم ^{[ 34 ]}
• 1986 – جائزة جولاند هوبكنز
• 1989 - جائزة ريبليجين في كيمياء العمليات البيولوجية ^{[ 35 ]}
• 1994 – معهد الطب، الأكاديمية الوطنية للعلوم ^{[ 34 ]}
• 1995 – جائزة ألفريد بدر ^{[ 36 ]}
• 1995 – دكتوراه فخرية في العلوم، جامعة ليهاي
• 1998 - جائزة رائد الكيمياء ، المعهد الأمريكي للكيميائيين ^{[ 37 ]}
• 2000 - جائزة كريستيان ب. أنفينسن ^{[ 38 ]}
• 2002 - تم انتخابه عضواً في الجمعية الفلسفية الأمريكية ^{[ 39 ]}
• 2003 - جائزة ASBMB – ميرك
• 2005 - جائزة ناكانيشي ^{[ 40 ]}
• 2006 – ميدالية الذكرى المئوية للجمعية الملكية ^{[ 41 ]}
• 2009 - ميدالية بنجامين فرانكلين في علوم الحياة ^{[ 3 ]}
• 2009 - الميدالية الوطنية للعلوم ^{[ 42 ]}
• 2010 - جائزة رالف إف. هيرشمان في كيمياء الببتيد ^{[ 43 ]}
• 2011 – جائزة الأكاديمية الوطنية للعلوم في العلوم الكيميائية ^{[ 44 ]}
• 2015 – زميل الأكاديمية الوطنية للمخترعين (NAI) ^{[ 45 ]}
• 2018 – زميل كلية الأطباء في فيلادلفيا
• 2021 – عضو أجنبي في الجمعية الملكية (ForMemRS) ^{[ 46 ]}

• Fierke, CA, Johnson, KA, and Benkovic, SJ (1987) بناء وتقييم المخطط الحركي المرتبط بـ dihydrofolate reductase من Escherichia coli ، Biochemistry 26 ، 4085-4092. ^{[ 8 ]}
• راجاغوبالان، بي تي آر، لوتز، إس، وبينكوفيتش، إس جيه (2002) تفاعلات الاقتران للبقايا البعيدة تعزز تحفيز ثنائي هيدروفولات ريدوكتاز: التأثيرات الطفرية على معدلات نقل الهيدريد، الكيمياء الحيوية 41 ، 12618-12628. ^{[ 15 ]}
• إبستين، دي إم، بينكوفيتش، إس جيه، ورايت، بي إي (1995) ديناميكيات معقد ثنائي هيدروفولات ريدوكتاز - الفولات: المواقع التحفيزية والمناطق المعروفة بخضوعها لتغيير توافقي تُظهر سمات ديناميكية متنوعة، الكيمياء الحيوية 34 ، 11037-11048. ^{[ 16 ]}
• بنكوفيتش، إس جيه وهامس-شيفر، إس. (2003) منظور حول التحفيز الإنزيمي، ساينس 301 ، 1196-1202. ^{[ 13 ]}
• أغاروال، بي كي، بيلتر، إس آر، راجاغوبالان، بي تي آر، بينكوفيتش، إس جيه، وهامس-شيفر، إس. (2002) شبكة من الحركات المحفزة المقترنة في التحفيز الإنزيمي، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية 99 ، 2794-2799. ^{[ 17 ]}
• Hammes-Schiffer, S. and Benkovic, SJ (2006) Relationing protein motion to catalysis, Annu. Rev. Biochem. 75 , 519-541. ^{[ 6 ]}
• لي، ج.، ناتاراجان، م.، ناشين، ف.س.، سوكوليتش، م.، فو، ت.، روس، و.ب.، بينكوفيتش، س.ج.، ورانغاناثان، ر. (2008) مواقع سطحية لهندسة التحكم التآزري في البروتينات، ساينس 322، 438-442. ^{[ 20 ]}
• جودي، إن إم وبينكوفيتش، إس جيه (2008) التنظيم التآزري والتحفيز ينشأ عبر مسار مشترك، نات. كيم. بيول. 4، 474-482. ^{[ 19 ]}
• ليرنر، آر إيه، بينكوفيتش، إس جيه، وشولتز، بي جي، (1991) عند مفترق طرق الكيمياء وعلم المناعة: الأجسام المضادة المحفزة، ساينس 252، 659 667. ^{[ 21 ]}
• يانغ، جيه، تشوانغ، زد، روكاسيكا، آر إم، تراكسيليس، إم إيه، وبينكوفيتش، إس جيه (2004) الديناميكية المستمرة لبوليميراز الحمض النووي T4 أثناء التضاعف، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية 101 ، 8289-8294. ^{[ 22 ]}
• بنكوفيتش، إس جيه، سبيرينغ، إم إم (2017) "فهم تضاعف الحمض النووي بواسطة ريبليسوم العاثية T4"، مجلة علم الأحياء الخلوي، 292 (45) 18434-18442. ^{[ 10 ]}
• An, S., Kumar, R., Sheets, ED, and Benkovic, SJ (2008) Reversible retailation of de novo purine biosynthetic complexes in living cells, Science 320, 103-106. ^{[ 27 ]}
• فرينش، جيه بي، جونز، إس إيه، دينغ، إتش، هو، إتش، بو، آر جيه، تشان سي واي، كيم، دي، بيدلي، إيه إم، تشاو، إتش، تشانغ، واي، هوانغ، تي جيه، فانغ، واي، تشوانغ، إكس، وبينكوفيتش، إس جيه، (2016) التموضع المكاني المشترك والارتباط الوظيفي للبيورينوسومات مع الميتوكوندريا، ساينس، 351:6274، 733-736. ^{[ 28 ]}
• Pedley, AM, Pareek, V., Benkovic, SJ (2022) البورينوزوم: دراسة حالة لاستقلاب الثدييات، Nnu . القس الكيمياء الحيوية، المجلد 91: 89-106. ^{[ 30 ]}
• Rock، FL، Mao، W.، Yaremchuk، A.، Tukalo، M.، Crepin، T.، Zhou، H.، Zhang، Y.-K.، Hernandez، V.، Akama، T.، Baker، SJ، Plattner، JJ، Shapiro، L.، Martinis، SA، Benkovic، SJ، Cusack، S.، and Alley، MRK (2007) عامل مضاد للفطريات يثبط إنزيم أمينواسيل-الحمض الريبي النووي النقال عن طريق محاصرة الحمض الريبي النووي النقال في موقع التحرير، Science 316, 1759-1761. ^{[ 31 ]}

• برنامج "علوم الشارع" مع ستيفن بينكوفيتش