سينثاز الستريكتوسيدين

إنزيم ستريكتوسيدين سينثاز (EC 4.3.3.2) هو إنزيم في التخليق الحيوي للقلويدات يحفز تكثيف التريبتامين مع سيكولوجانين لتكوين ستريكتوسيدين في تفاعل بيكتيت-سبينغلر الرسمي :

سيكولوجانين

+

 

التريبتامين

 

 

H ₂ O

 

H ₂ O

 

3-α( S )-ستريكتوسيدين

بما أن تكثيف التريبتامين والسيكولوجانين هو الخطوة الأولى الحاسمة في تخليق القلويدات، فإن إنزيم ستريكتوسيدين سينثاز يلعب دورًا أساسيًا في الغالبية العظمى من مسارات إندول-قلويدات. ^{[ 1 ]}

ينتمي هذا الإنزيم إلى عائلة اللياسات ، وتحديدًا لياسات الأمين، التي تكسر روابط الكربون-نيتروجين. ويمكن عزله من عدة نباتات منتجة للقلويدات من الفصيلة الدفلية (مثل الكاثارانثوس الوردي ، والفوكانجا الأفريقية ). ^{[ 2 ]} الاسم النظامي لهذه الفئة من الإنزيمات هو 3-α( S )-ستريكتوسيدين تريبتامين-لياس (مُكَوِّن السيكولوجانين) . ومن الأسماء الشائعة الأخرى: سينثاز الستريكتوسيدين ، وSTR ، و3-α( S )-ستريكتوسيدين تريبتامين-لياس . عُزل هذا الإنزيم في الأصل من نبات الراوفولفيا السربنتينية ، وهو نبات طبي يُستخدم على نطاق واسع في الطب الشعبي الهندي، ويشارك في التخليق الحيوي للتربينويدات والإندول وقلويدات الإيبكاك ، وكلاهما يُنتج العديد من المركبات ذات الخصائص الفيزيولوجية والطبية الهامة.

وفقًا للدراسات البنيوية لإنزيم سينثاز ستريكتوسيدين من نبات راوولفيا سيربنتينا ، يقع التربتامين في قاع الجيب، حيث يشكل الحمض الأميني غلوتامات 309 رابطة هيدروجينية مع مجموعة الأمين الأولية للركيزة. ويعمل الحمضان الأمينيان فينيل ألانين 226 وتيروسين 151، اللذان يقعان بالتوازي مع حلقة الإندول للتربتامين، على زيادة استقرار ارتباطه من خلال تثبيت التربتامين في بنية شطيرية عبر تفاعلات الرابطة باي. ^{[ 3 ]}

عند ارتباط الركيزة، يقع السيكولوجانين عند مدخل الجيب، حيث ترتبط بقايا الهيستيدين 307 والهيستيدين 277 المشحونة إيجابًا بجزيء الجلوكوز في السيكولوجانين. تتشكل قاعدة شيف بين مجموعة الألدهيد في السيكولوجانين ومجموعة الأمين في التريبتامين، حيث يقوم الجلوتاميك 309 بنزع بروتون من ذرة الكربون 2 في التريبتامين. يسمح هذا بتكوين الستريكتوسيدين من خلال إغلاق الحلقة اللاحق عبر الاستبدال الإلكتروفيلي، كما هو موضح في الصورة المجاورة. ^{[ 3 ]}

يُسهّل إنزيم ستريكتوسيدين سينثاز تكوين 3-α( S )-ستريكتوسيدين من خلال العمل كركيزة لزيادة التركيز الموضعي للتريبتامين، والسيكولوجانين، والمحفزات الحمضية. كما يُوجّه جيب الارتباط الخاص به وسيط الإيمينيوم بشكل صحيح أثناء عملية التكوير الحلقي لإنتاج منتجاته القلوية بشكل انتقائي. على عكس الآليات الكامنة وراء تكوين العديد من مركبات بيكتيت-سبينغلر، لا يتكوّن وسيط سبيروإندولينين الذي يحتوي على حلقة خماسية أثناء تخليق الستريكتوسيدين. أشارت الحسابات النظرية إلى أن التحويل المباشر من الإيمينيوم إلى حلقة سداسية أسرع بعدة مراتب من سبيروإندولينين. ^{[ 4 ]}

يتكون التركيب العام لإنزيم ستريكتوسيدين سينثاز من طية حلزونية β سداسية الشفرات مرتبة على محور تناظر سداسي زائف، حيث تحتوي كل شفرة حلزونية على أربعة خيوط β تُشكل صفيحة β ملتوية ومتوازية عكسيًا. كما توجد ثلاثة حلزونات α ضمن بنية الإنزيم، حيث يُشكل الحلزون α 3 جيب الارتباط الكاره للماء في أعلى الطية الحلزونية ويُشكل غطاءً للموقع النشط. أما الأحماض الأمينية الرئيسية التي تُشكل الموقع النشط فهي: Tyr 105، Trp 149، Val 167، Met 180، Val 208، Phe 226، Ser 269، Met 276، His 277، His 307، Phe 308، Glu 309، Leu 323، وPhe 324. ^{[ 3 ]}

اعتبارًا من أواخر عام 2007، تم حل 4 هياكل لهذه الفئة من الإنزيمات، مع رموز الوصول PDB : PDB : 2FP8 ،PDB : 2FP9 ،PDB : 2FPB ، و PDB : 2FPC .

كما ذُكر في المقدمة، يُحفز إنزيم سينثاز ستريكتوسيدين تفاعل بيكتيت-سبينغلر البيولوجي بين التريبتامين والسيكولوجانين لتكوين 3-ألفا(S)-ستريكتوسيدين بشكل انتقائي فراغي، وهو المركب الطليعي الأساسي لمركبات قلويدات الإندول أحادية التربينويد. ^{[ 3 ]} كما يُحفز تكوين 12-أزا-ستريكتوسيدين، وهو وسيط مهم للقلويدات السامة للخلايا، من خلال اقتران السيكولوجانين مع 7-أزا-تريبتامين. ^{[ 5 ]} يُشفّر هذا الإنزيم بواسطة جين أحادي النسخة، يخضع لتنظيم منسق من قِبل الهرمونات النباتية المشاركة في التحكم في عمليات الأيض الأولية والثانوية للنبات. ويتم تثبيط الجين المُشفّر بسرعة بواسطة الأوكسين ، وهو مُحفز أساسي في انقسام الخلايا، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات تراكم القلويدات. ^{[ 6 ] [ 7 ]} في المقابل، يتم تنظيم الجين تصاعديًا بواسطة الجاسمونات ، وهو هرمون إجهاد نباتي، من خلال تنشيط منطقة مكونة من 42 زوجًا قاعديًا في محفز str. ^{[ 8 ]} تشير العديد من الدراسات التي أُجريت على إنزيم سينثاز ستريكتوسيدين في نبات الكاثارانثوس الوردي إلى أن هذا الإنزيم يلعب دورًا تنظيميًا في الحفاظ على معدلات عالية من التخليق الحيوي للقلويدات. ومع ذلك، فإن النشاط العالي للإنزيم وحده لا يكفي لزيادة إنتاج القلويدات. ^{[ 9 ]} لا توجد حاجة إلى عوامل مساعدة إضافية لإنزيم سينثاز ستريكتوسيدين لتحقيق النشاط الأمثل، على الرغم من أن الدراسات المبكرة للإنزيم المستخلص من نباتات الفصيلة الدفلية قد حددت "p"'-كلورومركيوريبنزوات كمثبط قوي. ^{[ 2 ]}

تُعدّ العديد من قلويدات الإندول، المُتكوّنة من تكثيف مُحفّز بواسطة إنزيم ستريكتوسيدين سينثاز، طليعةً مهمةً لمركبات ذات أهمية طبية، مثل الكينين ، ودواء كامبتوثيسين المضاد للأورام ، ودواءي فينكريستين وفينبلاستين المضادين للسرطان . ^{[ 10 ]} لهذا السبب، يُعرف إنزيم ستريكتوسيدين سينثاز على نطاق واسع بأنه الإنزيم المُفضّل في الدراسات التي تهدف إلى التخليق الكيميائي الإنزيمي للقلويدات. وقد وجدت إحدى هذه الدراسات أن (21S)-12-أزا-ناسيكلين، وهو مُشتق من 12-أزا-ستريكتوسيدين، يُظهر سمية خلوية قوية تجاه سلالة خلايا سرطان A549. ^{[ 5 ]} ومع ذلك، يتميز الإنزيم بدرجة عالية من التخصص تجاه الركيزة، حيث يُعدّ جزء الإندول من التربتامين ضروريًا للتعرف على الركيزة. ^{[ 1 ]} إلا أن الدراسات الحديثة على الطفرات أشارت إلى إمكانية التلاعب بإنزيم ستريكتوسيدين سينثاز بسهولة لتوسيع نطاق تخصصه تجاه الركيزة. على سبيل المثال، يسمح استبدال الفالين-208 بالألانين لإنزيم ستريكتوسيدين سينثاز بإنتاج 5-ميثيل و5-ميثوكسي ستريكتوسيدين من نظائره من التريبتامين مع الحفاظ على الكيرالية. ^{[ 11 ]} كما يمكن تحقيق الارتباط مع نظائر سيكولوجانين المختلفة بنفس الانتقائية الفراغية لـ 3-ألفا(S)-ستريكتوسيدين من خلال استبدال الأسبارتات-177 بالألانين، مما يتيح تخليق نطاق أوسع من المركبات القلوية المحتملة لمزيد من الدراسات في مجال اكتشاف الأدوية. ^{[ 12 ]}