معلومة

كيف يحتاج اختزال BH2 إلى BH4 جزيء NADPH واحد فقط؟

كيف يحتاج اختزال BH2 إلى BH4 جزيء NADPH واحد فقط؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يقلل اختزال ثنائي هيدروفولات (DHFR) من ثنائي هيدروبيوبترين (BH2) إلى رباعي هيدروبيوبترين (BH4). قال لي أحدهم أن رد الفعل هذا يحتاج جزيء NADPH واحد فقط (لست متأكدًا مما إذا كان هذا صحيحًا) ، أي أن NADPH يوفر ذرة هيدريد واحدة ويصبح NADP +.

هل يستطيع أحد أن يشرح لي كيف هذا ممكن؟ كيف يمكن تحويل BH2 -> BH4 باستخدام جزيء NADPH واحد ، بينما أتوقع ذرتين (لإعطاء ذرتين من الهيدروجين)؟


الجواب المختصر هو أنه في الحد من BH2 إلى BH4 بواسطة اختزال ثنائي هيدرو فولات ليس فقط أيون هيدريد (بروتون بالإضافة إلى إلكترون) ينتقل من NADPH إلى BH2، ولكن المنتج يلتقط أيضًا بروتونًا من المذيب: N5 من البوسنة والهرسك4 هو البروتونات.

$$ ce {BH2 + 2e- + 2H + <=> BH4 tag {1}} $$

إنزيميًا (انظر EC 1.5.1.34):

$$ ce {NADPH + BH2 + H + <=> BH4 + NADP + tag {2}} $$

وبالتالي الحد من BH2 إلى BH4 يتضمن 2 إلكترون و 2 بروتون. يتبرع NADPH بإلكترونين وبروتون واحد (على شكل هيدريد) ، مكونًا رابطة كربون-هيدروجين جديدة. المذيب يمثل البروتون الآخر. الوضع مشابه جدًا لتفاعل نازعة الهيدروجين الكحولي (الموضح أدناه).

إن اختزال البيوبترين على طول الطريق إلى رباعي هيدروبيوبترين بواسطة اختزال ثنائي هيدرو فولات هو اختزال 4 إلكترون ، ويتطلب 2 NAD (P) H.

خلفية

هناك بضع نقاط حول تقليل الأكسيد الإنزيمي المرتبط بـ NADP ، وحول تقليل الأكسدة بشكل عام ، والتي ربما تحتاج إلى توضيح.

تعمل الإنزيمات المرتبطة بـ NAD (P) ، بشكل ثابت تقريبًا (وربما دائمًا) ، على تحفيز النقل المباشر النوعي لأيون الهيدريد (بروتون بالإضافة إلى إلكترونين) ككيان واحد بين العامل المساعد والمقبول للنيكوتيناميد.

ربما يحتاج هذا البيان إلى بعض الشرح. حقيقة أن تفاعلات أوكسيدوروكتاز المرتبطة بـ NADP متوافقة مع نقل أيون الهيدريد هي إحدى المساهمات العظيمة لـ Westheimer في علم الإنزيمات (انظر هنا). في كثير من الحالات ، يؤدي هذا إلى تكوين رابطة كربون-هيدروجين.

ثانيًا ، يكون نقل الهيدريد محددًا فراغيًا. بشكل مثير للدهشة ، إن اختزال الأكسيد المرتبط بـ NADP يميز بين هيدروجين اثنين في C.4 من NAD (P) H. هذا مثال على التبادلية (تأثير Ogston في دورة كريبس آخر).

من أجل البساطة ، الهيدروجين اثنين في C4 تسمى Hأ و حب. أظهر عمل Westheimer و Vennesland وزملاؤهم أن الإنزيمات المرتبطة بـ NAD (P) يمكن تقسيمها إلى فئتين: تلك التي تنقل Hأ من العامل المساعد إلى الركيزة (نازعات الهيدروجين A-sterospecific) وتلك التي تنقل Hب (نازعات الهيدروجين B- النوعية الفراغية).

من المعروف الآن أن خصوصية نقل الهيدريد هي واحدة من أكثر السمات المحفوظة تطوريًا لمختزلات الأكسيد المرتبطة بـ NAD (P). الإنزيمات التي يمكن أن تظهر أنها تنحدر من سلف مشترك من خلال تحليل تسلسل الأحماض الأمينية تعرض دائمًا نفس الخصوصية الفراغية لنقل الهيدريد (الخميرة وكبد الحصان نازع الهيدروجين مثال على ذلك) 1†.

بالإضافة إلى ذلك ، يُظهر نقل الهيدريد إخلاصًا واضحًا في الكيمياء الفراغية: لا يتم نقل hyride "الخطأ" أبدًا. نقل حب عن طريق اللاكتات ديهيدروجينيز ، وهو نوع A-stereospecific ، لا يمكن اكتشافه تجريبياً ، على سبيل المثال (انظر هنا).

تم نشر مراجعة رائعة لهذا الجانب من الكيمياء الحيوية لنزعة الهيدروجين بواسطة You (1985) ، وهي متاحة بتنسيق pdf من هنا. (يمكن العثور على مراجعة سابقة هنا)

أخيرًا ، كلمة موجزة عن تقليل الأكسدة بشكل عام. الأكسدة هي فقدان الإلكترونات ، والاختزال هو اكتساب الإلكترونات. لا يعتبر التأين أكسدة أو اختزالًا ، وكذلك الماء / الجفاف. هذه ، بالطبع ، هي "الأشياء الأساسية" ، ولكن يبدو أنها تسبب في بعض الأحيان البلبلة. عند التعامل مع تفاعلات الأكسدة ، يمكننا إضافة العديد من البروتونات كما نرغب ، أو إخراج العديد من البروتونات كما نرغب ، وقد يكون هذا مهمًا من حيث القياس الكيميائي ، لكن التأين لا يغير حالة الأكسدة للجزيء.

مثال توضيحي - نازعة هيدروجين الكحول

يحفز نازعة هيدروجين الكحول (EC 1.1.1.1) التفاعل التالي ، الاختزال بمقدار 2 إلكترون من الأسيتالديهيد إلى الإيثانول باستخدام NADH كمانح للهيدريد:

$$ ce {Ethanol + NAD + <=> Acetaldehyde + NADH + H + tag {3}} $$

يوضح هذا الرسم التخطيطي الجميل للغاية ، المأخوذ من محاضرة نوبل لكورنفورث ، عدم التناسق وعمل الإنزيم ، جميع النقاط المذكورة أعلاه.

  • يتم تمييز الهيدروجين بعلامة النجمة Hأ. ينتج عن نقل الهيدريد النوعي إلى الأسيتالديهيد تكوين رابطة كربون-هيدروجين جديدة. إذا كانت العلامة النجمية تمثل الديوتيريوم أو التريتيوم ، فإن النتيجة هي الإيثانول المُتحلل أو الموسوم بالإشعاع.

  • بدلاً من ذلك ، إذا كان Hب هو deuterated أو tritiated ، والنتيجة هي deuterated أو tritiated NAD+، مع عدم نقل الملصق إلى المنتج.

  • يتضمن تكوين الكحول "التقاط بروتون" (من المذيب).

  • كما يعتبر نقل هيدريد أسيتالديهيد نوعًا فراغيًا. يتم نقل الهيدريد بشكل مجسم إلى أحد وجوه مجموعة الكربونيل المستوية. أنا أتجاهل هذا الجانب هنا (لكن انظر محاضرة كورنفورث) 2†.

  • أن تكون متحذلقًا جدًا ، Hأ هو أصح يسمى pro-4R hydrogen ، و Hب هو الهيدروجين pro-4S.

(في الرسم التخطيطي الأصلي لكورنفورث ، ظهر حرف H+ تم استبعاده).

السؤال المحدد الذي طرحه OP

كيف يمكن تحويل BH2 -> BH4 باستخدام جزيء NADPH واحد ، بينما أتوقع ذرتين (لإعطاء ذرتين من الهيدروجين)؟

كما هو مذكور أعلاه ، BH4 (تتراهيدروبيوبترين) يحتوي على زوج واحد من الإلكترونات أكثر مما يحتويه BH2 (dihydobiopterin) ، ولكن (مثل تفاعل نازعة الهيدروجين الكحولي) هناك بروتونان متورطان. حقيقة أن التخفيض ينطوي على حسابات تحويل الهيدريد. يتم التقاط الآخر من المذيب.

هذا موضح في الرسم البياني أدناه ، حيث النقطة الأساسية هي أن ذرة الكربون عند C6 لديها الآن رابطة جديدة بين الكربون والهيدروجين. هذه الرابطة تمثل 2 إلكترون بالإضافة إلى 1 بروتون. لكن ذرة النيتروجين عند C5 التقط أيضًا بروتونًا.

(يجب أن نكون حذرين للغاية عند التعامل مع اختزال حلقة البتيريدين بسبب شكل الكينينويد (انظر هنا). ولهذا اخترت أولاً نازعة هيدروجين الكحول كمثال توضيحي ، وأنا أتجاهل مثل هذه المضاعفات هنا).

يختار OP ركيزة مثيرة للاهتمام لـ DHFR ، وهو غير مقترن بتريدين. الركيزة `` الأكثر شيوعًا '' ، بالطبع ، هي البتيريدين المترافق ، ثنائي هيدروفولات (FH2). على الرغم من أن DHFR يحفز تحول BH2 إلى BH4 ، فإن الإنزيم المرتبط عادةً بهذا التحول هو اختزال ثنائي هيدروبتريدين (EC 1.5.1.34).

نقطة أخيرة. إن كلا من اختزال ثنائي هيدروفولات الكروموسومات والبلازميد ، على الرغم من عدم وجود علاقة بينهما من وجهة نظر تطورية ، كلاهما من النوع A-stereospecific فيما يتعلق بنقل الهيدريد من NAD (P) H.

(تم تعديل الرسم البياني أعلاه من الرسم البياني الموجود على الإنترنت. يمكن العثور على الأصل هنا)

أربعة إلكترون أوكسيريدوكتاز

تحفز معظم الأنزيم المؤكسد المرتبط بـ NAD (P) اختزال إلكترونين يتضمن جزيء واحد فقط من العامل المساعد للنيكوتيناميد.

يمكن لعدد قليل ، مثل اختزال ثنائي هيدروفولات أن يحفز اثنين من التخفيضات المتسلسلة 2 إلكترون ، حيث يتم إطلاق أول منتج 2 إلكترون في محلول قبل أن يتم تقليله إلى المنتج النهائي من خلال لقاء ثان مع الإنزيم. (في حالة DHFR ، فإن اختزال حمض الفوليك إلى ثنائي هيدروفولات هو اختزال ثنائي الإلكترون ، والحد من ثنائي هيدروفولات إلى رباعي هيدروفولات هو اختزال 2 إلكترون آخر).

ومع ذلك ، فإن بعض اختزال الأكسدة تحفز تقليل الأكسيد بأربعة إلكترون حيث لا يكون المنتج الوسيط بالضرورة صدر في محلول. تسمى هذه الإنزيمات بأربعة إلكترونات مختزلة بأكسيد ، وهي نادرة جدًا. تمت مراجعتها من قبل Feingold & Franzen ، (1982).

أحد الأمثلة هو نازعة هيدروجين الهستيدينول (EC 1.1.1.23) ، الذي يحفز اختزال الكحول إلى حمض (الألدهيد هو منتج الاختزال الوسيط 2 إلكترون).

$$ ce {L-histidinol + 2 NAD + + H2O = L-histidine + 2 NADH + 3 H + tag {4}} $$

مثال آخر هو اختزال HMG-CoA (EC 1.1.1.34) ، وهو إنزيم رئيسي في استقلاب الكوليسترول (الذي يثبطه الستاتين). في هذه الحالة ، يقلل الإنزيم الركيزة رسميًا عند مستوى أكسدة حمض الكربوكسيل (ولكن يتم تنشيطه بواسطة ارتباط ثيول إستر مع الإنزيم المساعد أ) وصولًا إلى الكحول.

$$ ce {Mevalonate + CoA + 2 NADP + = 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA + 2 NADPH + 2 H + tag {5}} $$

المثال الثالث هو UDP-D-glucose 6-dehydrogenase (EC 1.1.1.22) ، والذي يحفز تقليل C6 مجموعة الكحول من الجلوكوز UDP وصولاً إلى الحمض.

$$ ce {UDP-D-glucose + 2 NAD + + H2O = UDP-D-glucuronate + 2 NADH + 2 H +} $$

لذلك ، من الممكن تقليل الأكسيد المرتبط بأربعة إلكترون NAD (P). لكن ردود الفعل هذه نادرة نسبيًا. مفتاح الكيمياء الحيوية للأنزيمات المرتبطة بـ NAD (P) ، IMO ، هو إدراك أن الهيدريد ينتقل ككيان واحد (وذلك نقل الهيدريد محدد الفراغ).

الحواشي

  1. نازعة هيدروجين الكحول من ذبابة الفاكهة لا علاقة له بالخميرة وأنزيمات كبد الحصان من منظور تطوري ، وهو نوع B.
  2. نفس كورنفورث الذي قال إنه إذا كانت بنية البنسلين β-lactam صحيحة فإنه سيتخلى عن الكيمياء ويزرع الفطر (انظر هنا).


شاهد الفيديو: حساب الــpH لمحلول حمض ضعيف ومحلول احد املاحه الذي يحتوي قاعدة الحمض المرافقة (ديسمبر 2022).