معلومة

8 ب: الإنزيمات المؤكسدة - علم الأحياء

8 ب: الإنزيمات المؤكسدة - علم الأحياء


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.

أهداف التعلم

  • ذكر نوع الكاشف المؤكسد المستخدم والمنتجات التي تتشكل على تفاعلات الأكسدة المحفزة بواسطة نازعات الهيدروجين ، أحاديات الأكسدة (هيدروكسيلاز) ، ديوكسجيناز ، وأكسيدازات ؛
  • رسم النهاية التفاعلية لـ NAD + والآليات التي تظهر تفاعلاتها مع الركائز في تفاعلات أكسدة الإلكترون المحفزة بالإنزيم ؛
  • شرح الاختلافات في التفاعل الكيميائي لـ NAD + و FAD في أكسدة إلكترون واحد أو إلكترونين ومع ثنائي الأكسجين ؛
  • وصف الكيمياء الفراغية لأكسدة الكحول المحفزة بنزع الهيدروجين للإيثانول بروكيرال بواسطة NAD + ؛
  • شرح سبب ارتباط FAD / FADH2 بإحكام بنازعات الهيدروجين على عكس NAD + / NADH حيث تكون ركائز قابلة للانتشار بحرية ؛
  • بالنظر إلى إمكانات الخفض المعيارية ، حدد ΔGo لتفاعلات الأكسدة والاختزال المحددة ؛
  • شرح سبب امتلاك FAD المختلف والفلافين الآخر المحتوي على نازعات الهيدروجين إمكانات اختزال معيارية متفاوتة للفلافين ولكن نازع الهيدروجين المعتمد على NAD + له واحد فقط ؛
  • وصف دور الهيم في أحادي وثنائي الجينات في تنشيط ثنائي الأكسجين وتقليل التفاعلات الجانبية لـ ROS ؛
  • وصف الدور البيولوجي للسيتوكروم P450s ؛
  • تحديد وإعطاء أمثلة للأكسيدات ؛
  • قارن التباين بين دور الهيم في حمل الهيموغلوبين والميوغلوبين ، المونوكسيجيناز ، والأكسيداز.

الاكسدة

النقاط الرئيسية

يشير مصطلح الإجهاد التأكسدي ، وهو مفهوم عالمي ، إلى عدم التوازن بين المواد المؤكسدة ومضادات الأكسدة

إنزيمات الأكسدة والاختزال هي المصادر والمصارف الرئيسية للأكسدة ومضادات الأكسدة

الإجهاد التأكسدي هو إجهاد تأكسدي فسيولوجي منخفض المستوى ، ضروري لإشارات الأكسدة والاختزال

الضائقة التأكسدية هي إجهاد تأكسدي فوقي فيزيولوجي عالي المستوى يسبب الضرر

تساعد استجابات الإجهاد التأكسدي ، التي يتم تنشيطها بواسطة مفاتيح تبديل الأكسدة والاختزال الجزيئية ، في الحفاظ على توازن الأكسدة والاختزال

ينتج الإجهاد التأكسدي داخليًا (استقلاب الخلية) وخارجيًا (كشف)

يرتبط الإجهاد التأكسدي بالعمليات الأساسية في علم الأحياء والطب

أدوات بحث الإجهاد التأكسدي الجديدة تسهل الدراسة في أماكن محددة في مجال الصحة والمرض

بدأت الأبحاث حول الإجهاد التأكسدي والموضوعات ذات الصلة بالكيمياء وعلم السموم ، ثم تحولت نحو عمليات المرض وفي الآونة الأخيرة فحصت عمليات الأكسدة البيولوجية الأساسية التي تكمن وراء الإشارات في عمليات الصحة والحياة بشكل عام. غذت مجموعة المعارف الكبيرة حول إشارات الأكسدة والاختزال نشاط البحث حول دور الإجهاد التأكسدي في ظل الظروف الفسيولوجية العادية (الأكسدة المؤكسدة) على عكس التعرض لتحدي الأكسدة فوق الفيزيولوجية مما يؤدي إلى تلف الجزيئات الحيوية والعواقب اللاحقة مثل إشارات الأكسدة والاختزال المضطربة أو المعطلة (ضائقة مؤكسدة).

تعرض Web of Science All Database Collection ، في بداية عام 2018 ، حوالي 360.000 إدخال تحت موضوع "الإجهاد التأكسدي" ، مع ظهور أكثر من 30.000 منشور جديد حول هذا الموضوع سنويًا على مدار السنوات الثلاث الماضية. من الواضح أن التحليل الشامل لتطوير البحث الحالي في هذا المجال المزدهر هو خارج نطاق هذه المقالة. بطريقة نموذجية ، سيتم تقديم بعض الأسطر الحالية في ما يلي.


اسم البروتين
وظيفة البروتين
(كلاهما بحاجة)

أ. الإنزيمات تسرع / تحفز التفاعلات الأيضية
ب. عن طريق تقليل طاقة التنشيط
ج. كل تفاعل (في المسار) له إنزيم مختلف
د. يمكن التحكم في مسارات التمثيل الغذائي من خلال التحكم في الإنزيمات التي يتم إنتاجها
ه. تعمل المنتجات النهائية لمسار التمثيل الغذائي كمثبطات
F. ترتبط مثبطات المنتج النهائي / تمنع الإنزيم في بداية المسار

أ. ينتج تفاعل الارتباط acetyl CoA / acetyl group / CH3كو
ب. مجموعة الأسيتيل / CH3ينضم ثاني أكسيد الكربون مع 4 مركبات كربون / OAA من دورة
ج. كلاهما يحدث في مصفوفة (الميتوكوندريا)


التقنيات الحيوية البيئية وذات الصلة

6.17.6 ملاحظات ختامية

تمت دراسة الإنزيمات المؤكسدة الفطرية لتطبيقات المعالجة الحيوية بالفعل لمدة 30 عامًا وتم إجراء العديد من التجارب الميدانية أو التجريبية باستخدام الثقافات الفطرية. ومع ذلك ، لم يحدث اختراق تجاري ولم يتم إجراء أي دراسات حتى الآن باستخدام مستحضرات إنزيم فطري للمعالجة الحيوية في التربة. تعتبر مصفوفة التربة موطنًا طبيعيًا للفطريات المتحللة للقمامة ، والتي تنتج أنواعًا قوية جدًا وجديدة أيضًا من الإنزيمات المؤكسدة ، وفي الطبيعة تعمل هذه الفطريات على تحلل اللجنين والمركبات المتمردة الأخرى في فضلات النباتات. ومع ذلك ، فإنه من الصعب إثبات كيفية عمل الإنزيمات المؤكسدة في التربة الطبيعية ، ومن الصعب تجريبياً إظهار كيفية ارتباط نشاطها بتدهور الملوثات ومسؤوليته عن ذلك. تعتبر معالجة مياه الصرف نهجًا أقل تحديًا بسبب المصفوفة السائلة الأقل تعقيدًا ، والتي تكون على سبيل المثال قابلة لاستخدام الفطريات أو الإنزيمات المعطلة على الناقلات ، وبالتالي إزالة لون أصباغ النسيج والمعالجة الثلاثية لمياه الصرف من أجل تحلل الملوثات الدقيقة يبدو أنها الأقرب إلى تطبيق تجاري عن طريق الفطريات. ومع ذلك ، فإن الاتجاهات الحديثة في المجال البيئي تؤكد على ما يسمى بالمعالجة الخضراء وتقنيات المعالجة في الموقع ، والتي قد تعطي ميزة للطرق البيولوجية بشكل عام والتقنيات الفطرية بشكل خاص.


أنواع الإنزيمات المشاركة في عملية الأكسدة: 5 أنواع

النقاط التالية تسلط الضوء على خمسة إنزيمات رئيسية تشارك في عملية الأكسدة. الانزيمات هي: 1. أوكسيديز 2. ديهيدروجينازات هوائية 3. ديهيدروجينازات اللاهوائية 4. هيدرو بيروكسيدات 5. الأوكسجين.

عمليات الأكسدة: إنزيم # 1. أوكسيديز:

(أ) الإنزيمات التي تحفز إزالة hy & shydrogen من الركيزة ولكنها تستخدم فقط أوكسي وشيجين كمتقبل للهيدروجين لتكوين الماء كمنتج تفاعل (باستثناء uricase و monoamine oxidase اللذين يشكلان H2ا2).

(ب) هي بروتينات مقترنة تحتوي على النحاس كمجموعات اصطناعية.

(أ) أوكسيديز السيتوكروم هو بروتين هيموبروتين ينتشر على نطاق واسع في النباتات والأنسجة الحيوانية.

(ب) هو المكون الطرفي لسلسلة التنفس و shytory الموجودة في الميتوكوندريا.

(ج) تسمم بالسيانيد وكبريتيد الهيدروجين.

(د) تظهر الدراسات الحديثة أن 2 cyto & shychromes يتم دمجهما مع نفس pro & shytein ويعرف المجمع باسم cyto & shychrome aa3.

(هـ) السيتوكروم أأ3 يحتوي على جزيئين من الهيم أ ، يحتوي كل منهما على ذرة حديد واحدة. 2 في & shyoms من النحاس موجودة أيضًا وهي مرتبطة بـ cytochrome oxidase ac & shytivity.

(و) السيتوكروم الطرفي أأ3 هو المسؤول عن التركيبة النهائية لتقليل المكافئات مع الأكسجين الجزيئي.

(ز) يحتوي نظام الإنزيم هذا على النحاس ، وهو أحد مكونات عدة إنزيمات أوكسيديز.

(ح) لديها انجذاب كبير للأكسجين.

(ط) هو الوحيد في السلسلة الذي يشير ويخجل رد الفعل الذي لا رجعة فيه.

(ي) يعطي اتجاهًا لحركة إعادة & التكافؤ في السلسلة التنفسية ولإنتاج ATP ، الذي يقترن به.

(2) الفينولاز (التيروزيناز ، البوليفينول أوكسيديز ، أوكسيديز كوتيكول):

(أ) إنه إنزيم يحتوي على النحاس.

(ب) أنه يحول أحادي الفينول إلى كينونات O.

(أ) يتم توزيعه على نطاق واسع في النباتات و ani & shymals.

(ب) يحول P-hydroquinone & # 8217s إلى P-quinones.

(ج) يحتوي أيضًا على النحاس.

(4) أوكسيداس الأسكوربيكهـ:

(ب) توجد فقط في النباتات.

(أ) يحتوي أيضًا على النحاس.

(ب) يحفز أكسدة حمض اليوريك للألانتوين.

(السابع) أوكسيديز مونوامين:

(أ) يوجد في الميتوكوندريا في العديد من الأنسجة.

(ب) يؤكسد الأدرينالين والتيرامين.

عمليات الأكسدة: إنزيم # 2. ديهيدروجينازات هوائية:

(أ) تحفز إزالة الهيدروجين من الركيزة وتستخدم إما الأكسجين أو المواد الاصطناعية مثل أزرق الميثيلين كمتقبل للهيدروجين.

(ب) ح2ا2 يتم تشكيله كمنتج.

(ج) هي إنزيمات بروتين فلافوبروتين لها FMN (أحادي نيوكليوتيد الفلافين) أو FAD (فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد) كمجموعات محترفة ومغلفة.

(د) العديد من إنزيمات البروتين الفلافوبروتيني تحتوي على معدن يُعرف باسم إنزيمات البروتين المعدني.

(ط) ديهيدروجينيز الأحماض الأمينية (D- حمض أميني أوكسيديز):

(أ) إنه إنزيم مرتبط بـ FAD.

(ب) يوجد بشكل خاص في الكبد والكلى.

(ج) يحفز نزع الأمين المؤكسد للأشكال غير الطبيعية (D-) من الأحماض الأمينية.

(2) نازعة هيدروجين الأحماض الأمينية (L-amino acid oxidase):

(أ) إنه إنزيم مرتبط بـ FMN.

(ج) يحفز نزع الأمين المؤكسد للأحماض الأمينية L التي تحدث بشكل طبيعي.

(3) زانثين ديهيدروجينيز (زانثين أوكسيديز):

(أ) يحدث في الحليب والكبد.

(ب) في الكبد ، يحول قواعد البيورين إلى حمض البوليك.

(ج) يحتوي على FAD كمجموعة اصطناعية.

(د) له أهمية كبيرة في الكبد والأطفال والطيور التي تفرز حمض البوليك كمنتج نهائي لاستقلاب البيورين وأيضًا تقويض البروتين والأحماض الأمينية.

(هـ) وهو عبارة عن بروتين معدني يحتوي على الحديد غير الهيم والموليبدينوم.

(و) كما أنه يؤكسد جميع الألدهيدات.

(4) ألدهيد ديهيدروجينيز (الألدهيد أوكسيديز):

(أ) إنه إنزيم مرتبط بـ FAD.

(ب) يوجد في كبد الخنزير والثدييات الأخرى.

(ج) وهو أيضًا بروتين ميتالوفلافوبروتين يحتوي على الحديد غير المعدني والموليبدينوم الخجول.

(ت) الجلوكوز أوكسيديز:

(أ) إنه إنزيم مرتبط بـ FAD.

(ب) محضر من الفطريات.

(ج) يتم استخدامه في تقدير الجلوكوز.

عمليات الأكسدة: إنزيم # 3. ديهيدروجينازات اللاهوائية:

(أ) أنها تحفز إزالة الهيدروجين من الركيزة ولكنها غير قادرة على استخدام الأوكسجين والشيجين كمستقبل للهيدروجين.

(ب) ينقلون الهيدروجين من ركيزة إلى أخرى عن طريق تفاعل اختزال الأكسدة واللف الذي لا يتضمن سلسلة تنفسية (كما هو موضح في الشكل 12.4).

(ج) يؤدون أكسدة المستقلب uti & shylizing عدة مكونات من سلسلة الجهاز التنفسي (كما هو موضح في الشكل 12.5).

(ط) ديهيدروجينيز يعتمد على أنزيمات نيكوتيناميد:

(أ) ترتبط كأنزيمات مساعدة إما بـ NAD (نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد) أو NADP (نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد فوسفات).

(ب) يتم تقليل الإنزيمات المساعدة عن طريق الركيزة التكافلية والخطية لنزعة الهيدروجين وإعادة تأكسدها بواسطة إلكترون accep & shytor وتخليقها من فيتامين ni & shyacin (حمض النيكوتينيك والنيكوتيناميد).

(ج) تحفز نازعات الهيدروجين المرتبطة بـ NAD تفاعلات الأكسدة في تحلل السكر ودورة حمض الستريك وفي السلسلة التنفسية للميتوكوندريا.

(د) تم العثور على نازعات الهيدروجين المرتبطة بـ NADP في الأحماض الدهنية وتخليق الستيرويد في الميتوكوندريا الإضافية. توجد أيضًا في تحويلة أحادي الفوسفات الهكسوز.

(هـ) تحتوي بعض نازعات الهيدروجين المعتمدة على الإنزيم المساعد للنيكوتيناميد على الزنك ، وخاصة نازعة الهيدروجين الكحولي من الكبد و glyceraldehyde-3-phosphate dehydroge & shynase من العضلات الهيكلية. لا تشارك أيونات الزنك في الأكسدة وإعادة الإزالة.

(2) ديهيدروجينازات تعتمد على المجموعات التعويضية للريبوفلافين:

(أ) تهتم معظم نازعات الهيدروجين اللاهوائية المرتبطة بالريبوفلافين بنقل الإليك والشيترون في السلسلة التنفسية.

(ب) هيدروجيناز سكسينات ، أسيل- CoA de & shyhydrogenase وميتوكوندريا جلسرين- بيتا-فوسفات ديهيدروجينيز نقل الإليك والشيترونات مباشرة من الركيزة إلى سلسلة res & shypiratory.

(ج) في نزع الهيدروجين من الدهون المختزلة ، وسيط في الديكار المؤكسد و shyboxylation من البيروفات ومعدل α-Ketogluta ، يعمل البروتين الفلافوبروتين (FAD) بسبب انخفاض إمكانات الأكسدة والاختزال كناقل للكهرباء والشيترونات من انخفاض الدهون في NAD. الإلكترون الذي ينقل البروتين الفلافي في حاملة داخلية ومتوسطة للإلكترونات بين نازعة هيدروجين أسيل- CoA وسلسلة التنفس والشيري.

(ثالثا) السيتوكرومات:

(أ) السيتوكرومات باستثناء أوكسيديز السيتوكروم هي نازعات هيدروجين اللاهوائية. يشاركون كحاملات للإلكترونات من البروتينات الفلافية إلى أوكسيديز السيتوكروم في السلسلة التنفسية.

(ب) وهي عبارة عن بروتينات هيموبروتينات تحتوي على الحديد حيث يصبح الحديد Fe +++ و Fe ++ أكسدة ويقلل ويختزل. السيتوكرومات في السلسلة التنفسية هي ب ، ج1، ج ، أ ، أ3.

(ج) تم العثور على السيتوكرومات أيضًا في الشبكة الداخلية و shyplasmic (السيتوكرومات P-450 و b5) الخلايا النباتية والبكتيريا والخميرة.

1. لها وزن جزيئي. من 13000.

2. ترتبط مجموعة بورفيرين الحديد في السيتوكروم ج بالبروتين بشكل أقوى من الهيموجلوبين.

3. إنه مستقر تمامًا للتسخين والأحماض.

4. الشكل المصغر للسيتوكروم ج غير قابل للأكسدة تلقائيًا.

5. سلسلة الببتيد من قلب الإنسان cyto & shychrome c تحتوي على 104 من الأحماض الأمينية. Acetyl glycine هو حمض أميني N- وحمض الجلوتاميك هو الحمض الأميني c- المحطة. اثنين من بقايا السيستين يتم تفكيكها وتحويلها في الموضعين 14 و 17. يحدث ارتباط الحديد في الهيم من خلال نيتروجين imida & shyzole من بقايا الهيستيدين في posi & shytion 18 في سلسلة الببتيد.

السيتوكروم P450:

1. يتأثر الكبد ALA synthase بشكل ملحوظ ويتقلص عند إعطاء العديد من الأدوية للإنسان. يتم استقلاب معظم هذه الأدوية في الكبد عن طريق نظام يستخدم بروتين دم محدد ، Cyto & shychrome P450. يؤدي استخدام الهيم بواسطة السيتوكروم P450 إلى زيادة متانة وخجول عملية التمثيل الغذائي لهذه الأدوية ، وبالتالي يقلل من تركيز الهيم داخل الخلايا.

2. تحدث تفاعلات الهيدروكسيل بواسطة إنزيمات مونو أوكسيجيناز أو السيتوكروم P450.

التفاعل المحفز بواسطة أحادي الأكسجين (السيتوكروم P450) هو:

[تمثل RH مجموعة متنوعة جدًا من المواد الغريبة الحيوية بما في ذلك الأدوية والمواد المسرطنة والمبيدات الحشرية والمنتجات البترولية والبول والمزيلات].

3. يعتبر السيتوكروم P450 أكثر الحفاز الحيوي تنوعًا. تم إثباته باستخدام 1802 أن ذرة واحدة من الأكسجين تدخل R-OH وذرة واحدة تدخل الماء. هذا المصير المزدوج للأكسجين هو المسؤول عن تسمية أحاديات الأكسجين باسم & # 8220 أكسيدات مختلطة الوظائف & # 8221.

يتم تمثيل التفاعل المحفز بواسطة السيتوكروم P450 وإيقافه:

4. إن الإنزيم الأحادي الرئيسي في الشبكة الداخلية و shyplasmic هو السيتوكروم P-450s - سمي بهذا الاسم لأن الإنزيم تم تحضيره من الميكروسومات التي تم تقليلها كيميائيًا وأظهرت ذروة مميزة عند 450 نانومتر عند التعرض لأول أكسيد الكربون. حوالي 50 في المائة من الأدوية التي يتناولها البشر يتم استقلابها وتكسيرها بواسطة الأشكال الإسوية للسيتوكروم P450 ، وتعمل هذه الإنزيمات أيضًا على العديد من المواد السرطانية والخجول والملوثات.

5. تم اكتشاف حوالي 150 شكل إسوي من السيتوكروم P450 حتى الآن. يشير رمز الجذر المختصر والخجول CYP إلى cyto & shychrome P450. يشير CYPA1 إلى cyto & shychrome P450 الذي هو أحد أفراد الأسرة 1 والعائلة الفرعية A وهو أول فرد فردي في تلك العائلة الفرعية.

6. مثل الهيموجلوبين ، فهي بروتينات دموية.

7. يتم توزيعها على نطاق واسع بين المتخصصين والخداع. تمتلك البكتيريا السيتوكروم P450s و P450كام (يشارك في استقلاب الكافور) من pseudomonas putida هو الشكل الإسوي P450 الوحيد.

8. توجد بكميات كبيرة في الكبد. توجد بشكل رئيسي في أغشية الشبكة الإندوبلازمية الملساء في الكبد ومعظم الأنسجة الأخرى. في adre & shynal ، توجد في الميتوكوندريا وكذلك في الشبكة الإندوبلازمية ، تلعب الهيدروكسيلازات المتنوعة والخجولة الموجودة في هذا العضو دورًا مهمًا في التخليق الحيوي للكوليسترول والستيرويد.

يختلف نظام السيتوكروم P450 في الميتوكوندريا عن النظام الميكروسومي من حيث أنه يستخدم بروتين فلافوبروتين مرتبط بـ NADPH و adrenodoxin reductase و non-heme iron-sulfur protein، adrenodoxin.

9. هناك ما لا يقل عن ستة أشكال إسوية من السيتو والشيكلوم P450 موجودة في الشبكة الإندوبلازمية للكبد البشري ، كل منها يعمل على كل من الكائنات الحية الحيوية والمركبات الذاتية. في السنوات الأخيرة ، تم عزل ودراسة جينات العديد من الأشكال الإسوية لـ P450.

10. يشارك NADPH في ميكا التفاعل واللمعان للسيتوكروم P450. الإنزيم الذي يستخدم NADPH لتشكيل cyto & shychrome P450 يسمى اختزال NADPH-cytochrotne P450. يتم نقل الإلكترونات من NADPH إلى اختزال NADPH-cytochrome P450 ثم إلى cyto & shychrome P450. يؤدي هذا إلى التنشيط الاختزالي للأكسجين الجزيئي ، ويتم بعد ذلك إدخال ذرة واحدة من الأكسجين في الركيزة.

11. تعتبر الدهون أيضًا من مكونات نظام cyto & shychrome P450. والدهن المناسب هو فوسفاتيديل الكولين الموجود في أغشية الشبكة الإندوبلازمية.

12. معظم الأشكال الإسوية للسيتوكروم P450 تكون قابلة للتحلل. زادت آلية الحث في & shyvolves نسخ mRNA للسيتوكروم P450. تحريض السيتو والشيكلروم P450 له تأثيرات إكلينيكية مهمة ، لأنه آلية كيميائية حيوية وميض للتفاعل الدوائي.

مثال تحريض الإنزيم هو CYP2E1 الذي يسببه استهلاك الإيثانول. هذا P450 يستقلب بعض أنواع سول آند شيفينتس المستخدمة على نطاق واسع وأيضًا المكونات الموجودة في دخان الشيباكو ، والعديد منها عبارة عن مواد مسرطنة ومسببة للسرطان. إذا زاد نشاط CYP2E1 عن طريق الحث ، فقد يزيد ذلك من خطر الإصابة بالسرطان.

13. تشارك بعض الأشكال الإسوية للسيتوكروم P450 (على سبيل المثال ، CYP1 Al) بشكل خاص في استقلاب الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات والجزيئات ذات الصلة. هذا هو السبب في أنها كانت تسمى سابقًا هيدروكسيلاز الهيدروكربونات aro & shymatic (AHH).

هذه الإنزيمات مهمة في استقلاب الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) وفي التسرطن التي تنتجها هذه العوامل. المدخنون لديهم مستويات أعلى من هذا الإنزيم في بعض خلاياهم وأنسجتهم مقارنة مع غير المدخنين والخجولين. وقد أشارت بعض التقارير إلى أن نشاط هذا الإنزيم قد يرتفع (مستحثًا) في مشيمة المرأة التي تدخن ، مما يغير كميات مستقلبات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات التي يتعرض لها الجنين.

14. في الآونة الأخيرة ، تبين أن بعض السيتوكروم P450s توجد في أشكال متعددة الأشكال ، وبعضها يظهر نشاط تحفيزي منخفض. هذه الملاحظات هي التفسير الصريح والخطير للاختلافات في الاستجابات الدوائية التي لوحظت بين العديد من المرضى.

يُظهر P450 بوليمرات و shyphism هو CYP2D6 الذي يشارك في استقلاب debrisoquin (دواء مضاد لارتفاع ضغط الدم). تسبب بعض أنواع البوليمرات والأشكال الخاصة بـ CYP2D6 ضعف التمثيل الغذائي لهذه الأدوية والعديد من الأدوية الأخرى ، بحيث يمكن أن تتراكم في الجسم مما يؤدي إلى الخجل في عواقب وخيمة.

عمليات الأكسدة: إنزيم # 4. هيدرو بيروكسيدات:

يستخدمون بيروكسيد الهيدروجين كركيزة.

يندرج في هذه الفئة إنزيمان:

(أ) يوجد في الحليب وخلايا الدم البيضاء والمجموعة الاصطناعية هي protoheme.

(ب) يحفز تقليل الهيدروجين لكل و shyoxide بمساعدة حمض الأسكوربيك والكينون والسيتوكروم C التي تعمل كمستقبلات للإلكترون.

رد الفعل هو com & shyplex لكن رد الفعل العام هو:

(أ) هو بروتين دم ويوجد في الدم والكبد.

(ب) يستخدم جزيء واحد من H2ا2 كمانح إلكترون ركيزة وجزيء آخر كمتقبل للإلكترون.

(ج) وظيفتها تدمير H.2ا2 تشكلت عن طريق عمل نازعات الهيدروجين الهوائية.

عمليات الأكسدة: إنزيم # 5. الأوكسجين:

إنها تحفز دمج الأكسجين في جزيء الركيزة.

(ط) Dioxygenases (نقل الأكسجين ، والأكسجين الحقيقي)

(أ) أنها تحفز دمج اثنين من الأكسجين (O2) في الركيزة:

(ب) الإنزيمات التي تحتوي على الحديد كمجموعة صناعية ، على سبيل المثال ، ثنائي أوكسجيناز متجانس ، 3-هيدروكسانثرانيلات ثنائي أوكسجيناز والإنزيمات التي تستخدم الهيم كمجموعة صناعية مثل L-tryptophan di-Oxyoxyase (tryptophan pyrrolase) من الكبد.

(2) مونو أوكسيجيناز (مختلط الوظيفة أكسيديز ، هيدروكسيلازات):

(أ) أنها تحفز دمج ذرة واحدة فقط من جزيء الأكسجين في الركيزة. يتم إعادة ذرة الأكسجين الأخرى إلى الماء.

الركيزة ضرورية لهذا الغرض:

(ب) العديد من الإنزيمات المشاركة في تخليق الستيرويد هي أحادي أوكسجيناز باستخدام NADPH كركيزة مشتركة. توجد بشكل رئيسي في الشبكة الإندوبلازمية (Microsomes) للكبد وفي الميتو والشيكوندريا والميكروسومات للغدد adre & shynal.

(ج) يشاركون أيضًا في استقلاب العديد من الأدوية عن طريق الهيدروكسيل. توجد في الميكروسومات للكبد لتخفف من السيتوكروم P450 و cyto & shychrome b5. الأدوية التي يتم استقلابها بواسطة هذا النظام هي benzpyrine و aminopyrine و ani & shyline و morphine و benzphetamine.

لكن الفينوباربيتال يحفز تكوين الإنزيمات الميكروسومية و السيتوكروم P450:

(د) تهتم بتوليف أو تحلل العديد من الأنواع المختلفة من المستقلبات.


معلومات الكاتب

الانتماءات

قسم الكيمياء ، جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

تريستان دي روند ، باركر ستو ، ريبيكا إي جونسون وأمبير ريتشموند ساربونج

قسم الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية ، جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

معهد DOE المشترك للطاقة الحيوية ، إميريفيل ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

Leanne Jade G Chan و Garima Goyal و Edward E K Baidoo و Nathan J Hillson و Christopher J Petzold و amp Jay D Keasling

قسم النظم والهندسة البيولوجية ، مختبر لورانس بيركلي الوطني ، بيركلي ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

Leanne Jade G Chan و Garima Goyal و Edward E K Baidoo و Nathan J Hillson و Christopher J Petzold و amp Jay D Keasling

معهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة ، والنوت كريك ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

قسم الهندسة الحيوية ومعهد كاليفورنيا للعلوم البيولوجية الكمية ، جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

مركز مؤسسة نوفو نورديسك للاستدامة الحيوية ، الجامعة التقنية في الدنمارك ، هورشولم ، الدنمارك


& ltp> هذا القسم الفرعي من & lta href = "http://www.uniprot.org/help/interaction٪5Fsection"> قسم "التفاعل" & lt / a> يوفر معلومات حول بنية البروتين الرباعي والتفاعل (التفاعلات) مع البروتينات الأخرى أو مجمعات البروتين (باستثناء تفاعلات المستقبلات الفسيولوجية التي تم شرحها في قسم & lta href = "http://www.uniprot.org/help/function٪5Fsection"> "الوظيفة" & lt / a>. & ltp > & lta href = '/ help / subunit_structure' target = '_ top'> المزيد. & lt / a> & lt / p> هيكل الوحدة الفرعية i

مكون من أوكسيديز السيتوكروم ج (المركب الرابع ، CIV) ، وهو إنزيم متعدد الوحدات يتكون من 14 وحدة فرعية. يتكون المجمع من نواة محفزة من 3 وحدات فرعية MT-CO1 و MT-CO2 و MT-CO3 ، مشفرة في الحمض النووي للميتوكوندريا ، و 11 وحدة فرعية زائدة عن العدد COX4I ، COX5A ، COX5B ، COX6A ، COX6B ، COX6C ، COX7A ، COX7B ، COX7C و COX8 و NDUFA4 المشفرة في الجينوم النووي. يوجد المركب كمونومر أو ثنائى ويشكل مركبًا فائقًا (SCs) في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا مع NADH-ubiquinone oxidoreductase (المركب I ، CI) و ubiquinol-cytochrome c oxidoreductase (مركب السيتوكروم ب- c1 ، المركب الثالث ، CIII) ، مما أدى إلى تجميعات مختلفة (supercomplex SCI1ثالثا2رابعا1 و megacomplex MCI2ثالثا2رابعا2).

التأكيد اليدوي المستنتج من تشابه التسلسل مع i

قواعد بيانات تفاعل البروتين البروتين

قاعدة بيانات تفاعل البروتين ونظام التحليل

قاعدة بيانات التفاعل الجزيئي

STRING: شبكات رابطة البروتين الوظيفية

قواعد بيانات متنوعة

RNAct ، تنبؤات تفاعل البروتين والرنا للكائنات الحية النموذجية.


أكسيدات

المصادر الداخلية لـ ROS

يتم إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية من الأكسجين الجزيئي نتيجة التمثيل الغذائي الخلوي الطبيعي. يمكن تقسيم ROS إلى مجموعتين: الجذور الحرة وغير الراديكالية. تسمى الجزيئات التي تحتوي على إلكترون واحد أو أكثر من الإلكترونات غير الزوجية وبالتالي إعطاء تفاعل للجزيء بالجذور الحرة. عندما يشترك 2 من الجذور الحرة في إلكتروناتهما غير المزدوجة ، يتم إنشاء أشكال غير تقليدية. ثلاثة أنواع من أنواع أنواع الأكسجين التفاعلية الرئيسية ذات الأهمية الفسيولوجية هي الأنيون الفائق (O2 & # x02212. ) ، وجذر الهيدروكسيل (& # x02022OH) ، وبيروكسيد الهيدروجين (H2ا2). تم تلخيص ROS في الجدول 1.

الجدول 1

المؤكسدات الداخلية الرئيسية

يتكون أنيون الأكسيد الفائق عن طريق إضافة 1 إلكترون إلى الأكسجين الجزيئي .22 هذه العملية بوساطة فوسفات النيكوتين أدينين ثنائي النوكليوتيد [NAD (P) H] أوكسيديز الزانثين أو عن طريق نظام نقل الإلكترون بالميتوكوندريا. الموقع الرئيسي لإنتاج الأنيون الفائق هو الميتوكوندريا ، وهي آلية الخلية لإنتاج الأدينوزين ثلاثي الفوسفات. عادة ، يتم نقل الإلكترونات من خلال سلسلة نقل إلكترون الميتوكوندريا لتقليل الأكسجين إلى الماء ، ولكن ما يقرب من 1 إلى 3 ٪ من جميع الإلكترونات تتسرب من النظام وتنتج أكسيدًا فائقًا. تم العثور على NAD (P) H أوكسيديز في الكريات البيض متعددة الأشكال ، وحيدات ، والضامة. عند البلعمة ، تنتج هذه الخلايا دفعة من الأكسيد الفائق الذي يؤدي إلى نشاط مبيد للجراثيم. يتم تحويل Superoxide إلى بيروكسيد الهيدروجين عن طريق عمل ديسموتازات الأكسيد الفائق (SODs ، EC 1.15.1.1). ينتشر بيروكسيد الهيدروجين بسهولة عبر غشاء البلازما. يتم إنتاج بيروكسيد الهيدروجين أيضًا بواسطة زانثين أوكسيديز ، أوكسيديز الأحماض الأمينية ، و NAD (P) H أوكسيديز ، وفي البيروكسيسومات عن طريق استهلاك الأكسجين الجزيئي في التفاعلات الأيضية. في سلسلة من ردود الفعل تسمى ردود فعل Haber & # x02013 Weiss و Fenton ، H.2ا2 يمكن أن تنهار إلى OH & # x02212 في وجود معادن ناقل الحركة مثل Fe 2+ أو Cu 2+ 0.25

ا2 & # x02212 نفسها يمكن أن تتفاعل أيضًا مع H.2ا2 وتوليد OH & # x02212 .26،27 هيدروكسيل جذري هو الأكثر تفاعلًا من أنواع الأكسجين التفاعلية ويمكن أن يتلف البروتينات والدهون والكربوهيدرات والحمض النووي. يمكن أيضًا أن تبدأ عملية أكسدة الدهون عن طريق أخذ إلكترون من الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة.

تعمل إنزيمات المحببات على توسيع تفاعل H2ا2 عن طريق بيروكسيداز اليوزينيات و myeloperoxidase (MPO). في العدلات المنشطة ، H2ا2 يتم استهلاكه بواسطة MPO. في وجود أيون الكلوريد ، H2ا2 يتحول إلى حمض هيبوكلوروس (HOCI). HOCl شديد التأكسد ويلعب دورًا مهمًا في قتل مسببات الأمراض في الشعب الهوائية .28 ومع ذلك ، يمكن أن يتفاعل HOCl أيضًا مع الحمض النووي ويحفز تفاعلات الحمض النووي والبروتينات وينتج منتجات أكسدة بيريميدين ويضيف الكلوريد إلى قواعد الحمض النووي .29،30 Eosinophil peroxidase و MPO يسهمان أيضًا في الإجهاد التأكسدي عن طريق تعديل البروتينات عن طريق الهالوجينات والنترات والصلات المتقاطعة للبروتين عبر جذور التيروزيل .31 & # x0201333

الجذور الحرة الأخرى المشتقة من الأكسجين هي جذور البيروكسيل (ROO & # x000b7 & # x02022). أبسط شكل من هذه الجذور هو جذور الهيدروبيروكسيل (HOO & # x000b7 & # x02022) وله دور في بيروكسيد الأحماض الدهنية. يمكن أن تؤدي الجذور الحرة إلى تفاعلات سلسلة بيروكسيد الدهون عن طريق استخراج ذرة هيدروجين من كربون ميثيلين جانبي السلسلة. ثم يتفاعل الجذور الدهنية مع الأكسجين لإنتاج جذور البيروكسيل. يبدأ جذر البيروكسيل تفاعلًا متسلسلًا ويحول الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة إلى هيدروبيروكسيدات دهنية. هيدروبيروكسيدات الشحوم غير مستقرة للغاية وتتحلل بسهولة إلى منتجات ثانوية ، مثل الألدهيدات (مثل 4-هيدروكسي -2 ، 3-nonenal) ومالونديالديهايد (MDAs). Isoprostanes هي مجموعة أخرى من منتجات بيروكسيد الدهون التي يتم إنتاجها عن طريق بيروكسيد حمض الأراكيدونيك وقد وجد أيضًا أنها مرتفعة في البلازما ومكثفات التنفس لمرضى الربو. هيكل الغشاء.

يمكن قياس بيروكسيد الهيدروجين ، وجذر الأكسيد الفائق ، والجلوتاثيون المؤكسد (GSSG) ، و MDAs ، والأيزوبروستانات ، والكاربونيل ، والنيتروتيروزين بسهولة من عينات غسيل البلازما أو الدم أو القصبات الهوائية كمؤشرات حيوية للأكسدة عن طريق المقايسات المعيارية.

مصدر خارجي من المؤكسدات

دخان السجائر

يحتوي دخان السجائر على العديد من المؤكسدات والجذور الحرة والمركبات العضوية ، مثل أكسيد الفائق وأكسيد النيتريك .36 بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي استنشاق دخان السجائر إلى الرئة أيضًا إلى تنشيط بعض الآليات الذاتية ، مثل تراكم العدلات والضامة ، مما يزيد من إصابة الأكسدة. .

التعرض للأوزون

يمكن أن يسبب التعرض للأوزون بيروكسيد الدهون ويحث على تدفق العدلات إلى ظهارة مجرى الهواء. يؤدي التعرض قصير المدى للأوزون أيضًا إلى إطلاق الوسائط الالتهابية ، مثل MPO والبروتينات الكاتيونية الحمضات وأيضًا نازعة هيدروجين اللاكتات والألبومين .37 حتى في الأشخاص الأصحاء ، يتسبب التعرض للأوزون في انخفاض وظائف الرئة .38 أظهر تشو وآخرون 39 ذلك المواد الجسيمية (خليط من الجسيمات الصلبة والقطرات السائلة العالقة في الهواء) تحفز تقليل الأكسجين.

فرط الأكسجة

يشير فرط الأكسجة إلى حالات ارتفاع مستويات الأكسجين عن الضغط الجزئي الطبيعي للأكسجين في الرئتين أو أنسجة الجسم الأخرى. يؤدي إلى زيادة إنتاج الأكسجين التفاعلي وأنواع النيتروجين

إشعاعات أيونية

الإشعاع المؤين بحضور O2، يحول جذور الهيدروكسيل ، والأكسيد الفائق ، والجذور العضوية إلى بيروكسيد الهيدروجين وأكسيد الهيدروجين العضوي. تتفاعل هذه الأنواع من الأكسيد المائي مع أيونات المعادن النشطة في الأكسدة والاختزال ، مثل الحديد والنحاس ، عبر تفاعلات فينتون وبالتالي تحفز الإجهاد التأكسدي.2 & # x02212. و ح2ا2 الإنتاج عبر NADPH أوكسيديز المرتبط بغشاء البلازما. يتم تنشيط البروتين المنشط -1 (AP-1) ، والعامل النووي - & # x003baB (NF - & # x003baB) ، و p53 ، مما يؤدي إلى التعبير عن الاستجابة للإشعاع & # x02013 الجينات ذات الصلة. 45 & # x0201350 الأشعة فوق البنفسجية A (UVA) تؤدي الفوتونات إلى تفاعلات مؤكسدة عن طريق إثارة محسّسات ضوئية داخلية ، مثل البورفيرينات وأكسيداز NADPH والريبوفلافين. 8-Oxo-7،8-dihydroguanine (8-oxoGua) هو المنتج الرئيسي لأكسدة الحمض النووي الذي يتوسطه UVA والذي يتكون من أكسدة & # x02022OH الراديكالي ، 1 الإلكترون المؤكسدات ، والأكسجين القمري الذي يتفاعل بشكل أساسي مع الجوانين. من الجوانين الجذري الكاتيون في الحمض النووي المعزول قد ثبت أنه يحدث بكفاءة من خلال التأثير المباشر للإشعاع المؤين. 52،53 بعد التعرض للإشعاع المؤين ، ينخفض ​​مستوى الجلوتاثيون داخل الخلايا (GSH) لفترة قصيرة ولكن بعد ذلك يرتفع مرة أخرى .54

أيونات المعادن الثقيلة

يمكن لأيونات المعادن الثقيلة ، مثل الحديد والنحاس والكادميوم والزئبق والنيكل والرصاص والزرنيخ ، أن تحفز توليد الجذور التفاعلية وتسبب تلفًا خلويًا عن طريق استنفاد أنشطة الإنزيم من خلال أكسدة الدهون والتفاعل مع البروتينات النووية والحمض النووي.

واحدة من أهم آليات توليد الجذور الحرة بوساطة المعادن هي من خلال تفاعل من نوع فنتون. يمكن أن يتفاعل أيون أكسيد الفائق وبيروكسيد الهيدروجين مع المعادن الانتقالية ، مثل الحديد والنحاس ، عبر تفاعل هابر المعدني المحفز & # x02013 Weiss / Fenton لتكوين جذور OH.

إلى جانب آليات من نوع Fenton و Haber & # x02013 Weiss ، يمكن أن تتفاعل أيونات معدنية معينة مباشرة مع الجزيئات الخلوية لتوليد الجذور الحرة ، مثل جذور الثيول ، أو تحفيز مسارات إشارات الخلية. قد تتفاعل هذه الجذور أيضًا مع جزيئات الثيول الأخرى لتوليد O2 & # x02212. . ا2 & # x02212. تم تحويله إلى H.2ا2، مما يؤدي إلى توليد إضافي لجذور الأكسجين. بعض المعادن ، مثل الزرنيخ ، تحفز تكوين ROS بشكل غير مباشر عن طريق تنشيط أنظمة إنتاج جذرية في الخلايا

الزرنيخ عنصر شديد السمية ينتج مجموعة متنوعة من أنواع الأكسجين التفاعلية ، بما في ذلك الأكسيد الفائق (O2 & # x02022 & # x02212) ، أكسجين القميص (1 O2) ، جذور البيروكسيل (ROO & # x02022) ، أكسيد النيتريك (NO & # x02022) ، بيروكسيد الهيدروجين (H2ا2) وجذور البيروكسيل ثنائي ميثيلارسينيك [(CH3)2AsOO & # x02022] .57 & # x0201359 يمكن لمركبات الزرنيخ (III) أن تثبط الإنزيمات المضادة للأكسدة ، وخاصة الإنزيمات المعتمدة على GSH ، مثل الجلوتاثيون-س-النقلات (GSTs) ، الجلوتاثيون بيروكسيديز (GSH-Px) ، واختزال GSH ، عن طريق الارتباط بمجموعات السلفهيدريل (& # x02013SH).

يزيد الرصاص من أكسدة الدهون .62 وقد تم الإبلاغ عن انخفاض كبير في نشاط الأنسجة SOD و GPx للدماغ بعد التعرض للرصاص 63،64 استبدال الزنك ، الذي يعمل كعامل مساعد للعديد من الإنزيمات بالرصاص ، يؤدي إلى تعطيل مثل هذه الإنزيمات. قد يتسبب التعرض للرصاص في تثبيط ضريبة السلع والخدمات من خلال التأثير على ثيولات الأنسجة.

يمكن لـ ROS الناتجة عن التفاعلات المحفزة بالمعادن تعديل قواعد الحمض النووي. يمكن أن تحدث ثلاثة بدائل أساسية ، G & # x02192 C ، و G & # x02192 T ، و C & # x02192 T ، نتيجة للتلف التأكسدي بواسطة أيونات المعادن ، مثل Fe 2+ و Cu 2+ و Ni 2+. أظهر Reid et al65 أن G & # x02192 C تم إنتاجه في الغالب بواسطة Fe 2+ بينما تم استبدال C & # x02192 T بواسطة Cu 2+ و Ni 2+.


محتويات

A variety of organisms regulate their light production using different luciferases in a variety of light-emitting reactions. The majority of studied luciferases have been found in animals, including fireflies, and many marine animals such as copepods, jellyfish, and the sea pansy. However, luciferases have been studied in luminous fungi, like the Jack-O-Lantern mushroom, as well as examples in other kingdoms including luminous bacteria, and dinoflagellates.

Firefly and click beetle Edit

The luciferases of fireflies – of which there are over 2000 species – and of the other Elateroidea (click beetles and relatives in general) are diverse enough to be useful in molecular phylogeny. [3] In fireflies, the oxygen required is supplied through a tube in the abdomen called the abdominal trachea. One well-studied luciferase is that of the Photinini firefly Photinus pyralis, which has an optimum pH of 7.8. [4]

Sea pansy Edit

Also well studied is the sea pansy, Renilla reniformis. In this organism, the luciferase (Renilla-luciferin 2-monooxygenase) is closely associated with a luciferin-binding protein as well as a green fluorescent protein (GFP). Calcium triggers release of the luciferin (coelenterazine) from the luciferin binding protein. The substrate is then available for oxidation by the luciferase, where it is degraded to coelenteramide with a resultant release of energy. In the absence of GFP, this energy would be released as a photon of blue light (peak emission wavelength 482 nm). However, due to the closely associated GFP, the energy released by the luciferase is instead coupled through resonance energy transfer to the fluorophore of the GFP, and is subsequently released as a photon of green light (peak emission wavelength 510 nm). The catalyzed reaction is: [5]

Copepod Edit

Newer luciferases have recently been identified that, unlike other luciferases, are naturally secreted molecules. One such example is the Metridia coelenterazine-dependent luciferase (MetLuc, A0A1L6CBM1 ) that is derived from the marine copepod Metridia longa. ال Metridia longa secreted luciferase gene encodes a 24 kDa protein containing an N-terminal secretory signal peptide of 17 amino acid residues. The sensitivity and high signal intensity of this luciferase molecule proves advantageous in many reporter studies. Some of the benefits of using a secreted reporter molecule like MetLuc is its no-lysis protocol that allows one to be able to conduct live cell assays and multiple assays on the same cell. [6]

تحرير البكتيرية

Bacterial bioluminescence is seen in Photobacterium species, Vibrio fischeri, Vibrio haweyi, and Vibrio harveyi. Light emission in some bioluminescent bacteria utilizes 'antenna' such as lumazine protein to accept the energy from the primary excited state on the luciferase, resulting in an excited lulnazine chromophore which emits light that is of a shorter wavelength (more blue), while in others use a yellow fluorescent protein (YFP) with FMN as the chromophore and emits light that is red-shifted relative to that from luciferase. [7]

Dinoflagellate Edit

Dinoflagellate luciferase is a multi-domain eukaryote protein, consisting of an N-terminal domain, and three catalytic domains, each of which preceded by a helical bundle domain. The structure of the dinoflagellate luciferase catalytic domain has been solved. [8] The core part of the domain is a 10 stranded beta barrel that is structurally similar to lipocalins and FABP. [8] The N-terminal domain is conserved between dinoflagellate luciferase and luciferin binding proteins (LBPs). It has been suggested that this region may mediate an interaction between LBP and luciferase or their association with the vacuolar membrane. [9] The helical bundle domain has a three helix bundle structure that holds four important histidines that are thought to play a role in the pH regulation of the enzyme. [8] There is a large pocket in the β-barrel of the dinoflagellate luciferase at pH 8 to accommodate the tetrapyrrole substrate but there is no opening to allow the substrate to enter. Therefore, a significant conformational change must occur to provide access and space for a ligand in the active site and the source for this change is through the four N-terminal histidine residues. [8] At pH 8, it can be seen that the unprotonated histidine residues are involved in a network of hydrogen bonds at the interface of the helices in the bundle that block substrate access to the active site and disruption of this interaction by protonation (at pH 6.3) or by replacement of the histidine residues by alanine causes a large molecular motion of the bundle, separating the helices by 11Å and opening the catalytic site. [8] Logically, the histidine residues cannot be replaced by alanine in nature but this experimental replacement further confirms that the larger histidine residues block the active site. Additionally, three Gly-Gly sequences, one in the N-terminal helix and two in the helix-loop-helix motif, could serve as hinges about which the chains rotate in order to further open the pathway to the catalytic site and enlarge the active site. [8]

A dinoflagellate luciferase is capable of emitting light due to its interaction with its substrate (luciferin) and the luciferin-binding protein (LBP) in the scintillon organelle found in dinoflagellates. [8] The luciferase acts in accordance with luciferin and LBP in order to emit light but each component functions at a different pH. Luciferase and its domains are not active at pH 8 but they are extremely active at the optimum pH of 6.3 whereas LBP binds luciferin at pH 8 and releases it at pH 6.3. [8] Consequently, luciferin is only released to react with an active luciferase when the scintillon is acidified to pH 6.3. Therefore, in order to lower the pH, voltage-gated channels in the scintillon membrane are opened to allow the entry of protons from a vacuole possessing an action potential produced from a mechanical stimulation. [8] Hence, it can be seen that the action potential in the vacuolar membrane leads to acidification and this in turn allows the luciferin to be released to react with luciferase in the scintillon, producing a flash of blue light.

All luciferases are classified as oxidoreductases (EC 1.13.12.-), meaning they act on single donors with incorporation of molecular oxygen. Because luciferases are from many diverse protein families that are unrelated, there is no unifying mechanism, as any mechanism depends on the luciferase and luciferin combination. However, all characterised luciferase-luciferin reactions to date have been shown to require molecular oxygen at some stage.

Bacterial luciferase Edit

The reaction catalyzed by bacterial luciferase is also an oxidative process:

In the reaction, molecular oxygen oxidizes flavin mononucleotide and a long-chain aliphatic aldehyde to an aliphatic carboxylic acid. The reaction forms an excited hydroxyflavin intermediate, which is dehydrated to the product FMN to emit blue-green light. [10]

Nearly all of the energy input into the reaction is transformed into light. The reaction is 80% [11] to 90% [12] efficient. In comparison, the incandescent light bulb only converts about 10% of its energy into light [13] and a 150 lumen per Watt (lm/W) LED converts 20% of input energy to visible light. [12]

Luciferases can be produced in the lab through genetic engineering for a number of purposes. Luciferase genes can be synthesized and inserted into organisms or transfected into cells. As of 2002, mice, silkworms, and potatoes are just a few of the organisms that have already been engineered to produce the protein. [14]

In the luciferase reaction, light is emitted when luciferase acts on the appropriate luciferin substrate. Photon emission can be detected by light sensitive apparatus such as a luminometer or modified optical microscopes. This allows observation of biological processes. [15] Since light excitation is not needed for luciferase bioluminescence, there is minimal autofluorescence and therefore virtually background-free fluorescence. [16] Therefore, as little as 0.02 pg can still be accurately measured using a standard scintillation counter. [17]

In biological research, luciferase is commonly used as a reporter to assess the transcriptional activity in cells that are transfected with a genetic construct containing the luciferase gene under the control of a promoter of interest. [18] Additionally, proluminescent molecules that are converted to luciferin upon activity of a particular enzyme can be used to detect enzyme activity in coupled or two-step luciferase assays. Such substrates have been used to detect caspase activity and cytochrome P450 activity, among others. [15] [18]

Luciferase can also be used to detect the level of cellular ATP in cell viability assays or for kinase activity assays. [18] [19] Luciferase can act as an ATP sensor protein through biotinylation. Biotinylation will immobilize luciferase on the cell-surface by binding to a streptavidin-biotin complex. This allows luciferase to detect the efflux of ATP from the cell and will effectively display the real-time release of ATP through bioluminescence. [20] Luciferase can additionally be made more sensitive for ATP detection by increasing the luminescence intensity by changing certain amino acid residues in the sequence of the protein. [21]

Whole animal imaging (referred to as في الجسم الحي when living or, otherwise called خارج الجسم الحي imaging) is a powerful technique for studying cell populations in live animals, such as mice. [22] Different types of cells (e.g. bone marrow stem cells, T-cells) can be engineered to express a luciferase allowing their non-invasive visualization inside a live animal using a sensitive charge-couple device camera (CCD camera).This technique has been used to follow tumorigenesis and response of tumors to treatment in animal models. [23] [24] However, environmental factors and therapeutic interferences may cause some discrepancies between tumor burden and bioluminescence intensity in relation to changes in proliferative activity. The intensity of the signal measured by in vivo imaging may depend on various factors, such as D-luciferin absorption through the peritoneum, blood flow, cell membrane permeability, availability of co-factors, intracellular pH and transparency of overlying tissue, in addition to the amount of luciferase. [25]

Luciferase is a heat-sensitive protein that is used in studies on protein denaturation, testing the protective capacities of heat shock proteins. The opportunities for using luciferase continue to expand. [26]


الانتماءات

Department of Biotechnology & Enzyme Catalysis, Institute of Biochemistry, University of Greifswald, Greifswald, Germany

Lukas Reisky, Hanna C. Büchsenschütz, Jennifer Engel & Uwe T. Bornscheuer

Max Planck Institute for Marine Microbiology, Bremen, Germany

Tao Song & Jan-Hendrik Hehemann

Pharmaceutical Biotechnology, Institute of Pharmacy, University of Greifswald, Greifswald, Germany

University of Bremen, Center for Marine Environmental Sciences (MARUM), Bremen, Germany

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

J.-H.H., T.S. and U.T.B. initiated the study and directed the project. J.E. together with L.R. cloned, expressed and purified the P450 enzymes and performed preliminary studies H.C.B. and L.R. cloned, expressed and purified all other enzymes and performed all further experiments. شارع. and J.-H.H. performed the computational analysis. L.R., H.C.B., J.-H.H. and U.T.B. prepared the manuscript, which was revised and approved by all authors.

المؤلفون المراسلون


شاهد الفيديو: تركيب البروتين: الدرس الأول العلاقة بين المورثة والبروتين (شهر نوفمبر 2022).