دانلود رایگان ترجمه مقاله عملکرد مشابه در دو آنزیم ساختاری (Nature سال 1991)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

تیوردوکسین ها پروتئین های فعال اکسایشی کوچکی هستند که عملکرد های مختلفی را ایفا میکنند. در ای کولی ( اشیرشیا کولی) تیوردوکسین ها توسط آنزیم کاهش دهنده تیوردوکسین مبتنی بر NADPH کاهش پیدا می کنند. ساختار سه بعدی از TR بر اساس جایگزینی های مختلف هم شکل ایجاد می شود ( شکل1) و شامل دو مولکول می باشد که به صورت بسیار نزدیک با یکدیگر تعامل دارند که باعث شکل گیری دیمر های متقارن می شود. هر کدام از مولکول ها دارای سه دامنه معین می باشد که متناظر با FAD، NADPH و دامنه های مرکزی از آنزیم کاهش دهنده گلوتاتیون (GR) ( شکل 2) می باشند. ساختار سه بعدی از TR بسیار شبیه به سه دامنه اول از GR می باشد و تفاوت اصلی بین آن ها، تغییر در جهت دامنه NADPH و حذف شدن یک هلیکس می باشد (شکل2). نوزده مورد از رشته های 21 بتا در TR متناظر با المان های GR هستند؛ دو مورد دیگر در پایانه T و نزدیک به دی سولفید فعال اکسایشی قرار دارد که ویژگی متمایز در توالی TR ها می باشد (شکل3). به صورت مشابه، پنج مورد از هفت مورد آلفا هلیکس ها و سه مورد از هلیکس های 3t0 در TR مطابق با المان های مشابه در GR هستند. یک ویژگی بسیار مهم از تنظیم ساختاری، جابجایی های نسبی از دامنه های NADPH در دو آنزیم می باشد. این موضوع مطابق با چرخش یکی از این دامنه ها به مقدار 66 درجه حول رشته های بتا می باشد که به FAD و دامنه مرکزی متصل می شوند و باعث می شوند که ساختار پایه نسبت بدون تغییر بماند ( شکل 2). در تنظیم دامنه های FAD / مرکزی و تفکیک 2A برای دامنه های NADPH برای پس ماند های اصلی ، باعث می شود که 70% از توالی TR شکل بگیرد از جمله تنظیم اتم های آلفا هلیکس که انحراف کمتر از 2.5A دارند و باعث شکل گیری انحراف موثر 1.1 A هم در دامنه های مرکزی FAD و مرکزی و هم در دامنه های NADPH می شود و 54% و 65% از پس ماند های TR بر اساس این معیار در دو بخش از ساختار، صدق می کنند. این نتایج مشابه با انحراف های شناسایی شده بر روی ساختار های هم پوشان گلوبین با شباهت توالی نسبی می باشد.

سیستئین های فعال اکسایشی در مکان های مختلف از این دو آنزیم قرار گرفته اند ( شکل 1 و 2). اما هر دوی آنزیم ها دارای شباهت های توالی یا ساختاری در منطقه های مرتبط با دی سولفید دیگر آنزیم ها می باشند توالی TSDGFF ( نماد های آمینو اسید ها با یک حرف) در GR ( پس ماند 176-181) مطابق با توالی مکان فعال TCDGFF در TR می باشد و این هگزاپپتید، یکی از بزرگترین شباهت های توالی در کل این تراز می باشد ( شکل 3). در مکان دی سولفید های GR، ( پس ماند 58-63)، اولین دور از آلفا هلیکس در تراز ساختاری با هلیکس 3t0 در TR قرار دارد ( شکل 2 و 3). همراه با هماهنگی در المان های ساختاری ثانویه و حضور چند ناحیه خوشه ای دیگر با شباهت توالی بالا، این موضوع نشان میدهد که هر دوی این پروتئین ها از یک پیشینه مشترک ایجاد شده اند. دامنه های FAD و NADPH از TR و GR هر دو شامل موتیف های اتصالی به هسته و یک صفحه غیر موازی بتا اضافی هستند که ممکن است در اثر تغییرات ژنی ایجاد شده باشد. مقایسه های قبلی در رابطه با GR و مونو اکسیژنا شامل FAD، یعنی هیدروکسیلاز هیدروکسی بنزوئات p نشان دهنده شباهت های ساختاری در دامنه های FAD و بعضی دیگر از المان های مشترک در دامنه مرکزی می باشد. المان های متفاوت همراه با المان های مشابه در این مطالعه شناسایی شده اند اما تمایز بین دو مکانیزم دشوار می باشد که این موضوع به دلیل غیاب شباهت توالی ها ، کمبود شباهت ساختاری در NADPH و تفاوت های بنیادی در واکنش هایی می باشد که این آنزیم ها موجب کاتالیز آن ها می شوند. در مقابل، کاتالیز های TR و GR دارای واکنش های بسیار مشابه می باشند که تنها از نظر بستر متفاوت هستند و شباهت های توالی آن ها نشان دهنده رابطه بین این سه دامنه از TR می باشد.

بر خلاف شباهت های موجود در ساختار سوم، حالت های دیمری از آنزیم ها کاملا متفاوت می باشد ( شکل 4). شکل گیری دیمر ها در GR شامل ارتباط ثابت بین دامنه های مشترک می باشد که هر کدام از آن ها با سطح مشترک و دامنه های FAD از مولکول های دیگر ارتباط دارند و باعث شکل گیری فضاهای عمقی می شوند که مکان اتصال برای گلوتاتیون می باشد. در TR، دو فرورفتگی کم عمق در سطح مشترک دیمر وجود دارد که در همان طرف از آنزیم قرار گرفته است. احتمالا مکان های اتصال تیوردوکسین نیز در همین قسمت قرار دارند زیرا زنجیره جانبی هر کدام از آنزیم های واکنشی در هر فرورفتگی مطابق بر مطالعه های مکانیکی، با محیط در تماس هستند. شکل گیری دیمر در TR ها نیازمند المان ساختاری دیگری به جز المان های موجود در GR نمی باشد ( شکل 4). تطابق گروه FAD و جایگاه آن در دامنه های مرکزی FAD بین TR و GR حفظ شده است ( شکل 2). نسبت به سیستم حلقه ای فلاوین، دو بخش دیگر از مکانیزم های کاتالیزی به صورت محسوس تغییر کرده اند: دی سولفید های فعال اکسایشی در طرف مقابل از سیستم حلقه ای فلاوین در دو آنزیم قرار داشته و دامنه های NADPH نیز نسبت به یک دیگر چرخش داشته اند. باید به این نکته توجه داشته باشید که سیستئین های فعال اکسایشی در قسمت TR نسبت به فلاوین (شکل 1) در مکانی هستند که با حلقه نیکوتینامی در NADPH دل GR تطابق دارد و این موضوع نشان دهنده حالت اتصال های هسته ای پیریدین در TR به صورت متفاوت می باشد. در GR سیستئین های فعال اکسایشی و باز کاتالیزی ( His 467) تحت تاثیر مانومر های مختلف هستند در حالی که در TR، مکان فعال احتمالی (His 245) در همان مولکولی قرار دارد که سیستئین ها هستند.

فرآیند تکامل مشابه باعث شده که ساختار های دیمری مختلف و مکان های فعال متفاوت ایجاد شود که با حفظ چارچوب ساختاری دامنه های FAD، مرکزی و NADPH شکل می گیرد و تایید کننده ساختار قالبی درونی این آنزیم ها می باشد. یک نمونه دیگر از این اکتساب ویژگی های مستقل توسط پروتئین ها که از یک پیشینه مشترک ایجاد شده اند، هموگلوبین آرام دیمری می باشد که زیر واحد های آن مشابه با هموگلوبین پستانداران تترامریک می باشد. سطح مشترک دیمری آن ها کاملا متفاوت است اما نشان دهنده مکانیزم های دگرریختاری می باشد که با هموگلوبین های شناسایی شده در پستانداران ارتباطی ندارد.