اشتراك الانزيمات والبروتينات في عمليات الدفاع والاصلاح ضد الاجهاد التأكسدي

لمواجهة الاجهاد التأكسدي تنتج الخلايا عددا من الانزيمات او البروتينات مثل الوصيفات اضافة الى بعض العوامل المساعدة التي تحفز الانزيمات او الانظمة العاملة في الإصلاح لتعمل بشكل شبكة على كل الاجزاء المتضررة من الخلية.

العوامل : ومنها عوامل الانتساخ فمثلا في E. coli فان عامل الانتساخ OxyR لا يتأثر بجذور الاوكسجين او مركباته الفعالة وانما ينشط بوجود البيروكسيدات ويحث الاستجابة للإجهاد التأكسدي.

الانزيمات : وهي التي تنشط عند تعرض الخلايا لإجهاد الاكسدة مثل(Protein tyrosine phosphatase 1 B) PTP 1B وكذلك (Tumor suppressor phosphatase) الذي ينشط بشكل وقتي عند الاجهاد التأكسدي، وهذه تساهم من خلال مجاميع الثايول الحساسة للأكسدة التي تحملها على ثمالات السستيئين والتي تتعرض نتيجة اكسدتها الى تغيرات شكلية قابلة للرجوع.

انزيمات نزع الهيدروجين وتشارك هذه الانزيمات بشكل مباشر او غير مباشر. فكل من ^-O₂  وبيروكسيد الهيدروجين تحث تفاعلات انزيم نزع الهيدروجين (Diaphorase) NADH ولذلك يكون تركيز الاخير قليل في الخلايا المجهدة بالأكسدة لمنع اختزال ايون الحديديك Fe ³⁺ الى الحديدوز ⁺Fe² وتكون التراكيز العالية من NADH مضرة بالخلايا المجهدة خاصة عند تعرضها لبيروكسيد الهيدروجين.

كما ان الانزيم النازع للهيدروجين يمكن ان يقوم بنقل الالكترونات الى Ubiquinone الذي يختزل ويكون اختزاله مرافقا لتكوين فروق في الارقام الهيدروجينية  ∆pH  وفروق الجهد الكهربائي ∆ψعلى جانبي الأغشية والتي يمكن ان تفقد اثناء الاجهاد التأكسدي.

وتقوم الخلايا بتقليل مستويات التنفس وبذلك يقل معدل انسياب الالكترونات في السلاسل التنفسية التي تكون مصدرا للـ ^-O₂.

اما الانزيم Glucose dehydrogenase فيكون مهما للخلايا لغرض تزويدها بـ NAD(P)H ويكون مفيدا لها تحت ظروف اجهاد الاكسدة لأنه يكون مصدرا للإلكترونات لكل من انزيم Thioredoxin reductase والانزيم Glutathione reductase اضافة الى ان اصلاح عطب Methionine sulfoxide reductase الذي يحتاج الى NAD(P)H . كما ان NAD(P)H لا يختزل ايونات الحديديك كما يفعل NADH، وبذلك يكون انتاج NAD(P)H بمثابة مصدرا يزود الخلايا بالمكافئات المختزلة والتي بدونها تتجه الخلايا لانتاج •HO المضرة لها.

ومن الانزيمات الاخرى المهمة ضد الاجهاد التأكسدي والتي تعمل بشكر مباشر في البكتريا او غيرها من الاحياء هي Superoxide dismutase بنوعيه SOD , SOD A والكاتيليز مثل Kat E , Kat G وانزيم تخليق الكلوتاثايون (gshAB) Glutathione synthetase و (gor) Glutathione reductase وانزيم Peroxidase.

وفي البكتريا يوجد SOD المعتمد على NADH وينتج بيروكسيد الهيدروجين :

وتحوي مجموعة انزيمات SOD على المعادن الانتقالية التي تساعد في نقل الالكترونات ومنها MnSOD الذي ينتشر في الخلايا حقيقية النواة، FeSOD الموجودة في الخلايا بدائية النواة و CuZnSOD يوجد في الخمائر وغيرها وعادة لا يوجد في البكتريا. وبما ان نواتج تفاعلات SOD هي بيروكسيد الهيدروجين وهو من المركبات الفعالة لذا لا يكون مفيدا للخلايا الا اذا كان

•        ^-O₂ أكثر سمية من البيروكسيد للخلايا.

•        البيروكسيد يتفكك بسرعة.

•        يمكن ان يقوم SOD بتوجيه ^-O₂  الى انتاج بيروكسيد الهيدروجين وهو افضل من المسار الاكثر سمية وهو انتاج جذور الكلوتاثايون GS.

ولكن البيروكسيد الناتج يفكك بسرعة بأنزيمات الكاتيليز التي تكون مرافقة للأنزيم SOD. وتفاعلات الكاتيليز من النوع المنتج للحرارة Exothermic ولا يحتاج الى ATP لذلك فانه يوفر الحماية للخلايا التي هي في حالة نقص للطاقة.

في E. coli توجد مواقع مختلفة لانزيمات الكاتليز، الأول يقع في الفسحة المحيطة والثاني في السايتوبلازم وهذا يشير الى وجود مواقع مختلفة لانتاج بيروكسيد الهيدروجين اثناء الاجهادات سواء الاجهاد التأكسدي او اجهاد المجاعة او التعرض للمواد القاتلة وكذلك تتوزع هذه المجموعة من الانزيمات في خلايا الخمائر بين السايتوبلازم المايتوكوندريا.

والانزيم Peroxidase يختلف عن الكاتيليز بانه يحتاج الى NADH او NAD(P)H مصدرا للإلكترونات ولذلك فتحت الظروف التي تقل فيها المكافئات المختزلة المذكورة يصبح قليل الفائدة والأهمية.

اما انزيم تخليق الكلوتاثايون فيكون مهما لان الكلوتاثايون يعد من مضادات الاكسدة المهمة والتي تتخلق بواسطة الانزيم Glutathione synthetase ووجود كميات كبيرة منه تجعل البيئة الداخلية للخلية مختزلة، ويتفاعل الكلوتاثايون GSH مع بيروكسيد الهيدروجين او O₂^- او HOO• ليعطي جذور الكلوتاثايون GS التي سرعان ما تزدوج لتكون GSSG، ويقوم الانزيم Glutathione reductase بنقل الالكترونات من NAD(P)H الى الكلوتاثايون المؤكسد GSSG لغرض استعادة الشكل المختزل GSH ليمارس وظيفته في الخلية وفق المعادلات الاتية

ومن وظائف الكلوتاثايون المختزل GSH اختزاله للجسور الكبريتيدية الثنائية S=S التي تتكون نتيجة اجهاد الاكسدة في البروتينات ، والبروتينات داخل الخلية تحوي على السستيئين بنسبة تصل الى 2% وهي توجد في الحالة الثايولية (- SH) بشكل رئيس.

كما توجد انزيمات اخرى يمكن ان تشارك باختزال العديد من البيروكسيدات العضوية.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .