פרוקסידזות: מבנה, פונקציות וסוגים - ביולוגיה - 2025

Peroxidases הם ברובם hemoproteins עם הפעילות האנזימטית מזרזות חמצון של מגוון מצעים אורגניים ואי-אורגניים באמצעות עבור מי חמצן זה או חומרים שאינם קשורים אחרים.

במובנו הרחב ביותר, המונח "פרוקסידאז" כולל אנזימים כמו NAD- ו- NADP-peroxidases, חומצות שומן-פרוקסידזות, ציטוכרום-פרוקסידזות, גלוטתיון-פרוקסידזות, ואנזימים רבים אחרים שאינם ספציפיים.

תרשים של חלבון פרוקסידאז תלוי heme (מקור: Jawahar Swaminathan וצוות MSD במכון הביואינפורמטיקה האירופי דרך ויקימדיה Commons)

עם זאת, נפוץ יותר להתייחס לאנזימים לא ספציפיים ממקורות שונים שיש להם פעילות אוקסדורדוקטאזית ושהם משתמשים במי חמצן ומצעים אחרים כדי לזרז את תגובות הפחתת החמצון שלהם.

Peroxidases Heme נפוצים ביותר באופיים. הם נמצאים בבעלי חיים, צמחים גבוהים יותר, שמרים, פטריות וחיידקים.

אצל יונקים אלה מיוצרים על ידי תאי דם לבנים, הרחם, הטחול והכבד, בלוטות הרוק, דפנות הקיבה, הריאות, בלוטות התריס ורקמות אחרות.

בצמחים, מיני הצמחים העשירים בפרוקסידאזים הם חזרת ועץ תאנה. פרוקסידאז מטוהר מחומוס נחקר ונמצא בשימוש נרחב למטרות שונות בביולוגיה ניסיונית ובביוכימיה.

בתאים אוקריוטיים, אנזימים חשובים אלה נמצאים בדרך כלל בתוך אברונים מיוחדים המכונים "פרוקסיסומים", המוקפים קרום יחיד ומעורבים בתהליכים מטבוליים תאיים רבים.

מִבְנֶה

למרות ההומולוגיה הקטנה שקיימת בין המעמדות השונים של פרוקסידזות, נקבע כי המבנה המשני שלהם ואופן התארגנותו שמורים למדי בין המינים השונים.

ישנם כמה יוצאים מן הכלל, אך מרבית הפרוקסידזות הן גליקופרוטאינים ועל פי ההערכה כי הפחמימות תורמות ליציבות הטמפרטורה הגבוהה שלהם.

לחלבונים אלה משקל מולקולרי שנע בין 35 ל -150 kDa, אשר שווה לערך כ -250 ו -730 שאריות חומצות אמיניות.

למעט myeloperoxidase, כל המולקולות מסוג זה מכילות קבוצת heme במבנה שלהן, במצב מנוחה, יש אטום ברזל במצב החמצון Fe + 3. לצמחים קבוצה תותבת המכונה פרופרופירין XI.

לפרוקסידסים שני תחומים מבניים ש"עטפים "את קבוצת ההם וכל אחד מהתחומים הללו הוא תוצר הביטוי של גן שעבר אירוע שכפול. מבנים אלה מורכבים ביותר מ- 10 מסות אלפא המקושרים על ידי לולאות ופניות מפוליפפטיד.

נראה כי הקיפול התקין של המולקולה תלוי בנוכחות שאריות גליצין ופרולין שמורות, כמו גם שאריות חומצה אספרטית ומשקע ארגינין היוצרים גשר מלח ביניהם המחבר בין שני התחומים המבניים.

מאפיינים

תפקידם העיקרי של אנזימי פרוקסידאז הוא סילוק מי חמצן מהסביבה התאית, שיכולה להיווצר על ידי מנגנונים שונים ואשר עשויים לייצג איומים חמורים על היציבות התוך תאית.

עם זאת, בתהליך זה של הסרת מין חמצן תגובתי זה (בו חמצן יש מצב חמצון ביניים), פרוקסידזות משתמשים ביכולת החמצון של חומר זה כדי למלא תפקידים חשובים אחרים למטבוליזם.

בצמחים, חלבונים אלה מהווים חלק חשוב מתהליכי הבראה ומנגנוני ההגנה ברקמות הנגועות בפתוגנים או שסבלו נזק גופני.

בהקשר המדעי, הופיעו יישומים חדשים לפרוקסידזות וכוללים טיפול בשפכים המכילים תרכובות פנוליות, סינתזה של תרכובות ארומטיות והוצאת חמצן ממזון או מחומרי פסולת.

במונחים אנליטיים ודיאגנוסטיים, פרוקסידאז חזרת הוא אולי האנזים הנפוץ ביותר להכנת נוגדנים מצומדים המשמשים לבדיקות ספיגה אימונולוגית כמו ELISA (Assay-immunosorbent assay-linked). קביעת תרכובות מסוגים שונים.

מנגנון פעולה

התהליך הקטליטי של פרוקסידזות מתרחש באמצעות שלבים רצופים שמתחילים באינטראקציה בין האתר הפעיל של האנזים למימן מי חמצן, המחמצן את אטום הברזל בקבוצת ההם ומייצר תרכובת ביניים לא יציבה המכונה תרכובת I (CoI).

לחלבון המחומצן (CoI) יש אז קבוצת heme עם אטום ברזל שעבר ממצב חמצון III למצב IV ולתהליך זה הופחת מי חמצן למים.

תרכובת I מסוגלת לחמצן מצע תורם אלקטרונים, ליצור רדיקל מצע ולהפוך למין כימי חדש המכונה מתחם II (CoII), שמופחת לאחר מכן על ידי מולקולת מצע שנייה, ומחדש ברזל בתוך מדינה III ומייצרת רדיקל אחר.

סוגים

על פי הגוף

פרוקסידזות מקובצות לשלוש כיתות בהתאם לאורגניזם בו הם נמצאים:

- מחלקה I: פרוקסידאזים פרוקריוטיים תאיים.

- מחלקה II: פרוקסידזות פטרייתיות מחוץ לתאים.

- מחלקה III: מי חמצן מופרש מהצומח.

בניגוד לחלבונים מחלקה I, לאלו שבכיתות II ו- III יש גשרים דיסולפידים הבנויים בין שאריות ציסטאין במבנים שלהם, מה שמקנה להם קשיחות רבה יותר באופן משמעותי.

חלבונים מסוג Class II ו- III נבדלים גם הם מהמחלקה I בכך שיש להם בדרך כלל גליקוזילציות על פני השטח.

על פי האתר הפעיל

מבחינה מכנית ניתן לסווג פרוקסידזות גם לפי אופי האטומים שנמצאים במרכזם הקטליטי. באופן זה תוארו hemoperoxidases (הנפוצים ביותר), vanadium-haloperoxidases ואחרים.

Hemoperoxidases

כאמור, לפרוקסידאזות אלה יש קבוצה תותבתית במרכז הקטליטי שלה המכונה קבוצת ההם. אטום הברזל במקום זה מתואם על ידי ארבעה קשרים עם אטומי החנקן.

ונדיום-הלופרוקסידזות

במקום קבוצת heme, ונדיום-הלופרוקסידאזים הם בעלי ואנדאט כקבוצה תותבת. אנזימים אלו מבודדים מאורגניזמים ימיים וכמה פטריות יבשתיות.

הוונאדיום בקבוצה זו מתואם על ידי שלושה אוקסיגנים שאינם חלבונים, חנקן משארית היסטידין וחנקן מקשר אזיד.

פרוקסידזות אחרות

קבוצה זו כוללת קטגוריות רבות של הלופרוקסידאזות חיידקיות שיש להן קבוצות תותבות שאינן heme או ונדיום. פרוקסידאזים מגלוטתיון נמצאים גם בקבוצה זו, המכילים קבוצה תותבת סלנו-ציסטאין וכמה אנזימים המסוגלים לחמצן ליגנין.

הפניות

1. אלברטס, ב., דניס, ב., הופקין, ק., ג'ונסון, א., לואיס, ג'., רף, מ., … וולטר, פ. (2004). ביולוגיה תאי חיונית. אבינגדון: גרלנד מדע, טיילור ופרנסיס גרופ.
2. Banci, L. (1997). תכונות מבניות של פרוקסידזות. כתב העת לביוטכנולוגיה, 53, 253-263.
3. Deurzen, MPJ Van, Rantwijk, F. Van, & Sheldon, RA (1997). חמצון סלקטיבי המסונן על ידי פרוקסידזות. טטרהדרון, 53 (39), 13183-13220.
4. Dunford, HB, & Stillman, JS (1976). על תפקוד ומנגנון הפעולה של פרוקסידזות. ביקורות על כימיה של תיאום, 19, 187–251.
5. Hamid, M., and Rehman, K. (2009). יישומים פוטנציאליים של פרוקסידזות. כימית מזון, 115 (4), 1177-1186.
6. ראון, ג'יי.די (1998). בִּיוֹכִימִיָה. ברלינגטון, מסצ'וסטס: הוצאת ניל פטרסון.
7. סטנספילד, WD, Colomé, JS, ו- Cano, RJ (2003). ביולוגיה מולקולרית ותאית. (KE Cullen, Ed.). ספרים אלקטרוניים של מקגרו היל.