التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

:(٨٩) جدول رقم

Some redox potentials of special interest in mammalian oxidation

systems

System

E° volts

Sucinate; α-Ketoglutarate

H+ / H2

NAD / NADH

Lipoate; ox/red

Acetoacetate / B-hydroxybutyrate

Pyruvate / lactate

Oxaloacelate / malate

Flavoprotein – old yellow enzyme; ox/red

Fumarate / succinate

Cytrochrome b; Fe3+ / Fe2+

Ubiquinone; ox/red

Cytrochrome c; Fe3+ / Fe2+

Cytrochrome a; Fe3+ / Fe2+

Oxygen/water

-0.67

-0.42

-0.32

-0.29

-0.27

-0.19

-0.17

-0.12

+0.03

+0.08

+0.10

+0.22

+0.29

+0.82

تعرف الانزيمات المتضمنة في الاكسدة والاختزال بالمصطلح أو اكسيدوردكتيز Enzyme involved in oxidation of rreduction are designated

oxidoreductases

:تقسم انزيمات اكسيدوردكتيز إلى اربعة اقسام

–

(dehydrogenases)

ديهيدروجينيز

–

(Oxidases)

اكسيديز

.(oxygenases) ( – اوكسجينزhydro peroidases) هيدروبيروكسيديز انزيمات الاوكسديدز تستخدم الأكسجين كمستقبل للهيدروجين

Oxidases use oxygen as a hydrogen acceptor

انزيمات الاوكسيديز تعمل وتنشط ازالة الهيدروجين من المادة باستخدام Oxidases الاكسجين كمستقبل للهيدروجين )في بعض الاحيان يستخدم مصطلح Molecular ليشمل جميع الانزيمات التي تدخل وتعمل في التفاعلات المحتوية . وهذه الانزيمات تكون ماء أو بيروكسيد الايدروجين كناتج للتفاعل،oxygen

-٧٤٦-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية

شكل رقم ):(٥٤

)Oxidation of a metabolite catalyzed by an oxidase (a) forming H2O. (b

forming H2O2

بعض انزيمات اكسيديز تحتوي على النحاس

Some oxidases contain copper:

إنزيم سيتوكروم اوكسيديز عبارة عن هيم بروتين Hemoproteinوتنتشر بتوسع كبير في العديد من النباتات وانسجة الحيوانات ،وهي مكون نهائى لسلسلة حوامل تنفسيه موجودة في الميتوكوندريا وبالتالى فهي مسئولة عن التفاعل المختص بانتاج الالكترونات من اكسدة جزيئات المادة بانزيمات الديهيدروجينيز والتى تنتقل حتى مستقبلها النهائى )الاكسجين( ،ويتسمم الإنزيم بالكربون مونواكسيد ،السيانيد،

وسلفيد الهيدروجين.

ومن الممكن تسميته ،Cytochrome a3ويفترض أن إنزيم سيتوكروم a وسيتوكروم a3هي مركبات منفصلة حيث كل منها لها adistinct spectrum وخواص مختلفة من حيث تأثير كربون مونواكسيد والسيانيد ،واظهرت الدراسات الحديثة أن 2 cytochromesيرتبطان في نفس البروتين وهذا المعقد يعرف cytochrome a a3وهي تحتوي على جزئين من الهيم Hemeكل واحد يحتوى ذرة حديد واحدة تتذبذب o scillatesبين Fe3+ , Fe3+خلال الاكسدة والاختزال، كذلك توجد ذرتين من النحاس كل واحدة تشارك مع وحدة الهيم.

-٧٤٧-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

إنزيم فينوليز:Phenolase

)تيروزينيز – بولى فينول اكسيديز – كاتيكول اوكسيديز( عبارة عن إنزيم يحتوى على النحاس ،broad specificityوالانزيم قادر على تحويل monophenolsأو o-diphenolsإلى O-quinonesوتوجد العديد من الانزيمات الاخرى تحتوي على

نحاس.

الانزيمات الاخرى عبارة عن فلافوبروتينات

flavoprotiens

تحتوى انزيبمات الفلافوبروتينات على فلافين مونونيوكلويتد ) (FMNأو فلافين

Other oxidases are

ادنين دى نيوكلوتيد ) ،as prosthetic groups (FADوهذه المركبات نتيجتها

الجسم من فيتامين B2الريبوفلافين.

جدا مع بروتين ابو إنزيم لها apoenzyme

وعادة FAD ،FMNمرتبطه

proteinتحتوي العديد من انزيمات الفلافوبروتين على واحد أو اكثر من المعادن كعوامل أساسية وتعرف ميتالوفلافوبروتين .metallo flavoproteinsوانزيمات هذه المجموعة من الاكسيديز تشمل .L-amino acid oxidase توجد FMN-linked enzymeفي الكلية وتختص عامة بالاكسدة وازالة

طبيعيا للأحماض الأمينية

مجموعة الامين oxidative deaminationالتي تحدث

من نوعية ).(L.

شكل رقم ):(٥٥

Oxidation of a metabolite catalyzed by dehydrogenises, not involving a

respiratory chain

-٧٤٨-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية

:Xanthine oxidase

ينتشر بتوسع وخاصة في اللبن والامعاء الدقيقة والكلية والكبد ،ويحتوى على المولبيدنيوم ويلعب دور مهم في تحويل قاعدة البيورين إلى حمض يوريك ،وهذا له اهمية معنوية عالية في كبد وكلية الطيور حيث تفرز حمض اليوريك كمنتج تمثيلى

أيضا في هدم البروتين

نهائى أساس ليس فقط في ميتابوليزم البيورين ولكن

والأحماض الأمينية.

:Aldehyde dehydrogenase

عبارة عن إنزيم مرتبط (FAD – linked enzyme) FADوموجود في كبد الثدييات ،وهو ميتالوفلابروتين يحتوى مولبيدينوم وحديد من غيرهم non heme ironويعمل على الالدهيدات والمواد .N-hetero cyclic substratesوهذا مفيد

FAD – specific enzymeويحضر

لاستخدامه في تقدير الجلوكوز اكسيديز

من الفطريات.

وميكانيكية الاكسدة والاختزال لهذه الانزيمات معقدة ،ومع ذلك أدلة اختزال حلقة isoalloxazineتشارك في خطوتين خلال مركب وسطى Semi quinine (free

).radical

شكل رقم )Reduction of isoalloxazine ring in flavin nucleotides :(٥٦

انزيمات

الهيدريوجينيز

لاتستخدم

الأكسجين

كمستقبل

للهيدروجين

: Dehydrogenases cannot use oxygen as a hydrogen acceptor يوجد عدد كبير من الانزيمات في هذا القسم ،وتؤدى تلك الانزيمات وظيفتين

أساسيتين:

-٧٤٩-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

نقل الهيدروجين من أحد substrateإلى آخر في تفاعل مزدوج للأكسدة

والاختزال.

شكل رقم )Oxidation of a metabolite catalyzed by :(٥٧ dehydrogenises, not involving a respiratory chain هذه الانزيمات الديهيدروجيميز متخصصه للمواد التي تعمل عليها

their

غالبا نفس قرين الإنزيم Co enzymeأو حامل

substratesولكن تستخدم

للهيدروجين hydrogen carrierمثل باقي الهيدروجينيز ،وكما أن التفاعلات عكسية فان هذه الخواص تمكن المكافئات المختزلة للنقل الحر خلال الخلية ،هذه النوعية من التفاعل التي تجعل المادة substrateتتأكسد على حساب الاخرى وهذا عامة مفيد في جعل امكانية حدوث عمليات الاكسدة في غياب الاكسجين.

) (٢نقل مركبات في سلسلة الألكترونات التنفسية من المادة إلى الاكسجين.

شكل رقم ):(٥٨

Oxidation of a metabolite by dehydrogenises and finally by an oxidase

in a respiratory chain

بعض انزيمات الديهيدروجينيز تعتمد على قرائن انزيمات بنكوتيناميد:

Some dehydrogenases are dependent on nicotinamide co

-٧٥٠-

تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية-""التمثيل الغذائي للطاقة- المواد الحاملة للطاقة

enzymes

،عدد كبير من انزيمات الديهيدروجينيز تقع تحت هذه النوعية من الانزيمات ( أو نيكوتيناميدNAD+) وهي متخصصة لكل من ينكوتيناميد ادينين دى نيكلوتيد .( كقرائن انزيماتNADP+) ادنين دى نيكلوتيد فوسفات أوNAD+ ومع ذلك فان بعض انزيمات الديهيدروجينز يمكنها استخدام أي من وهذان، وينتج هذان القرائن الانزيمات في الجسم من فيتامين النياسينNADP+ للهيدروجينيز ويعاد اكسدتهماThe specific substrats القرينان يختزلا ب

كما انهما،بمستقبل الكترونات مناسب

The may freely and reversibly discociats from their respective

apoenzyme.

Mechanism of oxidation and reduction of nicotinamide :(٥٩) شكل رقم coenzyme. There isstereospecificity about position 4 of nicotinamide when it is reduced by a substrate AH2. One of the hydrogen atoms is removed from the substrate as a hydrogen nucleus with 2 electrons (hydride ion, H-)

and and is transterred to the 4 position, where it may be attached in either the A or the B position according to the specificity determined by the particular dehydrogenase catalyzing the reaction. The remaining hydrogen of the hydrogen pair removed from the substrate remains free as a hydrogen

ion.

-٧٥١-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

انزيمات الديهيدروجينيز المرتبط ب NADينشط تفاعلات الاكسدة والاختزال في مسارات الاكسدة في التمثيل الغذائي وخاصة في دورة الجليكوليسيس Glycolysis وفي دورة حمض الستريك وفي السلسلة التنفسية للميتوكوندريا.

وتوجد انزيمات الديهيدروجينيز المرتبطة ب NADPبصفة خاصة في عمليات

الاختزال

reductive synthesesفي المسارات الزائدة للميتوكوندريا لتكوين

أيضا كقرائن لانزيمات الديهيدروجينينز في

الأحماض الدهنية والأستيرولات .وتوجد

دورة النبتوزفوسفات ،وتوجد بعض الانزيمات التي تعتمد على نيكوتيناميد قرائن انزيمات الديهيدروجينيز تحتوي على الزنك مثل alcohol dehyrogenasesفي أيضا جلسرالدهيد – – ٣فوسفات ديهيدروجينيز في العضلات .ولايمكن

الكبد ،و

اعتبار مشاركة ايونات الزنك في الاكسدة والاختزال.

بعض انزيمات الديهيدروجينيز تعتمد على الريبوفلافين:

Other dehydrogenases are dependent on ribo flavin تتشابه مجموعات الفلافين المرتبطة بهذه انزيمات الديهيدروجينيز مجموعات ،FAD FMNالموجودة في انزيمات الاكسيديز ،وهي عامة ترتبط بشدة بالابوانزيمات الخاصة بها their apoenzymesاكثر من قرائن الانزيمات النيكوتيناميد.

معظم انزيمات الديهيدروجينيز المرتبطة بالريبوفلافين تختص بنقل الالكترونات في أو إلى السلسلة التنفسية ،ويعمل ديهيدروجينيز NAD+وهو احد افراد السلسلة التنفسية كحامل للألكترونات بين NADHوالمركبات الاكثر الكترونات موجبه،

وانزيمات الديهيدروجينيز الاخرى مثل:

Succinat dehydrogenase, acyl-CoA dehydrogenase, and mitochondrial glycerol-3-phosphate dehydroganese.

تنتقل المكافئات المختزلة reducing equivalentsمباشرة من المادة Substrate إلى السلسلة التنفسية respiratory chainودور اخر لانزيمات الديهيدروجينيز المعتمدة على الفلافين عملية الهيدرجه )بواسطة دى هيدروليبويل ديهيدروجينيز Dihydrolipoyl

-٧٥٢-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية (dehydrogenaseللليبوات المختزل reduced lipoateكمركب وسطى في the oxidative decarboxylationللبيروفات ،الفاكيتوجلوتارات ،في هذه الحالات الخاصة لقلة جهد الاكسدة والاختزال تلعب الفلافوبروتين ) (FADكحامل للهيدروجين من الليبوات المختزل إلى NADوالفلافوبرتين الناقل للألكترونات

Electron-transfering

flavoproteinمركب وسطى حامل للألكترونات بينacyl-COA dehydrogenase

والسلسلة التنفسية.

ممكن اعتبار السيتكرومات كانزيمات الديهيدروجينز:

Cytrochromes may also be regarded as dehydrogenases باستثناء السيتوكروم اكسيديز تدرج السيتوكرومات كانزيمات الديهيدروجينيز والتعرف عليها ودراستها ممكن بوجودها في الحالة المختزلة لروابط الامتصاص التي تختفي عند الاكسدة ،والسيتكرومات تعمل في السلسلة التنفسية كحامل الكترونات من الفلافوبروتينات في احد الاتجاهات إلى السيتكروم اكسيديز في الاتجاه الاخر والسيتكرومات عبارة عن Iron-containing hemoproteinsحيث ذرة الحديد تذبذب oscillatesبين Fe3+ ،Fe2+خلال الاكسدة والاختزال ،والعديد من السيتوكرومات المعروفة توجد في السلسلة التنفسية مثل سيتكرومات b,c,c,a and ) a3سيتكروم اكسيديز( ،ومنها سيتكروم Cذائب ،وبجانب السلسلة التنفسية توجد السيتكرومات في اماكن اخرى مثل )) cytochromes p. 450 and B3اندوبلازم الشبكية في معدة المجترات The endoplasmic reticulumوالخلايا النباتية

والبكتريا والخمائر.

انزيمات الهيدروبيروكسيديز تستخدم هيدروجين بيروكسيد أو بيروكسيد

عضوى :substrate

Hydroperoxidases use hydrogen peroxide or an organic peroxide

as substrate

نوعية من الانزيمات تقع تحت نوعية انزيمات البيروكسيديز ،كتاليز ،وتوجد

-٧٥٣-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

كلاهما في الحيوانات والنبات ،انزيمات الهيدروبيروكسيديز تحمى الجسم ضد البيروكسيدات الضارة كما أن تراكم البدوكسيدات تؤدى إلى توالد الأصول الحرة free radicalsوبالتالى تلف أو تمزق الاغشية disrupt membranesوقد تؤدى إلى

السرطان وتصلب الشرايين.

انزيمات البيروكسيديز تختزل البيروكسيدات باستخدام مواد عديدة كمستقبل

الكترونات:

Peroxidases reduce peroxides using several substances as

electron acceptor

بالرغم من أن انزيمات البيروكسيديز تعتبر في الاصل انزيمات نباتية الا انها وجدت في اللبن وفي كريات الدم البيضاء Leukocytesوفي الصفائح الدموية plateletsوانسجة اخرى تشمل على ميتابوليزم eicosanoidوالبروتوهيم Protohemeهي The prosthetic groupحيث على غير الحال في معظم ،hemoprotiensفهي ترتبط ارتباط ضعيف فقط مع ابوبروتين .The apoprotein في التفاعل الذى يحفزه البيروكسيديز ،يختزل الهيدروجين بيروكسيد على حساب عديد في المواد التي تعمل كمستقبلات للألكترونات مثل الاسكوربات والكنيونات quinonesوالسيتكروم Cوهذا التفاعل الذى يحفزه البيروكسيديز معقد والتفاعل

عامة كما يلى:

PEROXID

H2O + AH2

2 H2O + A

وفي كرات الدم الحمراء erythrocytesوانسجة اخرى يحتوى إنزيم جلوتاثيون بيروكسيديز السلنيوم ك Prosthetic groupويحفز هدم بيروكسيد destruction Lipid hydroperoxides ،of H2O2باختزال الجلوتاثيون ويحمى دهون الغشاء membrane lipidsوالهيموجلوبين ضد الاكسدة بواسطة البيروكسيدات.

انزيمات الكتاليز يستخدم هيدروجين بيروكسيد كمعطى الالكترونات ومستقبل لها:

-٧٥٤-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية Catalase uses hydrogen peroxide as electron doner and

electron acceptor

انزيمات الكتاليز عبارة عن هيموبروتين hemoproteinيحتوى اربعة مجموعات هيم hemeبالاضافة إلى عملية تنشيط البيروكسيديز فهي قادرة لاستخدام جزئى واحد من البيروكسيد H2O2كمعطى للألكترونات substrate electron donorوالجزئى الآخر من البيروكسيديز H2O2كمؤكسد أو مستقبل الكترونات ،oxidant or electron acceptorوفي معظم الاحوال Invivoفان The peroxidase activity of catalaseممكن توفيره .to be favered

2H2O2

2 H2O + O2

يوجد الكتاليز في الدم ،bone marrow ،الاغشية المخاطية mucous membranesوالكلية والكبد ودورها وتأثيرها يفترض انها لهدم هيدروجين بيروكسيد الناتج من تأثير انزيمات الاكسيديز ،وتوجد الميكروبوديز الاجسام الصغيره أو البيروكسيسوم microbodies or peroxisomesفي كثير الانسجة منها الكبد، وهي غنية في انزيمات الاكسيديز وفي الكتاليز ويقترح وجود مميزات حيوية في مجموعة أو تجميع الانزيمات التي تنتج H2O2مع الانزيمات التي تهدم بها، بالاضافة إلى انزيمات The peroxisomal enzymesوكذلك mitochondrial and microsomal electron transport systemsمثل زانثين اكسيديز يجب

اعتبارها مصدر .H2O2

شكل رقم )Role of catalase in the destruction of hydrogen :(٦٠

peroxide

-٧٥٥-