الإنزيمات المساعدة المشتقة من الفيتامينات

معظم الفيتامينات القابلة للذوبان في الماء تُقدّر ليس لذاتها، بل لأن الخلايا تحولها إلى إنزيمات مساعدة. فالثيامين يصبح ثنائي فوسفات الثيامين، والريبوفلافين يصبح FAD و FMN، والنياسين يصبح NAD+، وفيتامين B6 يصبح بيريدوكسال 5'-فوسفات، وحمض البانتوثينيك يصبح الإنزيم المساعد A، والبيوتين والفولات يصبحان إنزيمات مساعدة حاملة للمجموعات. يربط هذا الموضوع التغذية بكيمياء الإنزيمات.

Definition

الإنزيمات المساعدة المشتقة من الفيتامينات هي عوامل مساعدة عضوية للإنزيمات تقوم الخلايا بتخليقها من الفيتامينات الغذائية (خاصة فيتامينات المجموعة B)، وكل منها مصمم لحمل مجموعة كيميائية محددة أو زوج من الإلكترونات أثناء التحفيز.

Scope

يستعرض هذا الموضوع فيتامينات المجموعة B والإنزيمات المساعدة المشتقة منها، والمجموعات الكيميائية التي يحملها كل إنزيم مساعد، والتفاعلات التمثيلية التي تمكنها. ويوضح سبب تقييد توافر المغذيات الدقيقة لوظيفة الإنزيم. وهو نظرة عامة مرجعية لكيمياء الإنزيمات المساعدة، وليس إرشادات سريرية أو غذائية.

Core questions

• أي فيتامين يؤدي إلى أي إنزيم مساعد، وما هي المجموعة التي يحملها كل إنزيم مساعد؟
• كيف يحرك بيريدوكسال 5'-فوسفات كيمياء الأحماض الأمينية؟
• لماذا يؤدي نقص الفيتامينات إلى ضعف نشاط الإنزيم؟
• كيف يتم تخليق هذه الإنزيمات المساعدة حيويًا من سلائفها الفيتامينية؟

Key concepts

• ثنائي فوسفات الثيامين (TPP) ونزع الكربوكسيل من أحماض 2-أوكسو
• FAD و FMN المشتقان من الريبوفلافين في البروتينات الفلافينية
• NAD+/NADP+ المشتقان من النياسين
• بيريدوكسال 5'-فوسفات (PLP) وكيمياء قاعدة شيف
• الإنزيم المساعد A المشتق من حمض البانتوثينيك ونقل الأسيل
• البيوتين ونقل CO2 في الكربوكسيلازات
• رباعي هيدروفولات المشتق من الفولات ونقل الكربون الواحد
• الإنزيمات المساعدة المشتقة من الكوبالامين

Mechanisms

يساهم كل إنزيم مساعد مشتق من الفيتامينات بكيمياء محددة. يشكل البيريدوكسال 5'-فوسفات، المشتق من فيتامين B6، ألديمين (قاعدة شيف) مع مجموعات الأمين في الركيزة ويثبت المركبات الوسطية الكربانيونية، مما يمكن من تفاعلات نقل الأمين، ونزع الكربوكسيل، والتفاعلات ذات الصلة عبر عائلة إنزيمية كبيرة (Eliot & Kirsch, 2004; Mukherjee et al., 2011). يثبت ثنائي فوسفات الثيامين مكافئ أسيل-أنيون من خلال حلقة الثيازوليوم النشطة، مما يدعم نزع الكربوكسيل من أحماض 2-أوكسو. يحمل البيوتين، المرتبط تساهميًا بإنزيمات الكربوكسيلاز، مجموعة كربوكسيل منشطة لنقل CO2 (Tong, 2013). ينقل رباعي هيدروفولات، المشتق من الفولات، وحدات كربون واحدة في عدة حالات أكسدة عبر استقلاب الكربون الواحد (Ducker & Rabinowitz, 2017). ينتج الريبوفلافين الإنزيمات المساعدة الفلافينية FAD و FMN المستخدمة بواسطة البروتينات الفلافينية، وينتج النياسين زوج الأكسدة والاختزال NAD+/NADP+ (Macheroux et al., 2011; Nelson & Cox, 2021).

Clinical relevance

نظرًا لأن هذه الإنزيمات المساعدة تأتي من الفيتامينات، فإن الكيمياء الحيوية هنا هي الأساس الجزيئي للصلة بين حالة المغذيات الدقيقة ووظيفة الإنزيم التي نوقشت في علم التغذية. يصف هذا المدخل الآليات والمسارات؛ وهو ليس أساسًا للتشخيص الفردي أو المكملات الغذائية أو الوصفات الغذائية.

History

ظهر الاعتراف بأن العديد من الفيتامينات هي سلائف للإنزيمات المساعدة عندما تم تحديد 'الإنزيمات المساعدة' في علم الإنزيمات المبكر كيميائيًا ومطابقتها مع الفيتامينات المكتشفة في دراسات النقص. وقد أوضحت الأعمال الهيكلية والميكانيكية اللاحقة كيف يحمل كل إنزيم مساعد مجموعته الخاصة، ومثال ذلك الحسابات التفصيلية لإنزيمات بيريدوكسال-فوسفات، وكربوكسيلازات البيوتين المعتمدة، واستقلاب الكربون الواحد بوساطة الفولات (Eliot & Kirsch, 2004; Tong, 2013; Ducker & Rabinowitz, 2017).

Seminal works

• eliot-2004
• tong-2013
• ducker-2017
• mukherjee-2011

Frequently asked questions

لماذا تعتبر فيتامينات B مهمة جدًا لعملية الأيض؟

تحول الخلايا فيتامينات B إلى إنزيمات مساعدة تحتاجها العديد من الإنزيمات؛ وبدون الإنزيم المساعد، لا تستطيع الإنزيمات المقابلة العمل، لذا تعمل الفيتامينات كسلائف للآلية التحفيزية الأساسية.

ما هي الكيمياء التي يوفرها بيريدوكسال 5'-فوسفات؟

يشكل قاعدة شيف مع ركائز الأحماض الأمينية ويثبت المركبات الوسطية الكربانيونية الناتجة، مما يسمح للإنزيمات بإجراء تفاعلات مثل نقل الأمين ونزع الكربوكسيل على الأحماض الأمينية.