مضادات أكسدة إنزيمية داخلية المنشأ Intracellular antioxidant enzymes

مضادات أكسدة إنزيمية داخلية المنشأ Intracellular antioxidant enzymes

وهي عبارة عن مجموعة من الإنزيمات التي تعمل على إزالة تأثير سمية الاوكسجين وذلك من خلال منعها لتكوين الجذور الحرة أو المواد المؤكسدة وبذلك تلعب دورا هاما واساسيا في حماية الخلايا من الإجهاد التأكسدي ، ومن أهم هذه الانزيمات هو: الكلوتاثايون بيروكسيديز، والسوبر أوكسيد ديسميوتيز Superoxide dismutase (SOD) ، والكتاليز Catalase (CAT) والكلوتاثايون ريدكتيز Glutathione reductase (GRd) ، وكلوتاثايون S-ترانسفيريز Glutathione S-transferase (GST) ⁽¹⁾ ، إذ يقوم انزيم السوبر أوكسيد ديسميوتيز بتحفيز تحلل جذر السوبر أوكسايد. O₂ الى بيروكسيد الهيدروجين لإزالة سميته ثم يأتي الدور بعد ذلك لإنزيم كلوتاثايون بيروكسيديز وإنزيم الكتاليز اللذين يعملان على إزالة تأثير البيروكسيد بتحوله الى جزيئة ماء كما في الشكل (1-8) ⁽²⁾ .

شكل ((1-7: الية عمل مضادات الأكسدة داخلية المنشأ

    وهناك بعض الانزيمات يتركز دورها في إدامة العملية ، وذلك بالمساهمة في اختزال المواد المؤكسدة الناتجة عن العملية كأنزيم كلوتاثيون ريداكتيس الذي يعمل على إعادة اختزال الكلوتاثيون المؤكسد (GSSG) بوجود المرافق الأنزيميNADPH إلى GSH  ⁽³⁾ ، ووُجد أنَّه عند انخفاض فعالية الانزيمات المضادة للأكسدة كأنزيم السوبر أوكسيد دسميوتيز وانزيم الكتاليز يؤدي ذلك الى إصابات ودمار لأغشية الخلايا لأن هذه المضادات تعمل على محاربة الجذور الحرة التي تسبب دمار وتلف اغشية الخلايا⁽⁴⁾.

انزيم كلوتاثيون بيروكسديز   Glutathion   peroxidase- GPX

ينتمي انزيم الكلوتاثيون بيروكسيديز (E.C.1.11.1.9) الى صنف انزيمات الاكسدة والاختزال Oxidoreductase، وزنه الجزيئي يبلغ حوالي 44000 دالتون ⁽⁵⁾ يتكون من أربع وحدات بروتينية فرعية Subunits كل وحدة تمتلك ذرة واحدة من عنصر السيلينيوم Selenium–Se ، وهــي ترتبط مع الحـــامض الأميني السستين Cysteine بشكل   Seleno Cysteine⁽⁶⁾.       إنَّ وجود السلينيوم في تركيب الانزيم يعمل على حماية الأغشية البيولوجية وبقية مكونات الخلية من ضرر الأكسدة ⁽⁷⁾  ، يوجد الإنزيم في سايتوبلازم ومايتوكندريا الخلايا لأنسجة الكبد والدم⁽¹²¹⁾ ويعد  من الإنزيمات المهمة لحماية الخلايا من الإجهاد التأكســدي، وإنَّ فعاليته البايوكيميائية تقتصر على اختزال مركبات الهــايدروبيروكسيدات الدهنية إلى كحولات واختزال بيروكســــيد الهيدروجين إلى ماء ⁽⁸⁾ باستخدام الكلوتاثيون المختزل كواهب للبروتون بوجود العامل المرافق Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate- NADPH.⁽⁹⁾

وإنَّ نسبة GSH المختزل الى المؤكسد GSSG داخل الخلايا تستعمل عملياً  كمقياس لدرجة السمية الخلوية  ¹⁰⁾⁾ ، إذ يكون مستوى شكل الكلوتاثايون  المختزل في الخلايا والأنسجة  أعلى من الشكل المؤكسد له ، وبذلك فإنَّ نسبة الكلوتاثايون المختزل الى الكلوتاثايون المؤكسد GSH/GSSG تكون عالية ، ويتم المحافظة على هذه النسبة من خلال آلية تعمل على اختزال الشكل المؤكسد GSSG وتحويله الى الشكل المختزل GSH ، ويتحكم في هذه الآلية عن طريق إنزيم كلوتاثايون ريدكتيز، وتحتاج هذه الآلية الى المرافق الإنزيمي NADPH-  ¹¹⁾⁾

فضلاً عن عنصر السيلينيوم ، ودوره في فعالية الانزيم كذلك فإنَّ النحاس أيضا يعد مكونا أساسيا لفعالية إنزيم الكلوتاثيون بيروكسيديز ، و يكمن  دوره في كونه عاملا مرافقا    Cofactorوإنَّ نقص تركيز النحاس يؤدي  الى خفض فعالية الإنزيم ⁽¹²⁾ , وبهذا يمثل انزيم  GPX جزءاً من نظام حماية الخلايا ضد الأكسدة ونواتجها ، وبذلك يقلل من تلف الخلايا الناتج عن زيادة الجذور الحرة بخفض معدل الإجهاد التأكسدي⁽¹³⁾ .

تنقية انزيم كلوتاثايون بيروكسديز Purification of glutathione peroxidase

نظرا الى اهمية انزيم GPX ودوره في كبح الجذور الحرة والتخفيف من مستوى الإجهاد التأكسدي ، لذا فقد اتجهت جهود الباحثين الى دراسة الانزيم بشيء من التفصيل باستخدام تقنيات مختلفة ، إذ تم تنقية الانزيم من مصادر مختلفة ، منها النباتية والحيوانية وباستخدام تقنيات عدة منها الفرز الغشائي  Dialysis، وكروماتوغرافيا التبادل الايوني Ion exchange chromatography و كروماتوغرافيا الترشيح الهلامي  Gel filtration chromatography ، لذا فقد تم تنقية الانزيم من أوراق الألوفيرا النباتية  Aloe vera باستخدام تقنية كروماتوغرافيا الترشيح الهلامي من قبل (Sabeh وجماعته 1993 ) ⁽¹⁴⁾ ، وعزل أيضا من نبات  البزاليا باستعمال تقنية الترشيح الهلامي والتبادل الايوني باستخدام الهلام Sephadex-G50 بعد ترسيب الانزيم بوساطة كبريتات الامونيوم Ammonium sulphate ⁽¹⁵⁾ ، ونقي من بلازما الدم للنساء العقيمات باستخدام تقنية كروماتوغرافيا الترشيح الهلامي باستعمال المبادل الايوني Sephadex-G100 بعد ترسيبه باستخدام كبريتات الامونيوم⁽¹⁶⁾ ، و من مصل دم المرضى المصابين بالسكر بأنواعه باستخدام تقنيات الفرز الغشائي والمرور عبر المبادل الايوني  DEAE-cellulose او المبادل الايوني Sephadex G-150⁽¹⁷⁾.

ونقي الإنزيم من المشيمة بترسيبه باستعمال كبريتات الأمونيوم ، وتم تنقيته بعدها باستعمال كروماتوغرافيا التبادل الايوني و كروماتوغرافيا الترشيح الهلامي باستعمال الهلامين DEAE-Cellulose وSephadex-G200 ⁽¹⁸⁾ ، وتم تنقيته من كبد الفأر باستعمال تقنية الترحيل الكهربائي من Shulgim) وجماعته) ⁽¹³²⁾ ، و تم عزله وتنقيته من مرضى البيتا ثلاسيميا الكبرى بتقنية التبادل الايوني ⁽¹⁹⁾ فضلاً عن ذلك   فإنَّ الإنزيم لاتقتصر مصادره على ماذكر بل أيضا وجد في الطفيليات مثل طفيلي الملاريا Plasmodium Faliporum ⁽²⁰⁾.

إنزيم الكتاليز  Catalase

      يعد إنزيم الكتاليز من الإنزيمات التي تلعب دورا رئيساً في حماية الخلايا من الاثار السامة لبيروكسيد الهيدروجين ⁽²¹⁾ ،  إذ يحفز تفاعل تحلل البيروكسيد الى O₂   و H₂O . ⁽²²⁾

ويعد أحد مضادات الأكسدة الأنزيمية ، وينتمي لصنف إنزيمات الأكسدة والإختزال (E.C. 1.11.1.6)  ، ويوجد في مختلف أنسجة الجسم ، تم عزله  لأول مرة عام 1901 من الكبد ، ثم من الدم ثم من مصادر أخرى ، ويعد الكتاليز من الإنزيمات رباعية الهيم  Tetra – haemin – Enzyme   إذ يتكون من أربع وحدات ثانوية مرتبطة بشكل رباعي السطوح ،يبلغ الوزن الجزيئي له حوالي   60000 دالتون ،  لكل وحدة من وحداته لذا فالوزن الجزيئي الكلي هو 240000 دالتون⁽²³⁾ ،  تتباين فعالية الإنزيم في أنسجة الثدييات، اذ تبلغ أعلى فعالية للإنزيم في الكبد ، والكلية ، في حين يكون اقل فعالية للانزيم  في الأنسجة الرابطة, كما أنَّ  كريات الدم الحمر Red blood cells-RBC  للإنسان تكون غنية بالأنزيم  في الحالة الطبيعية ⁽²⁴⁾ ، وقد وُجد انَّه كلما انخفضت فعالية إنزيم الكتاليز في كريات الدم الحمراء تزداد تراكيز العوامل المؤكسدة ⁽²⁵⁾ ، فضلاً عن ذلك فأن لانزيم الكتاليز دورا فسيولوجيا مهما في الحالات المرضية المختلفة ، إذ وُجد أنَّ مستوى الانزيم ينخفض معنويا في امصال دم المرضى المصابين بالفشل الكلوي⁽²⁶⁾.

المصادر

1-  Shazia, Q.; Mohammad, Z. H.; Rahman, T. and Shekhar, H.U. .Correlation of Oxidative Stress with Serum Trace Element Levels and Antioxidant Enzyme Status in Beta Thalassemia  Major Patients. Hindawi Publishing Corporation 2012 ; 21:2-7.

2-Del-Maestor, R.  F. .An approach to free radical in medicine and biology. Acta. physiol. Scand. 1980;492:153-168.

3- Patil S.B., Kodliwadmath M.V. and Kodliwadmath S.M.(2007).  Study of oxidative stress and enzymatic antioxidants in normal pregnancy. Indian J. of Clinic. Biochem. 22(1) 135-137.

4- Maurya, H., Mangal, V., Gandhi, S., Prabhu, K., Ponnudurai, K., 2014. Prophylactic antioxidant potential of gallic acid in murine model of sepsis. Int. J. Inflam. 2014, 580320.

5-  Dukic ,N.M . ''Antioxidents in health and disease .Atferosclerosis'' 2003 15 (2):423-611.

6- Ursini, F., Heim, S., Kiess, M.,…et al..'' Dual function of the selenoprotein GSH-PX during sperm maturation''. Science1999, 27;285: 1393-1397.

7-Banerjee, R.; Becker, D.; Dickman, M.; Gladyshev, V. and Ragsdale, S.  .Redox Biochemistry. John Wiley and Sons, Inc.,Hoboken, New Jersey. Canada 2008:PP.201-209.

8-  Krishna, P. B.; Govindasamy, M."Functional Mimics of Glutathione Peroxidase: Bioinspired Synthetic Antioxidants". Acc. Chem. Res. (2010); 43(11):1408–1419.

9-  Hussein, H.K.; Elnaggar, M.H. and Al-Dailamy J.M. .Protective role of Vitamin C against hepatorenal toxicity of fenvalerate in male rats Global Advanced Research J. Environmental Sci. and Toxicology  2012; 1(4): 60-65.

10-  Kunwar, A.; Priyadarsini, K.I. .Free radicals, oxidative stress and importance of antioxidants in human health. J. Med. Allied. Sci. 2011;1 (2): 53-60.

11-  Shakya, G.; Goud, C.; Pajaniradje, S. and Rajagopalan, R. (2012). Protective role of  heatgrass on oxidative stress in streptozotocin induced type 2 diabetic rats . International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 4(3),415-423.

12- Giordano, G. "Organophosphorus insecticides chlorpyrifos and diazinon and oxidative stress in neuronal cell in agenetic model of glutathione deficiency". Toxicolapplpharmacol. (2007);219(2-3). 181-188.

13- Halliwell, B. and Gutteridge, J.M. Free radicals and antioxidant in the year 2000 : A Historical look to the future  Ann. NY. Acad. Sci. 2000; 899:pp.136-147.

14-  Satyanaryana , U." Biochemistry" . 2^nd Edition Books and allied ,(P) LTD , (2003) .

15- Sabeh F; Wright T; Nortons J. Purification and characterization of a glutathione peroxidase from the Aloe vera plant.Enzyme protein1993;47(2):92-8.

16- Al-Helaly, L.A. Kinetic And Inhition Studies For Glutathione Peroxidase (Gpx) Isolated From Pea (Pisum Sativum) Locality.College of Science ,Mosul University,2013;51;P348-59.

17-العبيدي ’عبيدة عبد الخالق "الكرب التاكسدي والفصل الجزئي لانزيم كلوتاثيون بيروكسيديز لدى العقائم في نينوى" رسالة ماجستير كلية العلوم جامعة الموصل 2012.

18-  Al-Abbasy, Omar Y; Al-Lehebe,  Nashwan .I ; Al-Bajari, Shihab .A .Purification of Glutathion Peroxidase and Determination of it's Relation with some biochemical parameters in type II Diabetic patients  College of Basic Education Researchers Journal 2014 Vol. (13), No.(2): 1014-1030.

19-  Yogesh, C.A.; Dato, D.; Anjana, K.L. and Srivastava. Purification and properties of glutathione peroxidase from human placenta .Biochem.J.1979;177:471-476.

20-  Shulgim, K.K.; Popva, T.N. and Rakhmanova ,T. Isolation and purification of glutathione peroxidase. priki biokhim mikrobiol 2008;44(3):276-80.

-21 العباسي, أياد عبد الستار. دراسة تأثير الكرب التأكسدي وبعض مكونات نبات الزيزفون على أنزيم الكلوتاثايون بيروكسيديز المنقى من مرضى البيتا ثلاسيميا الكبرى .رسالة ماجستير,كلية علوم,جامعة تكريت 2013.

22-  Gamain , B.; Langsley, G.; Fourmaux, M.N. et al.  Molcular characterization of the glutathione peroxidase gene of the human malaria parasite plasmodium falciparum. Mol.Biochem.Parasitol 1996;78(2):237-48.

23- J. Kodydkov á, L; Vávrovrová M. Koc ík; A. Žák .Human Catalase, Its Polymorphisms Regulation and Changes of Its Activity in Different Diseases. 4th Department of Internal Medicine,Charles University in Prague and General University Hospital, Prague, Czech Republic2014;60(4):153-167.

24-   Yasminech. W.G. ; Kauri, T.P. ; Blazer, , B.R. and Theologides, A.,Clin. Chem. (1995); 41 : 1574- 1580.

25- Portoles MT, Catala M, Anton A (1996): Mol. Cell Biochem.; 159: 115-121.    

26- Westman, N. and Markiund, S. , Cancer Res. (1998) ; 41 : 2962- 2966.