یک نمونه از دو آنزیم مرتبط به هم که واکنش های مشابهی را کاتالیز می کنند اما مکان های فعال مختلفی نسبت به هم دارند، با مقایسه کردن ساختار آنزیم کاهش دهنده تیوردوکسین اشیرشیا کولی با آنزیم کاهش دهنده گلوتاتیون، ارائه شده است. هر دوی این آنزیم ها، آنزیم های دیمری هستند که باعث کاتالیز شدن کاهش دی سولفید ها توسط هسته های پیریدین از طریق یک دی سولفید آنزیم و یک فلاوین، می شود. آنزیم های کاهش دهنده گلوتاتیون در انسان شامل چهار دامنه ساختاری در هر مولکول هستند: دو هسته ای های فلاوین- آدنین (FAD)- و دامنه های اتصالی به نیکوتینامید- آدنین دو هسته ای فسفات (NADPH) ، دامنه مرکزی و دامنه پایانه C که باعث می شود یک سطح مشترک دیمری و بخشی از مکان فعال ایجاد شود. با وجود این که هر دوی این آنزیم ها مکانیزم های کاتالیزی و ساختار های سه گانه مشابه با هم دارند، مکان های فعال آن ها شبیه هم نیست. ما ساختار کریستالی اشیرشیا کولی تیوردوکسین را با تفکیک 2A مشخص کرده ایم و نشان دادیم که آنزیم کاهش دهنده تیوردوکسین ، دامنه ای که باعث شکل گیری سطح مشترک دیمری در آنزیم کاهش دهنده گلوتاتیون می شود را ندارد و کاملا ساختار دیمری متفاوتی را از خودش نشان میدهد. دی سولفید های فعال از نظر کاتالیزی نیز در دامنه های متفاوتی در طرف های مخالف در سیستم حلقه فلاوین قرار دارند. این موضوع نشان میدهد که این آنزیم ها از پروتئین های پیش زمینه ای هسته ای متفاوتی شکل گرفته اند و مستقل از هم دیگر، فعالیت های آنزیم کاهش دهنده دی سولفید را ایفا می کنند.
تیوردوکسین ها پروتئین های فعال اکسایشی کوچکی هستند که عملکرد های مختلفی را ایفا میکنند. در ای کولی ( اشیرشیا کولی) تیوردوکسین ها توسط آنزیم کاهش دهنده تیوردوکسین مبتنی بر NADPH کاهش پیدا می کنند. ساختار سه بعدی از TR بر اساس جایگزینی های مختلف هم شکل ایجاد می شود ( شکل1) و شامل دو مولکول می باشد که به صورت بسیار نزدیک با یکدیگر تعامل دارند که باعث شکل گیری دیمر های متقارن می شود. هر کدام از مولکول ها دارای سه دامنه معین می باشد که متناظر با FAD، NADPH و دامنه های مرکزی از آنزیم کاهش دهنده گلوتاتیون (GR) ( شکل 2) می باشند. ساختار سه بعدی از TR بسیار شبیه به سه دامنه اول از GR می باشد و تفاوت اصلی بین آن ها، تغییر در جهت دامنه NADPH و حذف شدن یک هلیکس می باشد (شکل2). نوزده مورد از رشته های 21 بتا در TR متناظر با المان های GR هستند؛ دو مورد دیگر در پایانه T و نزدیک به دی سولفید فعال اکسایشی قرار دارد که ویژگی متمایز در توالی TR ها می باشد (شکل3). به صورت مشابه، پنج مورد از هفت مورد آلفا هلیکس ها و سه مورد از هلیکس های 3t0 در TR مطابق با المان های مشابه در GR هستند. یک ویژگی بسیار مهم از تنظیم ساختاری، جابجایی های نسبی از دامنه های NADPH در دو آنزیم می باشد. این موضوع مطابق با چرخش یکی از این دامنه ها به مقدار 66 درجه حول رشته های بتا می باشد که به FAD و دامنه مرکزی متصل می شوند و باعث می شوند که ساختار پایه نسبت بدون تغییر بماند ( شکل 2). در تنظیم دامنه های FAD / مرکزی و تفکیک 2A برای دامنه های NADPH برای پس ماند های اصلی ، باعث می شود که 70% از توالی TR شکل بگیرد از جمله تنظیم اتم های آلفا هلیکس که انحراف کمتر از 2.5A دارند و باعث شکل گیری انحراف موثر 1.1 A هم در دامنه های مرکزی FAD و مرکزی و هم در دامنه های NADPH می شود و 54% و 65% از پس ماند های TR بر اساس این معیار در دو بخش از ساختار، صدق می کنند. این نتایج مشابه با انحراف های شناسایی شده بر روی ساختار های هم پوشان گلوبین با شباهت توالی نسبی می باشد.
این مقاله در نشریه Nature منتشر شده و ترجمه آن با عنوان تکامل همگرا در آنزیم ها در سایت ای ترجمه به صورت رایگان قابل دانلود می باشد. جهت دانلود رایگان مقاله فارسی و انگلیسی روی عنوان فارسی (آبی رنگ) کلیک نمایید.
منبع:
Convergent evolution of similar function in two structurally divergent enzymes
