فورميليشن

تبدأ دورة إنتاج الميثان بتكوين مجموعة الفورميل من ثاني أكسيد الكربون . وتتحول مجموعة الفورميل إلى ميثان .

في البكتيريا والعضيات، تُشير عملية تكوين فورميل-ميثيونيل-tRNA (tRNA ^fMet ) إلى بدء تخليق البروتين. يعتمد هذا التفاعل على 10-فورميل تتراهيدروفولات وإنزيم ميثيونيل-tRNA فورميل ترانسفيراز. ^{[ 9 ]} لا تستخدم حقيقيات النوى أو العتائق هذا التفاعل، إذ يُعتبر وجود tRNA ^fMet في الخلايا غير البكتيرية مادة دخيلة ويتم التخلص منها بسرعة. بعد إنتاجه، يُنقل tRNA ^{fMet إلى} الوحدة الفرعية 30S للريبوسوم لبدء تخليق البروتين. يمتلك fMet نفس تسلسل الكودونات الخاص بالميثيونين. مع ذلك، يُستخدم fMet فقط لبدء تخليق البروتين، وبالتالي يوجد فقط في الطرف الأميني للبروتين. يُستخدم الميثيونين خلال عملية الترجمة المتبقية. في بكتيريا الإشريكية القولونية ، يتم التعرف على الحمض النووي الريبوزي الناقل ^{fMet بشكل خاص بواسطة} عامل البدء IF-2 ، حيث تمنع مجموعة الفورميل تكوين الرابطة الببتيدية عند الطرف الأميني للميثيونين. ^{[ 9 ]}

بمجرد اكتمال عملية تخليق البروتين، يمكن إزالة مجموعة الفورميل من الميثيونين بواسطة إنزيم ديفورميلاز الببتيد . ويمكن إزالة بقايا الميثيونين بشكل إضافي بواسطة إنزيم أمينوببتيداز الميثيونين .

يتطلب التخليق الحيوي الجديد لأحادي فوسفات الإينوزين (IMP) ، وهو طليعة ريبونوكليوتيدات البيورين AMP وGMP، تفاعلي فورميل. يحفز إنزيم ترانسفورميلاز غليسيناميد ريبونوكليوتيد (GAR) تفاعل فورميل GAR إلى فورميل غليسيناميدين ريبوتيد (FGAR) في التفاعل الرابع من المسار. في الخطوة قبل الأخيرة من التخليق الحيوي الجديد للبيورين، يُفورميل 5-أمينوإيميدازول-4-كربوكساميد ريبوتيد (AICAR) إلى 5-فورمامينوإيميدازول-4-كربوكساميد ريبوتيد (FAICAR) بواسطة إنزيم ترانسفورميلاز AICAR . ^{[ 10 ]}

إنزيم تحويل GAR

يوجد إنزيم PurN GAR transformylase في حقيقيات النوى وبدائيات النوى. مع ذلك، تم تحديد إنزيم GAR transformylase آخر، وهو PurT GAR transformylase، في بكتيريا الإشريكية القولونية . على الرغم من عدم وجود تشابه في تسلسل الأحماض الأمينية بين الإنزيمين، واحتياجهما إلى مانحات فورميل مختلفة، إلا أن النشاط النوعي وقيمة ثابت مايكلِس-مِنْتِن (Km) لـ GAR متطابقان في كل من PurT و PurN GAR transformylase.

إنزيم تحويل PurN GAR

يستخدم إنزيم PurN GAR transformylase 1CDE الإنزيم المساعد N10-formyltetrahydrofolate (N10-formyl-THF) كمتبرع بمجموعة الفورميل لتكوين مجموعة ألفا-أمينو في جزيء GAR. في حقيقيات النوى، يُعد إنزيم PurN GAR transformylase جزءًا من بروتين كبير متعدد الوظائف، ولكنه يوجد كبروتين منفرد في بدائيات النوى. ^{[ 12 ]}

الآلية

يُقترح أن يحدث تفاعل الفورميل من خلال تفاعل نقل مباشر، حيث تهاجم مجموعة الأمين في GAR نيوكليوفيليًا N10-فورميل-THF، مُكَوِّنةً وسيطًا رباعي السطوح. ^{[ 10 ]} ونظرًا لأن مجموعة الأمين ألفا في GAR نشطة نسبيًا، يُقترح أن يحدث نزع بروتون من النيوكليوفيل بواسطة المذيب. في الموقع النشط، تتوضع الأحماض الأمينية Asn 106 وHis 108 وAsp 144 للمساعدة في نقل الفورميل. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، أشارت دراسات الطفرات إلى أن هذه الأحماض الأمينية ليست ضرورية بشكل فردي للتحفيز، حيث أن طفرات اثنين أو أكثر منها فقط هي التي تثبط الإنزيم. بناءً على التركيب، يُعتقد أن Asp144 سالب الشحنة يزيد من قيمة pKa لـ His108، مما يسمح لمجموعة الإيميدازوليوم المُبرتنة في His108 بتعزيز محبة الإلكترونات لمجموعة الفورميل في N10-فورميل-THF. بالإضافة إلى ذلك، يُعتقد أن His108 وAsn106 يعملان على تثبيت الأنيون الأكسجيني المتكون في الحالة الانتقالية. ^{[ 13 ]}

إنزيم تحويل بورت جار

يتطلب إنزيم PurT GAR transformylase الفورمات كمصدر لمجموعة الفورميل، بالإضافة إلى الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) للتحفيز. وتشير التقديرات إلى أن هذا الإنزيم يُجري ما بين 14% و50% من عمليات إضافة مجموعة الفورميل إلى جزيئات GAR في بكتيريا الإشريكية القولونية . وينتمي هذا الإنزيم إلى عائلة البروتينات الفائقة ATP-grasp . ^{[ 14 ]}

الآلية

تم اقتراح آلية تسلسلية لإنزيم PurT GAR transformylase، حيث يُفترض أن وسيطًا قصير العمر من فوسفات الفورميل يتشكل أولًا. ثم يخضع هذا الوسيط لهجوم نيوكليوفيلي من قبل أمين GAR لنقل مجموعة الفورميل. وقد تم الكشف عن وسيط فوسفات الفورميل في تجارب الطفرات، حيث أظهر إنزيم PurT GAR transformylase الطافر ألفة ضعيفة للفورمات. ^{[ 12 ]} ينتج عن حضانة إنزيم PurT GAR transformylase مع فوسفات الفورميل، وADP، وGAR كل من ATP وFGAR. وهذا يُشير إلى أن فوسفات الفورميل قد يكون وسيطًا، نظرًا لقدرته الحركية والكيميائية على إجراء تفاعل الفورميل في الإنزيم. ^{[ 15 ]} كما تم اقتراح تشكل وسيط فوسفات إنزيمي يسبق وسيط فوسفات الفورميل، استنادًا إلى دراسات تبادل النظائر الموضعية. ^{[ 15 ]} ومع ذلك، تشير البيانات الهيكلية إلى أن الفورمات قد يكون في وضع يسمح له بالهجوم المباشر على مجموعة الفوسفات γ في جزيء ATP في الموقع النشط للإنزيم لتكوين وسيط الفورميل فوسفات. ^{[ 14 ]}

إنزيم تحويل AICAR

يتطلب إنزيم تحويل AICAR وجود الإنزيم المساعد N10-فورميل تتراهيدروفولات (N10-فورميل-THF) كمصدر لمجموعة الفورميل لتحويل AICAR إلى FAICAR. ومع ذلك، لا يتشارك إنزيم تحويل AICAR وإنزيم تحويل GAR في تشابه كبير في التسلسل أو في البنية. ^{[ 13 ]}

الآلية

تُعدّ مجموعة الأمين في AICAR أقلّ محبّةً للنواة من نظيرتها في GAR، وذلك بسبب عدم تمركز الإلكترونات في AICAR عبر الاقتران. لذا، يجب تنشيط النيوكليوفيل N5 في AIRCAR لحدوث تفاعل الفورميل. وقد وُجد أن الهيستيدين 268 والليسين 267 ضروريان للحفز، وهما محفوظان في جميع إنزيمات تحويل AICAR. يشارك الهيستيدين 268 في نزع البروتون من النيوكليوفيل N5 في AICAR، بينما يُقترح أن يعمل الليسين 267 على تثبيت المركب الوسيط رباعي السطوح. ^{[ 13 ]}

إن عملية ε-Formylation هي واحدة من العديد من التعديلات اللاحقة للترجمة التي تحدث على بروتينات الهيستون، والتي ثبت أنها تعمل على تعديل تكوينات الكروماتين وتنشيط الجينات.

تم تحديد عملية الفورميل على ذرة النيتروجين إبسيلون (Nε) لبقايا الليسين في الهستونات والبروتينات. وقد لوحظ هذا التعديل في الهستونات الرابطة وبروتينات المجموعة عالية الحركة ، وهو وفير للغاية، ويُعتقد أن له دورًا في علم التخلق لوظيفة الكروماتين. وقد ثبت أن الليسينات المُفورميلة تلعب دورًا في ارتباط الحمض النووي. بالإضافة إلى ذلك، تم الكشف عن الفورميل على ليسينات الهستون المعروفة أيضًا بأنها مُؤَسْتَلَة ومُثْيَلَة. وبالتالي، قد تمنع الفورميل تعديلات ما بعد الترجمة الأخرى. ^{[ 16 ]} يتم الكشف عن الفورميل بشكل متكرر في 19 موقع تعديل مختلف على الهستون H1. ويؤدي الفورميل إلى تعطيل التعبير الجيني للخلية بشكل كبير، مما قد يسبب أمراضًا مثل السرطان. وقد يكون تطور هذه التعديلات ناتجًا عن الإجهاد التأكسدي . ^{[ 16 ]}

في بروتينات الهيستون، يُعدَّل الليسين عادةً بواسطة إنزيمات أسيتيل ترانسفيراز الهيستون (HATs) وإنزيمات دي أسيتيل الهيستون (HDAC أو KDAC). يُعدّ أسيتيل الليسين أساسيًا لتنظيم وتعبير بعض الجينات. يُنشئ الإجهاد التأكسدي بيئةً مختلفةً تمامًا، حيث يمكن أن يتفوق تكوين فورميل الليسين على أسيتيل الليسين بسرعة، نظرًا لتفاعلية أنواع فورميل الفوسفات العالية. يُعتقد حاليًا أن هذه الحالة ناتجة عن تلف الحمض النووي التأكسدي. وقد اقتُرحت آلية لتكوين فورميل الفوسفات، تعتمد بشكل كبير على تلف الحمض النووي التأكسدي، وتُحفَّز بشكل أساسي بواسطة التفاعلات الكيميائية الجذرية داخل الخلية. ^{[ 17 ]} يمكن بعد ذلك استخدام فورميل الفوسفات الناتج لفورميل الليسين. يُعتقد أن الإجهاد التأكسدي يلعب دورًا في توافر بقايا الليسين على سطح البروتينات وإمكانية فورميلها.

تم استغلال تثبيط الإنزيمات المشاركة في التخليق الحيوي للبيورين كهدف دوائي محتمل للعلاج الكيميائي.

تتطلب الخلايا السرطانية تركيزات عالية من البيورينات لتسهيل انقسامها ^{[ 12 ]} ، وتميل إلى الاعتماد على التخليق الحيوي من الصفر بدلاً من مسار استعادة النيوكليوتيدات . ^{[ 13 ] [ 18 ]} وقد طُوِّرت العديد من المثبطات القائمة على حمض الفوليك لتثبيط تفاعلات الفورميل بواسطة إنزيمي GAR transformylase وAICAR transformylase. ^{[ 19 ]} طُوِّر أول مثبط لإنزيم GAR transformylase، وهو لوميتريكسول [(6R)5,10-ديديازاتتراهيدروفولات]، في ثمانينيات القرن الماضي من خلال تعاون بين شركة إيلي ليلي ومختبرات أكاديمية. ^{[ 20 ]} وعلى الرغم من تشابهه في التركيب مع N10-فورميل-THF، إلا أن لوميتريكسول غير قادر على إجراء تفاعلات نقل ذرة كربون واحدة. ^{[ 19 ]} بالإضافة إلى ذلك، تم تصنيع العديد من مثبطات إنزيم GAR transformylase القائمة على حمض الفوليك. ^{[ 19 ]} وُجد أن تطوير مثبطات الفولات يمثل تحديًا خاصًا، إذ تعمل هذه المثبطات أيضًا على تثبيط إنزيم فوليل بولي جلوتامات سينثاز ، الذي يُضيف جزيئات غاما جلوتامات إضافية إلى أحادي جلوتامات الفولات ومضادات الفولات بعد دخوله الخلية لزيادة ألفة الإنزيم. وقد تؤدي هذه الألفة المتزايدة إلى مقاومة مضادات الفولات. ^{[ 18 ]}

متلازمة لي هي اضطراب تنكسي عصبي مرتبط بخلل في تفاعل الفورميل الإنزيمي. ترتبط متلازمة لي عادةً بعيوب في الفسفرة التأكسدية، التي تحدث في الميتوكوندريا. ^{[ 21 ]} استُخدم تسلسل الإكسوم لتحديد طفرة في الجين المُشفِّر لإنزيم ناقل الفورميل الميثيونيل-tRNA الميتوكوندري (MTFMT) لدى مرضى متلازمة لي. يُعتقد أن الطفرة c.626C>T المُحدَّدة في MTFMT، والتي تُسبب أعراض متلازمة لي، تُغيِّر عملية ربط الإكسونات، مما يؤدي إلى طفرة إزاحة الإطار وظهور كودون توقف مبكر. وُجد أن الأفراد الذين يحملون طفرة MTFMT c.626C>T لديهم مستويات منخفضة من fMet-tRNAMet وتغيرات في مستوى فورميل COX1 المُترجم في الميتوكوندريا. تُقدِّم هذه الصلة دليلاً على ضرورة وجود الميثيونين المُفورميل في بدء التعبير عن بعض جينات الميتوكوندريا. ^{[ 22 ]}