כניסה 
עקבו אחרינו בפייסבוק בטא-גלוקורונידאז - Beta-glucuronidase
| מדריך בדיקות מעבדה | |
| בטא-גלוקורונידאז | |
|---|---|
| Beta-glucuronidase | |
| שמות אחרים | GUSB, β-Glucuronidase |
| 250 פיקסלים | |
| מעבדה | כימיה בדם ובצואה. |
| תחום | בעיות מעיים. |
 | |
| יוצר הערך | פרופ' בן-עמי סלע |
כללי
β-Glucuronidases הם חברים במשפחת האנזימים glycosidase המקטלזים את שבירת קרבוהידרטים מורכבים (Sinnot ב-Comprehensive Biol Catalysis משנת 1998). β-glucuronidase אנושי הוא סוג של glucuronidase (חבר במשפחת glycosidase 2) המקטלז את ההידרוליזה של שיירי β-D-glucuronic acid מהקצה הלא מחזר של mucopolysaccharides (המוגדרים גם כ-glycosaminoglycans כגון הפארן סולפאט (McCarter ו-Withers ב-Chem Rev משנת 1994, ו-Nyhan וחב' ב-Atlas of Metabolic Diseases משנת 2005)). β-glucuronidased לצורך פעילות אנושית ממוקם בליזוזומים (Oshima וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1987). במעי β-glucuronidase הממוקם ב-bush border הופך בילירובין מצומד לצורתו הלא מצומדת לצורך ספיגה מחדש. β-Glucuronidase מופיע גם בחלב השד, מה שעלול לגרום לעולל צהבת. האנזים מקודד באדם על ידי הגן GUSB (Martins וחב' ב-Applied Environ משנת 1993). בחיידקים האנזים מקודד על ידי הגן uidA (Islam וחב' ב-J Biol Chem משנת 1993).
מבנה
β-glucuronidase אנושי מסונתז כמונומר במשקל מולקולרי של 80 קילודלטון (653 חומצות אמינו), לפני שפרוטאוליזה מסירה 18 חומצות אמינו מהקצה ה-C-טרמינלי, ליצירה של מונומר במשקל מולקולרי של 78 קילולטון (Shipley וחב' ב- J Biol Chem משנת 1993 , ו-Henrissat ו-Baioch ב-Biochem J משנת 1993). β-Glucuronidase קיים כהומוטטרמר במשקל מולקולרי של 332 קילודלטון (Henrissat ב-Biochem J משנת 1991). β-Glucuronidase מכיל מספר מבנים ייחודיים הכוללים סוג של β-barrel הידוע כ-jelly roll barrel, וכן TIM barrel.
מנגנון הקטליזה
האנזים האנושי β-glucuronidase הוא הומולוגי לאנזים β-galactosidase של Escherichia coli (Islam וחב' ב-J Biol Chem משנת 1999, ו-Wong וחב' באותו כתב עת משנת 1998). קשר הומולוגי זה, ביחד עם הידיעה שגליקוזידזות לרוב מבצעות הידרוליזה מקוטלזת על ידי שני שיירים חומציים, מאפשרות את הפיתוח של היפותזה מכניסטית. היפותזה זו מציעה ששני שיירים של חומצה גלוטמית (Glu450 ו-Glu451) הם השיירים הנוקלאופילים והחומציים, בהתאמה, וששייר tyrosine504 גם הוא מעורב בקטליזה. כתמיכה בהיפותזה זו, מוטציות ניסויות בכל אחד משלושת השיירים גרמו לירידה חזקה בפעילות האנזימטית. פעילות מוגברת של האנזים המוטנטי E451A (בו Glu451 מוחלף על ידי שייר alanine) לאחר תוספת של azide הוא קונסיסטנטי עם Glu451 כשייר חומצה/בסיס (Wong וחב' ב-J Biol Chem משנת 1998). באנליזה של פפטידים מסומנים של β-glucuronidase לאחר הידרוליזה של מצע, חוקרים החליטו ש-Glu540 הוא השייר הנוקלאופילי. למרות שהסוג הפרטיקולרי של שחלוף נוקלאופילי המשמש β-glucuronidase אינו ברור, ראיות על המנגנון ההומולוגי של משפחת הגליקוסידזות מציעות שריאקציות אלו מבחינה כמותית הן ריאקציות SN2. ריאקציות אלו מתקיימות דרך transition state עם תכונות של יון oxocarbenium. בתחילה מנגנונים אלה, נחשבו כריאקציות SN1 המתקיימות דרך תוצר ביניים של יון oxocarbenium. עם זאת, ראיות עדכניות מציעות שהמצבים בהם מעורב יון ה-oxocarbenium הם בעלי משך חיים שבין 10 פמטו-שניות עד 0.1 ננו-שניות. משכי חיים אלה קצרים מדי להוות נגזרי ריאקציה. מראיות אלו משתמע שריאקציות אלה, בעלות הידמות של SN1 בגלל יון ה-oxoarbenium, חייבות להיות מבחינה איכותית ריאקציות SN2. הפעילות הספציפית, של Tyr504 בפעילות הקטליטית אינה ברורה. על ידי ההשוואה לנתונים המבניים של האנזים ההומולוגי xylanase, הוצע ש-Tyr504 ב-β-glucuronidase, עשוי לייצב את הנוקלאופיל Glu540 או לאפנן (modulate) את פעילותו (Henrissat וחב' ב- Proc Natl Acad Sci USA משנת 1995). בנוסף לשיירים אלה, שייר משומר של asparagine, הוצע כמייצב את המצע דרך פעולת קשר מימן בקבוצה ה-2 הידרוקסילית של מצע הסוכר (Birkenmeier וחב' ב-J Clin Invest משנת 1989).
תסמונת Sly: חסר באנזים β-glucuronidase גורם למחלה מטבולית אוטוזומלית רצסיבית מורשת הידועה כתסמונת Sly או mucopolysaccharidosis VII. חסר באנזים זה גורם להצטברות במטופל של מוקופוליסכרידים שאינם מבוקעים. מחלה זו עלולה להיות קשה במיוחד ועלולה לגרום ל-hydrops fetalis בעובר טרם הלידה (Vervoort וחב' ב-Hum Mutation משנת 1994, ו-Wu ו-Sly באותו כתב עת משנת 1994). בנוסף, תסמיני המחלה הם פיגור שכלי, קומה נמוכה, תווי פנים גסים, אנומליות בעמוד השדרה, והגדלת הכבד והטחול הנצפים באלה ששרדו (Tumatsu וחב' ב-Am J Hum Genet משנת 1991, Shipley וחב' ב-Am J Hum Genet משנת 1993). מחלה זו הודגמה בזן של עכברים וכן בכלבים (Haskins וחב' ב-Pediatr Res משנת 1984). נתגלתה משפחת חתולים עם חסר פעילות של β-glucuronidase. חסר פעילות זו מיוחסת למוטציה E351K בה שייר Glu351 מותמר על ידי שייר ליזין. השייר Glu351 משומר ביונקים, מה שנכרך בתפקוד חשוב של שייר זה. בחינה בקרני X של המבנה הגבישי של האנזים, מציעה ששייר Glu352 באנזים האנושי משוקע עמוק במקטע TIM barrel, חשוב כנראה לייצוב של המבנה הרביעוני של האנזים (Ho וחב' ב-Enzyme משנת 1985). במבנה הגבישי נראה ש-Arg216 הוא חבר במקטע ה-jelly roll של החלבון, ויוצר גשר מלח עם Glu352, ולכן השייר האחרון כנראה כרוך בייצוב ואיטראקציה בין שלושה מקטעים שונים של האנזים.
רמות גבוהות של β-glucuronidase בצואה יכולות להיגרם על ידי מספר גורמים ובעיקר על ידי דיאטה והרגלי אורח חיים: דיאטה עתירת שומן, צריכת מזון מעובד, צריכת סוכר, צריכת אלכוהול ועישון. כאשר רמות β-glucuronidase גבוהות, יש בקיעה מוגברת של גלוקורונידים, מה שכרוך במצבים בריאותיים כגון סרטן ותרחישי דלקת. בדה-טוקסיפיקציה, β-glucuronidase גורם לדה-קוניוגציה של גלוקורונידים, ובכך מהפך את התהליך בכבד בו נקשרת חומצה גלוקורונית למצעים שונים. פעילות מטבולית נורמלית זו יכולה לעתים לשחרר מחדש חומרים לדם אם האנזים פעיל יתר על המידה, מה שעלול לגרום לסיכוני בריאות. β-glucuronidase יכול גם כן לפרק glycosaminoglycans, ולסייע לשינויים תאיים ול-remodeling של רקמה. תפקיד זה חיוני לשמור על בריאות רקמות ואיברים. הסיבות לרמות גבוהות של β-glucuronidase יכולות להיות מושפעות ממגוון גורמים, כגון בחירת דיאטה, מצבים דלקתיים אחדים, ופגיעה במאזן של המיקרוביוטה במעי. מספר סוגי מזון יכולים להגביר את יצירת β-glucuronidase כגון דיאטות עתירות שומן, מזון מעובד, וכמות גדולה של בשר אדום. בנוסף, אלכוהול ומספר תוספי מזון יכולים גם כן לעודד פעילות של β-glucuronidase. לפיכך, יש להמליץ על צריכת סוגי המזון האחרונים, ואכילה של יותר חלופות צמחיות, והפחתת צריכת אלכוהול. מצבים בריאותיים כרוניים כגון סרטן השד, הערמונית והמעי הגס, מחלת כבד, ומצבי דלקת, כרוכים ברמות מוגברות של β-glucuronidase. מאזן לקוי של המיקרוביוטה במעי, לרוב כתוצאה מדיאטה לקויה, צריכת אנטיביוטיקה, תסמינים גסטרו-אינטסטינליים יכולים להגביר את פעילות האנזים. מספר חיידקים מייצרים β-glucuronidase, מה שתורם לרמות מוגברות של האנזים במעי ובדם. כדי לשפר את בריאות המעי, מומלץ להתמקד במזון עשיר בסיבים, לצרוך פרוביוטיקה, להימנע מצריכת-יתר של אנטיביוטיקה, ולהכניס למזון סוגי מזון מתסיס כגון יוגורט, kefir ו-kimchi. קִימְצִ'י הוא סוג של מאכלים קוריאנים המורכבים מירקות מותססים. בגרסתו הנפוצה ביותר המאכל עשוי כרוב מזן נאפה המותסס במי מלח עם פלפל חריף קוראני מיובש, רוטב דגים ושום, אך ישנן גרסאות נוספות שאינן מכילות מרכיבים אלו. הקימצ'י מהווה מרכיב חשוב במטבח הקוראני ומוגש לרוב כמתאבן, אך גם משמש כמרכיב במספר מנות ותבשילים, כגון נזיד קימצ'י ואורז מטוגן עם קימצ'י.
סיבוכים בעקבות רמות מוגברות של β-glucuronidase
עייפות, בעיות מערכת העיכול כגון נפיחנות, עודף גז, תחושת אי-נוחות במעי. פגיעה במאזן ההורמונלי כגון אי-סדירות של המחזור החודשי, שינויים במצבי רוח, וחטטת (acne). בעיות עור כגון פריחה לא מוסברת וגרד. נושאים של דה-טוקסיפיקציה כגון רגישות לתרופות. רמות מוגברות מתמשכות של β-glucuronidase יכולות לגרום לסיבוכים כגון טוקסיות מוגברת כתוצאה מהצטברות או הפרשת-יתר של חומרים. סיכון של סרטן כתוצאה מרה-שפעול של תרכובות מסוימות. פגיעה בתפקוד הכבד, מצבים דלקתיים כגון החמרת תסמונת המעי הרגיז (IBD). על מנת להפחית רמות גבוהות של האנזים, ולשמור על רמתו נמוכה אך מספיקה לסייע בספיגת נוטריינטים. דיאטה צמחית היא הדרך הנאותה להפחית את רמת האנזים, ובעיקר צריכה של פקטינים מתפוחים, סידן, ברזל, מגנזיום, thistle מחלב (הידוע כ-Silymarin) (Kim וחב' ב-Pharm Bull משנת 1994), וכן Cumin, פלפל שחור וזרעי fenugreek. דרך נוספת להפחית רמת β-glucuronidase היא לצרוך calcium-D-glucarate שהוא מלח סידן של החומצה ה-D-glucaric, הנמצא בפירות ובירקות (תפוזים, תפוחים, אשכוליות וירקות ממשפחת המצליבים).
החיידקים העיקריים המייצרים β-glucuronidase הם: Bacteroides fragilis, Bacteroides vulgatus, Bacteroides uniformis, , Clostridium paraputrificum, Clostridium clostridioforme, Clostridium perfringens, Escherichia coli, Subacterium, Peptostreptococcus, Ruminococcus, Staphylococcus.
תפקידי האנזים β-glucuronidase הם הידרוליזה של B-glucuronide לייצור חומצה גלוקורונית וכן aglycone כגון imine, thiol או אלכוהול. גלוקורונידציה על ידי האנזים היא הדרך העיקרית של דה-טוקסיפיקציה בגוף האדם. האנזים מסוגל גם להסב פרו-קרצינוגנים לתרכובות קרצינוגניות. מזון מאוד שומני, עתיר בחלבונים ודל בסיבים עלול להעלות את פעילות האנזים, בהשוואה למזון צמחוני או עתיר בסיבים מסיסים. האנזים שובר קרבוהידרטים מורכבים ומגביר את הזמינות והספיגה מחדש של פוליפנולים צמחיים כגון ליגננים, פלבונואידים, סרמידים ו-glycyrrhetinic acid.
מדידת רמות של β-glucuronidase
שיטות המדידה השכיחות ביותר של האנזים מתבצעות בצואה ובדם. שיטות הבדיקה הן פלואורומטריות או שיטת ELISA. יש להוסיף מדידת אנזימי כבד כגון ALT ו-AST, כיוון שאלה יכולות לספק מידע על תפקוד הכבד ועל נזק אפשרי. בנוסף, יש צורך למדוד סמני דלקת כגון C-reactive protein (להלן CRP) או קצב שקיעת דם (ESR), שעשויים להצביע על מצבי דלקת, העלולים להתרחש ברמות מוגברות של β-glucuronidase. יש המצדדים בהוספת מדידת רמות הורמונים כאסטרוגן, טסטוסטרון וקורטיזול, החשובה לאשש מאזן הורמונלי ותהליכים מטבוליים רלוונטיים.
ראו גם
המידע שבדף זה נכתב על ידי פרופ' בן-עמי סלע, המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-שומר;
החוג לגנטיקה מולקולארית וביוכימיה, פקולטה לרפואה, אוניברסיטת תל-אביב (יוצר הערך)