כניסה 
עקבו אחרינו בפייסבוק טריוז פוספט איזומראז - Triosephosphate isomerase
הופניתם מהדף Triosephosphate isomerase לדף הנוכחי.
| מדריך בדיקות מעבדה | |
| טריוז פוספט איזומראז | |
|---|---|
| Triosephosphate isomerase | |
| שמות אחרים | TIM או TPI |
| |
תצוגה תלת־ממדית של טריוז פוספאט איזומראז
| |
| מעבדה | כימיה בדם או באריתרוציטים. |
| תחום | הערכת נבדקים עם אנמיה המוליטית לא-ספרוציטית כרונית, או אלה עם מפגעים נוירולוגיים המופעים בגיל מוקדם. |
 | |
| טווח ערכים תקין | בגיל 12 חודשים ומעלה - 1033–1363 יחידות לכל גרם המוגלובין. לא נקבעו ערכים לתינוקות בני 12 חודשים ומטה. |
| יוצר הערך | פרופ' בן-עמי סלע |
מידע קליני
האנזים TPI הופך dihydroxyacetone phosphate ל-glyceraldehyde 3-phosphate במהלך הגליקוליזה (Orosz וחב' ב-IUBMB Life משנת 2006). חסר קליני משמעותי אוטוזומלי-רצסיבי הוא תרחיש נדיר המתבטא באופן קלאסי כמפגע רב-מערכתי עם אנמיה המוליטית ופגיעה נוירולוגית מתקדמת חמורה בתינוקות. מאפיינים קליניים אחרים כוללים פגיעה מוטורית, שיתוק של הסרעפת, קרדיומיופתיה, ורגישות לזיהומים. במקרים אחדים מוצאים אנמיה המוליטית מבודדת.
אינטרפרטציה
אנמיה המוליטית משמעותית קלינית בגלל חסר האנזים TIM עלולה להתרחש עם פעילות אנזים הנמוכה מ-0% מפעילותו הנורמלית. הטרוזיגוטים הם בעלי פעילות אנזים של 50% ואינם מושפעים קלינית (Fermo וחב' ב-Eur J Haematol משנת 2010, Tanaka ו-Zerez ב-Semin Hematol משנת 1990, ו-Koralkova וחב' ב-Int J Lab Hematol משנת 2014).
Triosephosphate isomerase
מדובר בביו-קטליסט שעבר אבולוציה גבוהה: אנזים זה (TIM) ממיר מהר מאוד dihydroxyacetone phosphate ו-d-glyceraldehyde-3-phosphate. האתר הקטליטי שלו הוא בממשק הדימרי, אך ארבעת השיירים הקטליטיים Lys13 ,Asn11,His95 ו-Glu167, שייכים לאותה תת-יחידה. Glu167 הוא הבסיס הקטליטי. מאפיין חשוב של האתר הפעיל של TIM הוא הסגר של לולאת-6 ולולאת-7 והרלוונטיות שלו לקישור לליגנד, תוך מיסוך של האתר הקטליטי מפני חלק הארי של הממס. האתר הפעיל "הקבור" מייצב את תוצר הביניים הידוע כ-enediolate. האתר הקטליטי Glu167 מהווה את תחילת לולאה-6, כאשר הישות Glu167 carboxylate נעה למרחק של 2 אנגסטרום לכיוון המצע. ההתייחסות הראשונה ל-TIM נכתבה בשנת 1977 על ידי Knowles ב-Acc Chem Res. מאז נכתבו מספר סקירות על ה-NMR של מנגנון הריאקציה של TIM (Harris ב-IUBMB Life משנת 2008). Knowles הגדיל באופן ניכר את הבנתנו את הקטליזה של אנזים זה (Albery ו-Knowles ב-Angew Chem Int Ed Engl משנת 1977). בתהליך זה, אנזימים לא-רגולטוריים מפתחים יעילות קטליטית אופטימלית in vivo, ומשיגים ערכי k cat/K m הקרובים למגבלת הדיפוזיה של M−1 s−1 109 (Fersht ב-Freeman משנת 1999). בשנת 1975 גיבשו Philips וחב' לראשונה את האנזים ממקור שריר של תרנגולת (Banner וחב' ב-Nature משנת 1975).
התפקיד הפיזיולוגי של TIM
TIM הוא אנזים גליקוליטי. בגנום האנושי יש רק גן אחד המקודד ל-TIM. ברוב האורגניזמים TIM ממוקם בציטוזול, אם כי בטריפנוזומה ובלישמניה, TIM מופיע הן בציטוזול כמו גם בגליקוזום (שהוא גופיף דמוי peroxisome החשוב לגליקוליזה באורגניזמים אלה (Helfert וחב' ב-Biochem J משנת 2001)). במסלול הגליקוליטי, TIM מגיע אחרי האנזים fructose-bisphosphate aldolase המייצר DHAP ו-d-GAP, כאשר d-GAP עובר מטבוליזם על ידי האנזימים הגליקוליטים הבאים, ו-TIM מוודא שה-DHAP המיוצר על ידי aldolase יכול גם כן לעבור מטבוליזם על ידי אנזימים גליקוליטים. פעילות TIM היא בעלת חשיבות קריטית לתפקוד התא, כאשר מחלות חמורות כרוכות במוטציה נקודתית של וריאנטים של הגן המפחיתה את פעילות TIM. תסמיני מחלות אלו כנראה קשורות לטוקסיות של DHAP (Orosz וחב' ב-Biochim Biophys Acta משנת 2009). המסלול הגליקוליטי קשור למסלול ה-pentosephosphate (להלן ולמטבוליזם של ליפידים, דרך מסלול d -GAP ו/או DHAP (Richard ב-ACS Chem Biol משנת 2008). הווריאנט E104D של TIM האנושי היא המוטציה המאופיינת ביותר במחלות, כאשר מבנה הגביש שלו דווח (Rodriguez-Almazan וחב' ב-J Chem Biol משנת 2008). השייר Glu104 הוא שייר משומר לחלוטין (Maes וחב' ב-Proteins משנת 1999). במטופלים הומוזיגוטיים למוטציה זו, רק 2 עד 20 אחוזים מהפעילות הקטליטית של TIM נשארת (Daar וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1986). הומוזיגוטים הנושאים מוטציה זו אינם נורמלים קלינית, והם לוקים בתסמינים חמורים ואינם חיים יותר מ-5 שנים. כאשר הוריאנט E104D-TIM מבוטא ומאופיין כחלבון רקומביננטי, פעיל באופן שווה ל-wild-type TIM. למעשה, המוטציה E104D מונעת קיפול יעיל לדימר בתא, וגורמת לאנזים להיות פחות יציב. TIM הוא אנזים דימרי, לא-אלוסטרי במסלול הגליקוליטי, בכך הוא הופך α-hydroxyketone dihydroxyacetone phosphate (להלן DHAP) ל-α-hydroxyaldehyde d-glyceraldehyde-3-phosphate (להלן d-GAP). זוהי ריאקציית איזומריזציה. ה-pH האופטימלי קרוב ל-pH 8 (Lambeir וחב' ב-Eur J Biochem משנת 1987). ריאקציה זו מתקדמת ללא עזרה של קו-פקטור או של יון מתכת, וקשר C-H צריך להישבר בה. בריאקציית TIM, אטום הפחמן סמוך לקבוצת קרבוניל, שהיא קבוצת הקטו של DHPA, ובריאקציה ההפוכה היא שייר האלדהיד של d-GAP. שימוש ב-glycidol phosphate כמעכב "מתאבד", Rose מצא שבסיס זה היה שרשרת צדדית חומצית (Rose ו-O’Connell ב-J Biol Chem משנת 1969). ממצא זה דווח גם על ידי Knowles וחב' (De la Mare וחב' ב-Biochem J משנת 1972) תוך שימוש ב-BHAP כמעכב "מתאבד". תוך שימוש ב-BHAP, ב-haloacetol phosphates (Hartman ב-Biocheistry משנת 1971) או ב-glycidol-phosphate (Schray וחב' ב-J Biol Chem משנת 1973). מצאו שהשייר הספציפי החומצי זוהה כ-Glu167. Schray וחב' מצאו ב-J Biol Chem משנת 1973, ש-d(S)-glycidol-phosphate פעיל פי-10 יותר מאשר l(R)-glycidol-phosphate. ההשוואה של הקטליזיס האנזימטי והלא-אנזימטי, גילה פונקציוליות חשובה מאוד של TIM, הנוגעת למניעת ההרחקה הלא-רצויה של ריאקציית הפוספאט הצדדי. מחקרים מבניים מאוחרים יותר הראו התופעה זו מושגת על ידי קישור הדוק של קבוצת הפוספאט על ידי 3 לולאות של האתר הפעיל של האנזים.
המבנה הגבישי הראשון של TIM גילה לראשונה את טופולוגיית ה"חבית" של TIM. קיפול זה של המתווה של β-strands ושל ה-α-helices. ה-β-strands יוצרים את המבנה הפנימי של 8 β-strands מקבילים, המכוסים בצידם החיצוני על ידי ה-α-helices. ידוע שקיפול 8(βα) זה הוא הקיפול השכיח ביותר של אנזימים, המכילים את האתר הפעיל תמיד ממוקם באותו אתר, שהוא הקצה ה-C טרמינלי של β-barrel, ובעל צורת שמונה לולאות βα בין β-strands לבין ה-α-helices. ב-TIM,שלושה מתוך שמונה לולאות βα, מספקים את השיירים הקטליטיים, שהם לולאה-1 (Asn11 ו-Lys13), לולאה-4 (His95) ולולאה-6 (Glu167). לולאה-6 הגמישה נעה ממצב לא קשור ופתוח, שזו קונפורמציה המיוצבת על ידי לולאה-5 למצב של קישור פתוח המיוצב על ידי לולאה-7. לולאה-2 אינה תורמת ישירות לאתר הפעיל, לעומת זאת, לולאות-2,1, 3 ו-4 ביחד עם לולאה-8 יוצרות את המתווה הדימרי. רק הדימר של TIM פעיל במלואו, אף על פי שכל השיירים הקטליטים של כל אתר פעיל נתמכים על ידי אותה תת-יחידה: דימריזציה מקשיחה כל אחד משני אתרי פעילות נפרדים לספק עוצמה קטליטית מלאה. מרכיבי המפתח של האתר הפעיל של TIM הם הבסיס הקטליטי (Glu167), כמו גם הייצוב האלקטרוסטטי (Go וחב' ב-Biochemistry משנת 2010) של ה-oxyunion הנוצר, והרחקת עודף הסולבנט (Lolis ו-Petsko ב-Annu Rev Biochem משנת 1990). האתר הפעיל חייב גם להיות מסוגל להתאים לשינוי הקונפורמציה של המצע הקטוני בהיותו מותמר לתוצר האלדהידי.
TIM הוא אנזים מאוד יעיל
סך קבוע שיווי המשקל המחושב מהיחס [DHAP]/total-[d-GAP] הוא 22. בתמיסה, DHPA הוא 60% בסטאטוס של unhydrated, אך d-GAP הוא רק 4% בסטאטוס של unhydrated, שמשמעותו שקבוע שיווי המשקל עבור המצב שהוא unhydrated הוא 340. הפרופיל של אנרגיה חופשית בריאקציה המקוטלזת על ידי TIM חושב על ידי Knowles וחב'. מחקרים אלה גילו ש-TIM הוא לא רק אנזים מאוד מהיר אלא גם מאוד יעיל (Albery ו-Knowles ב-Biochemistry משנת 196, ו-Blacklow וחב' באותו כתב עת משנת 1988). לדוגמה קצב התמרה של d-GAP ל-DHAP מבוקר על ידי דיפוזיה, דהיינו k cat/K m בכיוון זה קרוב לערך המרבי האפשרי של 109 M−1 s−1. האנזים מקטלז את ההתמרה ההפיכה של איזומרים של triose phosphate, דוגמת dihydroxyacetone phosphate ו-D-glyceraldehyde 3-phosphate. .
TIM משחק תפקיד חשוב בגליקוליזה הוא חיוני ליצירה יעילה של אנרגיה. TIM נמצא כמעט בכל אורגניזם כולל ביונקים, חרקים, שמרים, צמחים וחיידקים. עם זאת, מספר חיידקים בהם אין גליקוליזה כגון ureaplasmas חסרים את האנזים TIM. באדם חסר של TIM כרוך במפגעים נוירולוגיים מתקדמים וחמורים. חסר של TIM, מאופיין על ידי אנמיה המוליטית. אף על פי שישנן מספר מוטציות הגורמות למחלה, רובן כוללות את ההתמרה של חומצה גלוטמית בעמדה 104 על ידי חומצה אספרטית (Orosz וחב' ב-IUBMB Life משנת 2006). האנזים TIM הוא יעיל ביותר, ומבצע את הריאקציה בקצב של פי מיליארדים מאשר אם הוא היה מתרחש באופן טבעי בתמיסה (Rose וטחב' ב-Biochemistry משנת 1990). מנגנון הפעולה של TIM כרוך ביצירת תוצר הביניים enediol. המבנה של TIM מאפשר את ההתמרה בין DHAP ו=GAP. השייר הנוקלאופילי של גלוטמאט-165 במבנה של TIM מבצע דה-פרוטואינציה של המצע (Alber וחב' ב־Philosophical Transact Royal Soc London משנת 1981), וההיסטידין 95 האלקטרופילי תרם פרוטון ליצירת תוצר הביניים enediol (Nickbarg וחב' ב-Biochemistry משנת 1988, ו-Komives וחב' באותו כתב עת משנת 1991). כאשר הוא עובר דה-פרוטאיניזציה, ה-enediolate מקבל פרוטון מ-Glu195, ויוצר GAP. יצירת DHPA מהירה פי-20 בהשוואה ליצירת GAP (Lambeir וחב' ב-Europ J Biochem משנת 1987). TIM מעוכב על ידי יוני סולפאט, פוספאט וארסנאט. מעכבים נוספים מכילים 2phosphonateglycolate, ו-D-glycerol-1-phosphate שהוא אנלוג של המצע.
הוראות לביצוע הבדיקה
יש ליטול דם ורידי למבחנה כימית (פקק צהוב) או למבחנת ספירת דם (EDTA, פקק בצבע סגלגל), ויש לשלוח למעבדה במבחנה המקורית, בלי להעביר את הנוזל העליון למבחנת פלסטיק. יש לפסול דגימה מאוד המוליטית. יציבות הדגימה המקוררת היא עד 20 יום. שיטת הבדיקה - Kinetic Spectrophotometry.
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)