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    硫化氫

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    關于非酶促催化產生硫化氫的機制研究說明

    發布時間:2020-02-21 點擊:2578 次

    我們都知道,硫化氫(H2S)在代謝過程和身體的健康過程中起重要作用。目前關于H2S產生的酶促反應被認為是體內H2S產生的最大途徑。產生H2S的酶促反應主要來源于含硫氨基酸(SAA)的代謝,特別是半胱氨酸和高半胱氨酸。在這個過程中,包含了三種重要的酶,其中包括轉硫途徑中比較重要的兩個酶,胱硫醚β-合酶(CBS)和胱硫醚γ-裂解酶(CGL),和3-巰基丙酮酸硫轉移酶(3-MST)。該過程是依賴于磷酸吡哆醛(PLP)輔因子形式的維生素B6(VitB6)和半胱氨酸作為底物的。

    酶促反應產生H2S的缺陷會影響健康。相反,增加內源性H2S的產生為模式生物提供了壽命延長的益處。因此,增加內源性H2S的產生量和發現調節H2S產生的新機制對科學的治療方案提供了非?;A的支持。然而,與酶促合成H2S途徑相反,在哺乳動物組織中通過非酶促內源性產生H2S化學機理及其生物學意義尚不清楚。

    首先,使用醋酸鉛/硫化鉛法以L-半胱氨酸(L-Cys)作為底物和PLP作為輔因子,在CGL野生型(WT)和敲除(KO)小鼠中測試H2S的產生能力,比較了不同情況中兩種情況的表現,發現在血漿和紅細胞其H2S的產生能力不會隨著CGL KO的影響。接下來,作者想探究這些不受CGL影響的H2S的產生能力是否通過非酶促反應。用蛋白酶K離體預處理組織以去除相關酶的活性,發現確實會降低了肝臟和腎臟中的H2S產生,而卻意外地增加了脾臟,心臟,肺,肌肉,骨髓和血漿中的H2S的產生,其中以紅細胞增加最多,說明在增加的這些器官中,非酶促催化H2S是一種主要的形式。

    非酶促催化H2S示意圖

    緊接著,從酶促反應的機制研究中得到的提示,作者發現在生理條件下,pH=7.4,37℃和氧氣的存在下,該非酶促反應的效率是最高的。并且,該非酶促反應是通過Fe3 +和PLP的L-Cys的協同催化產生H2S的。同時,作者還比較了不同含硫氨基酸作為非酶促反應的底物去檢測反應的進行,發現L-Cys和D-Cys在體外實驗中都是很好的底物,而N-乙酰半胱氨酸(NAC)卻不能作為非酶促反應的底物。同時,與酶促反應不同的是,PLP的磷酸根,對于非酶促反應來說不是必需的,這些為后續的非酶促反應的機理提供了非常有用的線索。

    再者,用一系列的紫外光譜吸光度分析形成各種反應中間體形成的路徑。最后發現,其作用機理大致如下:半胱氨酸的游離氨基對PLP的醛基親核攻擊,形成席夫堿,分子重排形成半胱氨酸-醛亞胺。之后在在半胱氨酸的α-位去質子化,形成穩定的醌類中間體;之后在Fe 3+催化的硫醇基的消除形成脫硫的醛亞胺并釋放H2S。最后,去除和水解脫硫半胱氨酸以產生丙酮酸,氨和再生PLP。

    最后,總結如下,在生理條件下,紅細胞和組織中的鐵在生理溫度,pH和有氧條件下催化與半胱氨酸的VitB6配位產生H2S。在溶血,組織損傷和/或含鐵和血紅素的蛋白質的降解時,鐵的催化潛力增加并且產生更多的H2S。這種增加的硫化氫產生的H2S生物學意義,特別是在溶血性貧血和危機的背景下,尚未確定。因此,本文第一次闡述了在哺乳動物組織中通過非酶促內源性產生H2S化學機理。


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