Gem oksigenaza

Gem **oksigenaza** yoki gem oksigenaza (**HMOX**, odatda **H2O** deb qisqartiriladi) –biliverdin, temir ioni va uglerod oksidi hosil qilish uchun gemning parchalanishini katalizlovchi fermentdir.

Tabiatda gemni buzuvchi fermentlar koʻp. Umuman olganda, faqat aerob gemni buzuvchi fermentlar HMOXga oʻxshash fermentlar deb ataladi, anaerob fermentlar odatda HMOX oilasiga aloqador emas.

## Gem oksigenaza
Gem oksigenaza (muqobil ravishda gem yoki oksidaza yordamida yoziladi) gemning biliverdin / bilirubin, temir ioni va uglerod oksidiga parchalanishini katalizlaydi. Inson genomi HMOX ning uchta izoformini kodlashi mumkin.

Gemning parchalanishi koʻkarishning davolash siklida koʻrinib turganidek, uchta alohida xromogenni hosil qiladi. Bu reaksiya deyarli har bir hujayra va trombotsitlarda sodir boʻlishi mumkin; Klassik misol - kontuziyaning shifo jarayoni boʻlib, u turli xil xromogenlarni hosil qiladi, chunki u asta-sekin shifo beradi: (qizil) gemdan (yashil) biliverdindan (sariq) bilirubinga sariqlik bilan mashhur. Umuman olganda, katabolizatsiya qiluvchi gem funksiyasini boʻlishishdan tashqari, barcha HMOX izoformalari fermentativ faollik uchun muhim deb hisoblangan 24-qoldiqli ketma-ketlikni oʻz ichiga oladi.

Butun tanada mavjud boʻlsa-da, HMOX taloqda eng faol bo'lib, eritrotsitlarni qayta ishlash jarayonida gemoglobinning parchalanishini osonlashtiradi (kuniga eritrotsitlar hovuzining taxminan 0,8%).

### Gem oksigenaza 1
Geme oksigenaza 1 (HMOX1, odatda HO-1) HSP32 sifatida aniqlangan issiqlik zarbasi oqsili (HSP) oilasining aʼzosidir. HO-1 - *HMOX1* geni tomonidan kodlangan 288 ta aminokislota qoldiqlarini oʻz ichiga olgan 32 kDa ferment. HO-1 gemoprotein emas, chunki u gem protez guruhlarini oʻz ichiga olmaydi. HO-1 faolligi NADPH-sitoxrom P450 reduktazaga bogʻliq.

HO-1 butun tanada mavjud boʻlgan stressdan kelib chiqqan izoformdir taloq, jigar va buyraklarda eng yuqori konsentratsiyaga ega va hujayra darajasida asosan endoplazmatik retikulumda joylashgan boʻlsa-da, u mitoxondriyalarda ham qayd etilgan., hujayra yadrosi va plazma membranasi. HO-1 ning eruvchan oʻzgarishlari tasvirlangan. HO-1 shuningdek, chaperon oqsili boʻlib xizmat qilishi, oqsil-oqsil oʻzaro taʼsirida ishtirok etishi, hujayradan tashqari boʻshliqqa ajralishi va katalitik faollikdan tashqari boshqa hujayra funksiyalarida ishtirok etishi mumkin. HO-1 oz miqdorda uglerod suboksid hosil qilishi mumkin. HO-1 fermentlari ubiquitinatsiya orqali parchalanadi.

Ferment uning tartibga soluvchi signalizatsiya, immunomodulyator va kriyoprotektiv rollari bo'yicha keng qamrovli tadqiqotlar mavzusi bo'ldi.  

Ba'zi kasalliklarda HMOX muammoli. Masalan, HMOX1 saraton hujayralarini sitotoksik dorilardan qutqarish uchun baʼzi kimyoterapevtik dorilarga qarshi turishi mumkin, bu esa saraton rivojlanishini taʼminlaydi. HMOX1 ingibitorlari ishlab chiqilmoqda.

### Gem oksigenaza 2
Geme oksigenaza 2 (HMOX2 yoki HO-2) moyaklarda, oshqozon-ichak traktida, endotelial hujayralarda va miyada gomeostatik sharoitda ifodalangan konstitutsiyaviy izoformdir. HO-2 *HMOX2* geni tomonidan kodlangan. HO-2 36 kDa ni tashkil qiladi va HO-1 aminokislotalar ketma-ketligi bilan 47% o'xshashlikka ega; Xususan, HO-2 20 ta aminokislota qoldigʻidan iborat qoʻshimcha N-terminal choʻzilishiga ega. HO-1 dan farqli oʻlaroq, HO-2 gem katabolik joyidan mustaqil gemni o'z ichiga olgan gem tartibga soluvchi motivlarni oʻz ichiga olgan gemoproteindir.

HO-1 son-sanoqsiz induktorlarga ega bo'lsa-da, faqat adrenal glyukokortikoidlar HO-2 ni keltirib chiqarishi maʼlum, ba'zi boshqa molekulalar esa uning katalitik tezligini oshirishi mumkin. Opioidlar HMOX2 faolligini ingibe qilishi mumkin. HO-2 ni faollashtiradigan va ingibe qiluvchi koʻplab dorilar ishlab chiqilmoqda.

### Gemoksigenaza 3
Munozarali uchinchi gem oksigenazasi (HO-3) katalitik jihatdan faol emas va gemni sezish yoki detoksifikatsiya qilishda ishlaydi deb taxmin qilingan. HO-3 33 kDa ni tashkil qiladi, eng koʻp jigar, prostata va buyraklarda mavjud. Biroq, HO-3 ni ajratib olishga urinishlar HO-2 transkriptlaridan olingan psevdogenlarni keltirib chiqardi va bu uchinchi izoformning mavjudligi haqida savollar tugʻdirdi.

### Mikrob gemooksigenaza
Gem oksigenaza filogenetik qirolliklarda saqlanadi. Inson mikrobiomasida o'nlab noyob mikrobial HMOX gomologlari mavjud bo'lib, ular turli xil qisqartmalardan foydalanadi:

* HMX1 in *Saccharomyces cerevisiae*
* HmuO in *Corynebacterium diphtheriae*
* ChuS in commensal strains of *Escherichia coli*

Prokaryotik HMOX tizimlarining muhim roli eukaryotik xostdan ozuqaviy temirni olishni osonlashtirishdir.

Ba'zi gemni buzuvchi prokaryotik fermentlar CO emas, balki formaldegid kabi mahsulotlarni ishlab chiqaradi. Misol tariqasida, *Escherichia coli* O157:H7 kabi ba'zi patogenlar CO ishlab chiqarmaydigan ChuW izoformini ifodalashi mumkin. Ko'pgina patogenlar CO ning toksikligiga sezgir, shuning uchun CO hosil bo'lmagan gem degradatsiyasi fermentlarini ifodalash, ozuqaviy temirga bo'lgan ehtiyojni qondirish bilan birga o'z-o'zidan zaharlanishdan qochadi. Commensal mikrobiota odatda CO tolerantligiga ega, chunki ular CO signallarini ishlab chiqaradi va ularga javob beradi; Mikrobdan ajralib chiqqandan so'ng, CO to'g'ridan-to'g'ri xostga foyda keltiradi yoki patogenlarga qarshi tanlov bosimini qo'llaydi va shu bilan simbiotik valyuta sifatida xizmat qiladi.

### O'simlik gemooksigenazasi
Plants contain HMOX homologues with critical roles in plant physiology. Although chlorophyll is structurally similar to heme, it is unclear if any HMOX-like enzymes are capable of facilitating metabolism.

### Kvazifermentli gem oksidlanishi
Gem oksigenaza gemning sekin tabiiy oksidlanishini tezlashtiradigan enzimatik katalizator bo'lganligi sababli, gemning fermentativ bo'lmagan oksidlovchi degradatsiyasi, odatda "birlashtirilgan oksidlanish" deb ataladi, 1949-yilda taklif qilingan. HMOXga o'xshab, qo'shilgan oksidlanish alfa-metin ko'prigida sodir bo'ladi va biliverdin hosil bo'lishiga olib keladi, garchi reaksiya stoxiometriyasi boshqacha bo'lsa ham. 1962-yilda Nakajima tomonidan HMOXni tasvirlashga birinchi urinish fermentativ bo'lmagan yo'l bo'lib chiqdi. Enzimatik bo'lmagan yo'lning murakkabligi kvazi-fermentativ yoki psevdofermentativ deb topildi. Turli xil mexanizmlar taklif qilingan.

## Reaksiya
HMOX1 gem katabolizmining tezlikni cheklovchi bosqichi bo'lib, u NADPH-sitoxrom P450 reduktaza va kislorodga bogʻliq bo'lib, alfameten ko'prigida gem/porfirin halqasini parchalab, biliverdinni (yoki gemoglobin hali ham buzilmagan bo'lsa, verdoglobin) hosil qiladi. Reaksiya uch bosqichdan iborat bo'lib, ular quyidagilar bo'lishi mumkin:

: Heme b3+ + 3O2 + 9/2 NADPH + 7/2 H+ → biliverdin + Fe2+ + CO + 9/2 NADP++ 3H2O

Ushbu reaksiyalarning yigʻindisi:

: Heme b2+ + 3O2 + 4 NADPH + 4 H+ →  biliverdin + Fe2+ + CO + 4 NADP+ + 3H2O

Agar temir dastlab +2 holatda bo'lsa, reaksiya quyidagicha bo'lishi mumkin:

: Gem b2+ + 3O2 + 4 NADPH + 4 H+ →  biliverdin + Fe2+ + CO + 4 NADP+ + 3H2O

Bu reaksiya deyarli har bir hujayrada sodir boʻlishi mumkin; Klassik misol - kontuziya hosil boʻlishi, u asta-sekin shifo sifatida turli xromogenlarni hosil qiladi: (qizil) gemdan (yashil) biliverdindan (sariq) bilirubin. Molekulyar mexanizmlar nuqtai nazaridan ferment gemdagi bitta mezo-uglerod markazining molekulyar gidroksillanishini osonlashtiradi.

## Modulatorlar

### Induktorlar
HMOX1 son-sanoqsiz molekulalar, jumladan og'ir metallar, statinlar, paklitaksel, rapamisin, probukol, azot oksidi, sildenafil, uglerod oksidi, uglerod oksidi chiqaradigan molekulalar va ba'zi porfirinlar tomonidan induktsiya qilinadi.

HO ning fitokimyoviy induktorlariga quyidagilar kiradi: curcumin, resveratrol, piceatannol, kofein kislotasi fenetil esteri, dimetilfumarat, fumar kislotasi efirlari, flavonoidlar, xalkonlar, ginkgo biloba, antrosiyaninlar, tabiiy kislotalar, nukrosoltaninlar, karozollar va boshqalar.

Endogen induktorlarga i) lipoksin va epoksiikosatrien kislotasi kabi lipidlar kiradi; va ii) adrenomedullin va apolipoprotein kabi peptidlar ; va iii) hemin.

Pastki oqimdagi HO-1 induksiyasi boʻlgan NRF2 induktorlariga quyidagilar kiradi: genistein, 3-gidroksikumarin, oleanolik kislota, izoliquiritigenin, PEITC, diallil trisulfid, oltipraz, benfotiamin, auranofin, asetaminofen, na1cayclenofen, nime - kvasulid, nime- kvasilit, deoksi-D12,14 prostaglandin J2, nitro-oleik kislota, vodorod peroksid va suksinilaseton.
.

### Ingibitorlar
HMOX1 sink protoporfirin kabi baʼzi porfirinlar tomonidan ingibe qilinadi.

## Fiziologiyadagi rollari
HMOX ko'plab uyali operatsiyalarda ishtirok etadi. HMOX ning sito-himoya afzalliklari uning terapevtik va farmatsevtik salohiyati boʻyicha muhim tadqiqotlarni ragʻbatlantirdi. Ushbu taʼsirlar klinik sinovlarda tasdiqlanmagan.

### Uglerod oksidi
HMOX endogen CO ishlab chiqarishning asosiy manbaidir, ammo soʻnggi yillarda boshqa kichik hissadorlar aniqlangan. CO inson organizmida 16,4 mkmol/soat tezlikda hosil boʻladi, ~86% gem oksigenaza orqali gemdan va ~14% gem bo'lmagan manbalardan, shu jumladan fotooksidlanish, lipid va keto kislotalarning peroksidlanishi, mikrobioma va ksenobiotiklar. Chekmaydigan odamda karboksigemoglobin (CO-Hb) o'rtacha darajasi 0,2% dan 0,85% gacha CO-Hb (chekuvchida esa 4% dan 10% gacha CO-Hb bo'lishi mumkin), ammo genetika, geografik joylashuv, kasb, sogʻliq va xatti-harakatlar hissa qoʻshadigan oʻzgaruvchilardir.

Taloqdagi eritrotsitlarning qayta ishlanishi gemadan kelib chiqadigan endogen CO ishlab chiqarishning ~ 80% ni tashkil qiladi. Qolgan 20% gem hosil bo'lgan CO ishlab chiqarish gemoproteinlarning jigar katabolizmi (miyoglobin, sitoxromlar, katalaza, peroksidazalar, eruvchan guanilat siklaza, azot oksidi sintaza ) va bo'ron ma'lumotlarining samarasiz eritropoeziga bog'liq.

Gem uglerod oksidi manbai boʻlishdan tashqari, uglerod oksidini sezishda ishtirok etadigan muhim signal oʻtkazgichdir. Signal agenti sifatida uglerod oksidi normal fiziologiyada ishtirok etadi va yallgʻlanish va gipoksiyani yaxshilash kabi koʻplab koʻrsatkichlarda terapevtik foyda keltiradi. Biroq, HMOX uglerod oksidining gipoksiyaga qarshi himoya taʼsirida qay darajada ishtirok etishi oʻrganilmoqda, chunki gem katabolizmidan uglerod oksidi hosil qilish uchun 3 molyar ekvivalent kislorod talab qilinadi, shuningdek, gem bioavailability va sekin HMOX1 bir necha soat davom etishi mumkin boʻlgan induktsiya (masalan, koʻkarganlarning sekin bitishi).

### Biliverdin / bilirubin
Endojen bilirubin uchun qadimiy hujjatlar Gippokrat tomonidan yozilgan tibbiy hazillarga borib taqaladi.

Koʻpgina hollarda HMOX gemni (temir protoporfirin IX) a-metin koʻprigida tanlab ajratadi. Olingan bilirubin tarkibida IXa qoʻshimchasi mavjud boʻlib, uning asosiy molekulasi protoporfirin IX alfa holatida bo'linadi (Fischer nomenklaturasi tizimi haqida qoʻshimcha maʼlumot olish uchun protoporfirin IX ga qarang). *Drosophila melanogaster* tarkibida alfa xos boʻlmagan noyob HMOX mavjud boʻlib, biliverdin IXa, IXb, IXd hosil boʻladi. Gemning fermentativ boʻlmagan oksidlanishi ham oʻziga xos emas, bu esa a, b, g yoki d pozitsiyalarida halqaning ochilishiga olib keladi.

Biliverdin IXa bilirubin IXa hosil qilish uchun biliverdin reduktaza orqali biotransformatsiyaga uchraydi.. Bilinlar filogenetik shohliklarda muhim rol oʻynaydi.

### Temir ioni
Temir ioni - bu PubChem-da paydo bo'ladigan Iron (II) uchun HMOX maydonida ishlatiladigan keng tarqalgan nomenklatura. HMOX dan ozod qilingan temir ferritin tomonidan tez sekvestrlanadi deb hisoblanadi. Biroq, Fenton yoki Xaber-Vays reaksiyalari orqali hosil boʻlgan reaktiv kislorod turlari quyi oqim signalizatsiyasini taʼminlashi mumkin.

## Tarix
HMOX1 birinchi boʻlib Tenxunen va Rudi Shmid tomonidan gemning bilirubinga biotransformatsiyasini katalizlash uchun mas'ul bo'lgan ferment sifatida namoyon bo'lgan.

Bir nechta laboratoriyalar gemning biliverdinga biotransformatsiyasini tushuntirishga harakat qilishdi, masalan, Nakajima va boshqalar. 1962-yilda u eruvchan "gem a-metenil oksigenaza" ni tavsiflagan, ammo topilmalarni takrorlab bo'lmadi va ularni kuzatish uchun alternativ fermentativ bo'lmagan tushuntirishlar paydo bo'ldi. Gemning bilinga oksidlovchi fermentativ biotransformatsiyasining eng dastlabki dalillari 1942-yilda Hans Plieninger va Xans Fisher tomonidan ko'rsatildi. HMOX kashfiyoti akademik liniyaning noyob hodisasidir, chunki Fisher Sesil Uotsonning akademik maslahatchisi va Uotson Rudi Shmidning maslahatchisi bo'lgan.

Feliks Hoppe-Seyler "gemoglobin" nomini yaratdi; haem yunoncha qon degan ma'noni anglatadi va globin lotincha *globusdan* dumaloq obyekt degan ma'noni anglatadi (shuningdek qarang: karboksigemoglobin etimologiyasi). Gemoglobin birinchi marta 1840-yillarda Fridrix Lyudvig Xünefeld tomonidan kashf etilgan. Geme (xlor bilan muvofiqlashtirilgan gemin kabi) 1853-yilda Lyudvik Karol Teichmann tomonidan tavsiflangan. 1930-yillarda gemning bilininlarga *in vitro* oʻzgarishini koʻplab laboratoriyalar oʻrganib chiqdi, bunga Georg Barkan misol boʻla oladi, soʻngra Ester Killik 1940-yilda psevdogemoglobin (Barkan tomonidan yaratilgan eskirgan bilin atama) bilan bogʻlanish uchun uglerod oksidi mavjudligini tan oldi. Gemning bilirubinga endogen biotransformatsiyasi 1950-yilda Irving London tomonidan eksperimental dalillar bilan aniq isbotlangan deb taxmin qilinadi, garchi bilirubinning endogen shakllanishiga oid iz dalillar bir necha asrlar davomida sariqlik kontekstidan kelib chiqqan va son-sanoqsiz global hissalarga ega. (shuningdek qarang: Bilirubin tarixi).

CO 1869-yilda chiqarilgan nafasda aniqlangan. Feliks Xoppe-Seyler birinchi sifatli karboksigemoglobin testini, Jozef fon Fodor esa karboksigemoglobin uchun birinchi miqdoriy analitik testni ishlab chiqdi. Inson qonida tabiiy ravishda paydo bo'lgan CO ning birinchi aniqlanishi 1923-yilda Royd Rey Sayers va boshqalar tomonidan sodir bo'lgan. Garchi ular o'z ma'lumotlarini tasodifiy xato sifatida tashlagan bo'lsalar ham. Aleksandr Gettler 1933-yilda qonda CO ning normal mavjudligini tasdiqladi, ammo u bu topilmani muqarrar ifloslanish ta'siriga bog'ladi yoki ehtimol inson mikrobiomasidan kelib chiqqan. Keyinchalik Sjöstrand 1952-yilda gemoglobin parchalanishi natijasida CO ni ishlab chiqarishni ko'rsatdi.

## Manbalar