مکانیسم اثر بازدارندگی کافئین چای ایرانی بر سینتیک سیگموئیدی فعالیت آنزیم آدنوزین دآمیناز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1- گروه زیست شناسی سلولی و مولکولی، دانشکده شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 2- گروه شیمی آلی، دانشکده شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

3 3- گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا(س)، تهران، ایران

4 هیئت علمی دانشکده شیمی، گروه زیست شناسی سلولی و مولکولی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

 



آنزیم‌ها کاتالیزورهای دنیای زنده برای انجام سریع‌تر واکنش‌های شیمیایی هستند. آنزیم آدنوزین دآمیناز(Adenosine Deaminase, ADA) واکنش دآمیناسیون برگشت‌ناپذیر آدنوزین یا داکسی آدنوزین را به اینوزین یا داکسی اینوزین کاتالیز می‌کند. به دلیل اهمیت این آنزیم در متابولیسم انسان و انواع بیماری‌ها، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. باتوجه به رابطه بین فعالیت ADA و انواع لیگاندهای دارویی و غذایی، مطالعات فراوانی دراین‌زمینه انجام پذیرفته است. یکی از لیگاندهای مهم این آنزیم، کافئین است که روزانه به صورت خوراکی یا دارویی وارد بدن می‌شود. گزارش‌هایی درباره اثر کافئین بر فعالیت ADA چه در بدن و چه در شرایط آزمایشگاهی ارائه شده است.
در پژوهش حاضر، تغییرات فعالیت آنزیم آدنوزین دآمیناز در شرایط بافری Tris-HCl 50 میلی‌مولار pH7.3و در دمای37 درجه‌سانتیگراد، درحضور و عدم‌حضور کافئین و در غلظت‌های فزاینده سوبسترای آدنوزین (0-50 میکرومولار) و در زمان‌های مختلف مجاورت با کافئین اندازه گیری شد. باتوجه به تجزیه و تحلیل منحنی های اشباع به دست آمده، شکل سیگموئیدی آنها تفاوت چشمگیری با منحنی‌های اشباع گزارش‌های پیشین نشان میدهد و اولین بار است که گزارش می شود. این تفاوت را می‌توان به اختلاف در گستره غلظتی سوبسترا و زمان مجاورت با کافئین نسبت داد. بر پایه شکل سیگموئیدی منحنی اشباع، مکانیسم اثر کافئین قابل توجیه است. همچنین بر اساس یافته‌های این پژوهش، اثر کافئین بر فعالیت آدنوزین‌دآمیناز، تابعی از زمان مجاورت آنهاست و پس از 6 ساعت مجاورت آنزیم و کافئین به ثبات می‌رسد. این نکته در تفسیر نتایج حاصل از بررسی‌های مربوط به آدنوزین دآمیناز و لیگاندهایش ارزشمند خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The mechanism of inhibitory effect of caffeine from Iranian tea on sigmoidal kinetics of adenosine deaminase enzyme activity

نویسندگان [English]

  • Roya Mahinpour 1
  • majid ghasemi 2
  • zahra mosavi nejad 3
  • zohre zahrayi 4

1 1- Department of Cellular and Molecular Biology, Faculty of Chemistry, University of Kashan, Kashan, IRAN

2 3- Department of Biotechnology, Faculty of Biological Sciences, Alzahra University, Tehran, IRAN

3 3- Department of Biotechnology, Faculty of Biological Sciences, Alzahra University, Tehran, IRAN

چکیده [English]

Caffeine is one of most important ligand of adenosine deaminase (ADA). In the present study, changes in adenosine deaminase activity were measured in Tris-HCl buffer 50mM, pH 7.3 at 37oC in the presence and absence of caffeine in increasing concentrations of adenosine as a substrate (0-50µM) and in various incubation times with caffeine. Regarding the analysis of the saturation curves, for the first time, their sigmoidal shape shows considerable differences with previous reports which can be referred to differences in concentration range of substrate and incubation time with caffeine. Based on the sigmoidal shape of saturation curve, mechanism of caffeine effect is explainable.  Moreover, based on finding of this study, the effect of caffeine on ADA activity is a function of incubation time and will be stable after 6 hours incubation of enzyme with caffeine. This is noteworthy when interpreting the results of the studies on ADA and its ligands.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adenosine deaminase
  • caffeine
  • sigmoidal kinetics
  • mechanism of inhibition
Ajloo,  D. Saboury,  A.A.  Haghi-Asli,  N. Ataei-Jafarai,  G. Moosavi-Movahedi, A.A.   Ahmadi, M.  Mahnam, K. and  Namaki, S. (2007). Kinetic, thermodynamic and statistical studies on the inhibition of adenosine deaminase by aspirin and diclofenac. Journal of Enzyme Inhibition Medicinal Chememstry, 22: (4) 395-406.

Alunni,  S. Orrù, M. and Ottavi, L. ( 2008). .A study on the inhibition of adenosine deaminase. Journal of Enzyme Inhibition Medicinal Chememstry, 23:(2) 182-189.

Antonioli, L. Fornai,  M. Colucci, R.  Ghisu,  N. Da Settimo, A. Natale, F. Kastsiuchenka, G. Duranti, O.  Virdis, E.  Vassalle,  C.  La Motta,  C. Mugnaini,  L. Breschi,  M.C.  Blandizzi,  C. and Del Taca,  M. (2007). Inhibition of adenosine deaminase attenuates inflammation in experimental colitis. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics,322:(2) 435-442.

Ataei, G.  Zonoozi, F. Divsalar, A. Moosavi-Movahedi, A.A.  Saboury, A.A.  Safarian, S. and Habibi, M.  (2005). Comparative kinetic and thermodynamic studies on intestinal and spleen adenosine deaminase. Pejuhandeh Journal, 10:(44), 65-72. (In Persian)

Ataie, G. Moosavi-Movahedi, A.A.  Saboury, A.A. Hakimelahi, G.H. Hwu, J.R. and Tsay, S.C. (2000). Enthalpy and enzyme activity of modified histidine residues of adenosine deaminase and diethyl pyrocarbonate complexes.  International Journal of  Biological Macromolecules, 27: (1) 29-34.

Ataie, G. Safarian, S.  Divsalar, A.  Saboury, A.A. Moosavi-Movahedi, A.A., Ranjbar, B.  Cristalli, G. Mardanian, S. (2004) Kinetics and structural analysis of the inhibition of adenosine deaminase by acetaminophen. Journal of Enzyme Inhibition Medicinal Chememstry, 19: (1) 71-78.

Bardsley, W.G. Leff, P.  Kavanagh, J.  and  Waight, R.D. (1980). Deviations from Michaelis-Menten kinetics. The possibility of complicated curves for simple kinetic schemes and the computer fitting of experimental data for acetylcholinesterase, acid phosphatase, adenosine deaminase, arylsulphatase, benzylamine oxidase, chymotrypsin, fumarase, galactose dehydrogenase, beta-galactosidase, lactate dehydrogenase, peroxidase and xanthine oxidase. Biochemical Journal, 187:(3) 739–765.

Boroweic, A.  Lechward, K. Tkacz-Stachowska, K.A. and Sktadanowski, C. (2006). Adenosine as a metabolic regulator of tissue function: production of adenosine by cytoplasmic 5’-nucleotidases. Acta Biochima Polonica,53: 269-278.

Bota,  A.  Gella, F. and Canalias, F (2000). Purification of human adenosine deaminase for the preparation of a reference material.Journal of Chromatography B, 737: 237-244.

Daddona, P.E.  and Kelley, W.N. (1979). Characteristics of an aminohydrolase distinct from adenosine deaminase in cultured human lymphoblasts  Biochimica et Biophysica Acta- Protein Structure, 580: (2) 302-311.

Daddona, P.E. Frohman, M.A.  and  Kelley, W.N. (1980). Human adenosine deaminase and its binding protein in normal and adenosine deaminase-deficient fibroblast cell strains.  The Journal of Biological Chemistry, 255: (12) 5681-7.

Doddona, P.E.  Schewach, D.S.  Kelly, W.N.  Argos, P. Markham, A.F. and  Orkin, S.H. Human adenosine deaminase. cDNA and complete primary amino acid sequence. (1984). The Journal of Biological Chemistry, 259: 12101-12106.

Dreher,  H.M.  (2003). The effect of caffeine reduction on sleep quality and well-being in persons with HIV. Journal of Psychosomatic Research, 54:(3) 191-198.

Edwards, Y.  Hopkinson, D. and Harris, H. (1971). Adenosine deaminase isozymes in human tissues. Annals of Human Genetics- London, The Journal Brasileiro de Pneumologia, 35: 207-219.

Herrera, C.  Casado, V. Ciruela, F. Schofield, P. Mallol, J.  Lluis, C. and Franco, R. (2001). Adenosine A2B Receptors Behave as an Alternative Anchoring Protein for Cell Surface Adenosine Deaminase in Lymphocytes and Cultured Cells. Molecular Pharmacology, L59: 127-134.

Hirchhorn, R.and Ratech, H. (1980).Isoenzymes of adenosine Biology Isozymes Current Topics Medical  Research, 4: 131-157.

Icen, H.and Guru, M. (2009). Effect of ethanol content on supercritical carbon dioxide extraction of caffeine from tea stalk and fiber wastes. Journal of Supercritical Fluids, 50: 225-228.

Katan, M.B.and  Schouten, E. (2005). Caffeine and arrhythmia. American Journal of Clinical  Nutrition, 81: (3) 539-540.

Kathiresan, K. Saravanakumar, K.  Sahu, S.K Sivasankaran, M. (2013). Adenosine deaminase production by an endophytic bacterium (Lysinibacillus sp.) from Avicennia marina 3biotech. 4: 235-239.

Latini, S. Bordoni, F. Pedata, F.  and Corradetti, R. (1999). Extracellular adenosine concentrations during in vitro ischaemia in rat hippocampal slices. Brirtish Journal  of  Pharmacology, 127: (3) 729-39.

Mahinpour, R. Ghasemi, M. Moosavi-Nejad, S.Z.  and  Zahraie, Z. A(2016). Caffeine effect on adenosine deaminase catalysis: A new look at the effect of caffeine on adenosine deaminase activity. Iranian Journal of Catalyst, 6:(5) 475-480.

Mason, T.J. (1990). Critical reports on applied chemistry”1st edn, vol. 28, Elsevier Science Pub Co, pp:1-25, London & New York, NY.

Mazzotti,  D. R. Guindalini, C.  Pellegrino, R. Karina Fonseca Barrueco,  R. Santos-Silva,  Lia Rita Azeredobittencourt, S. Tufik, (2011). Effects of the Adenosine Deaminase Polymorphism and Caffeine Intake on Sleep Parameters in a Large Population Sample  Sleep, 34:(3) 399–402.

Mazzotti, D.R. Guindalini, C.. De Souza, A.A Sato, J.R.  Santos-Silva, R. Bittencourt, L.R. and Tufik. S. (2012). Human genetics and sleep behavior. Plos One.7: (8) E44154.

Meier, J. Coleman, M.S. and Hutton, J.J. (1976). Purification and characterization of intestinal adenosine deaminase from mice. British Journal of Cancer, 33:312-319.

Mills, G.C.  Schmalstieg, F.C.  Trimmer, K.B.  Goldman, A.S. and  Goldblum, R.M. (1976). Purine metabolism in adenosine deaminase deficiency. Proceeding of The National Academy Of Sciences, USA 73: 2867-2871.

 Moosavi-Movahedi, A.A. Samiee, B.  and Hakimelahi, G.H. (1993). Thermal Analysis of Adenosine Deaminase in the Presence of Dodecyl Trimethyl Ammonium Bromide. Journal of Colloid and Interface Science 161: (1) 53-56.

Nunnari, G. Argyris, E.  Fang, J.  Mehlman, K.E. Pomerantz, R.J. and Daniel, R. (2005). Inhibition of HIV-1 replication by caffeine and caffeine-related methylxanthines. Virology, 335:(2) 177-184.

Nurminen, M.L. Niittynen, L.  Korpela, R.  and  Vapaatalo, H. (1999).  Coffee, caffeine and blood pressure: a critical review. European Journal of Clinical Nutrition,  53:(11)831-839.

Pelligrino, D.A. Xu, H.L. and Vetri, F. (2010). Caffeine and the control of cerebral hemodynamics. Journal of Alzheimer’s Disease, 20S51-S62

Peters, G.J.  Oosterhof,  A. and Veerkamp,  J.H. (1982). Age-dependency of adenosine deaminase and purine nucleoside phosphorylase activities in rat spleen and thymus Biology of Neonate ,42:(3-4) 195-200.

Phillips, N.R. Havel, R.J. and  Kane, J.P. (1981). Levels and interrelationships of serum and lipoprotein cholesterol and triglycerides. Association with adiposity and the consumption of ethanol, tobacco, and beverages containing caffeine.  Arteriosclerosis. 1:(1) 13-24.

Pornbanlualap,  S. and Chalopagorn,  P. (2011). Adenosine deaminase from Streptomyces coelicolor: recombinant expression, purification and characterization. Protein Expression and Purification, 78:(2) 167-173.

Rétey , J.V.  Adam , M. Honegger , E. Khatami , R. Luhmann , U.F. Jung , H.H. Berger , W.and  Landolt, H.P. (2005). A functional genetic variation of adenosine deaminase affects the duration and intensity of deep sleep in humans.  Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America, 102: (43) 15676-81.

Saboury, A.A.  Divsalar, A. Ataie Jafari, G. Moosavi-Movahedi, A.A.  Housaindokht, M.R. and Hakimelahi, G.H. (2002). A Product Inhibition Study on Adenosine Deaminase by Spectroscopy and Calorimetry. Journal of Biochemistry and Molecular Biology,3: 302-305.

Saboury, A.A. Divsalar, A. Ataie, G. Amanlou, M. Moosavi-Movahedi, A.A. and Hakimelahi, G.H. (2003). Inhibition study of adenosine deaminase by caffeine using spectroscopyand isothermal titration Calorimetr. Acta Biochimica Polonica,50: 849-855.

Schwindinger, W.F. Mihalcik, L.J Giger, K.E.. Betz, K.S Stauffer, A.M. Linden, J. Herve, D. and  Robishaw, J.D. (2010). Adenosine A2A receptor signaling and golf assembly show aspecific requirement for the gamma7subtype in the striatum. The Journal of Biological Chemistry, 285: 29787-29796.

Senol, A. and Aydin, A. (2006). Solid–liquid extraction of caffeine from tea waste using battery type extractor: Process optimization. Journal of Food Engineering, 75: 565-573.

Singh, L.S.and Sharma, R. (2000). Purification and characterization of intestinal adenosine deaminase from mice. Molecular and Cellular Biochemistry, 204: (1-2) 127-134.

Tello, J.  Viguera, M.and  Calvo, L. (2011). Extraction of caffeine from Robusta coffee   (Coffeacanephora var. Robusta) husks using supercritical carbon dioxide. Journal of Supercritical Fluids, 59: 53-60.

Wang, H. Chen, L. Xu, Y. Zeng, Q. Zhang, X. Zhao, Q. and  Ding, L. (2011). Dynamic microwave-assisted extraction coupled on-line with clean-up for determination of caffeine in tea. Lwt–Food Science and Technology, L44: 1490-1495.