IZOMERAZE: PROCESI, FUNKCIJE, NOMENKLATURA IN PODRAZREDI - BIOLOGIJA - 2025

V isomerases so razred encimov, vključenih v preureditev strukturnih ali pozicijskih izomerov in stereoizomerov različnih molekul. Prisotni so v skoraj vseh celičnih organizmih in izpolnjujejo funkcije v različnih okoliščinah.

Encimi tega razreda delujejo na enem substratu, kljub temu, da so nekateri med drugim lahko kovalentno povezani s kofaktorji, ioni. Splošna reakcija je torej naslednja:

XY → YX

Reakcije, ki jih katalizirajo ti encimi, vključujejo notranjo preureditev vezi, kar lahko pomeni spremembe v položaju funkcionalnih skupin, v položaju dvojnih vezi med ogljiki, med drugim brez sprememb v molekularni formuli substrata.

Mehanizem delovanja izopentenil pirofosfata izomeraze, ki katalizira izomerizacijo izopentenil pirofosfata v dimetilalil pirofosfat (Vir: Yjlu22 prek Wikimedia Commons)

Izomeraze izpolnjujejo različne funkcije v najrazličnejših bioloških procesih, med katere je možno vključiti presnovne poti, delitev celic, podvajanje DNK, če jih naštejemo le nekaj.

Izomeraze so bile prve industrijsko uporabljene encime za proizvodnjo sirupov in druge sladke hrane, zahvaljujoč njihovi sposobnosti medsebojnega pretvarjanja izomerov različnih vrst ogljikovih hidratov.

Biološki procesi, v katerih sodelujejo

Izomeraze sodelujejo v več vitalnih celičnih procesih. Med najvidnejšimi sta razmnoževanje in pakiranje DNK, ki jih katalizirajo topoizomeraze. Ti dogodki so ključni za razmnoževanje nukleinske kisline, pa tudi za njeno kondenzacijo pred delitvijo celice.

Glikoliza, ena od osrednjih presnovnih poti v celici, vključuje vsaj tri izomerne encime, in sicer: fosfoglukozno izomerazo, triozno fosfatno izomerazo in fosfogliceratno mutazo.

Pretvorba UDP-galaktoze v glukozo UDP v poti katabolizma galaktoze se doseže z delovanjem epimeraze. Pri ljudeh je ta encim znan kot UDP-glukoza 4-epimeraza.

Zlaganje beljakovin je bistven postopek za delovanje številnih encimov v naravi. Encim protein-disulfid izomeraza pomaga pri zgibanju beljakovin, ki vsebujejo disulfidne mostove, s spreminjanjem njihovega položaja v molekulah, ki jih uporablja kot substrat.

Lastnosti

Glavno funkcijo encimov, ki spadajo v razred izomeraz, je mogoče videti kot preoblikovanje substrata skozi majhno strukturno spremembo, da bi postali dovzetni za nadaljnjo predelavo z encimi navzdol po metabolični poti, na primer

Primer izomerizacije je sprememba iz fosfatne skupine v položaju 3 v ogljik v položaju 2 3-fosfoglicerata, da ga pretvori v 2-fosfoglicerat, kataliziran z encimom fosfogliceratna mutaza v glikolitični poti, s čimer nastane višja energijska spojina ki je funkcionalni substrat enolaze.

Nomenklatura

Razvrstitev izomeraz sledi splošnim pravilom za razvrstitev encimov, ki jih je leta 1961 predlagala Encimska komisija, v kateri vsak encim prejme številčno oznako za svojo razvrstitev.

Položaj števil v omenjeni oznaki označuje vsako od razdelitev ali kategorij v razvrstitvi, pred temi številkami pa črke "ES".

Pri izomerazah prva številka predstavlja encimski razred, druga označuje vrsto izomerizacije, ki jo izvajajo, tretja pa substrat, na katerega delujejo.

Nomenklatura razreda izomeraz je EC.5. Ima sedem podrazredov, zato bodo našli encimi z oznako od EC.5.1 do EC.5.6. Obstaja šesti "podrazred" izomeraz, znan kot "druge izomeraze", katerih koda je EC.5.99, saj vključuje encime z različnimi funkcijami izomeraze.

Označevanje podrazredov poteka predvsem glede na vrsto izomerizacije, ki jo ti encimi izvajajo. Kljub temu lahko prejmejo tudi imena, kot so racemaze, epimeraze, cis-trans-izomeraze, izomeraze, tavomeraze, mutaze ali ciklo izomeraze.

Podrazredi

V družini izomeraze obstaja 7 razredov encimov:

EC.5.1 Racemaze in epimeraze

Katalizirajo nastajanje racemičnih zmesi glede na položaj α-ogljika. Delujejo lahko na aminokisline in derivate (EC.5.1.1), na hidroksikislinske skupine in derivate (EC.5.1.2), na ogljikove hidrate in derivate (EC.5.1.3) in druge (EC.5.1.99).

EC.5.2

Katalizirajo pretvorbo med cis in trans izomernimi oblikami različnih molekul.

EC.5.3 Intramolekularne izomeraze

Ti encimi so odgovorni za izomerizacijo notranjih delov v isti molekuli. Nekateri izvajajo redoks reakcije, kjer sta darovalec in akceptor elektronov enaka molekula, zato ju ne uvrščamo med oksidoreduktaze.

Delujejo lahko s pretvorbo aldoz in ketoz (EC.5.3.1), na keto- in enol- skupinami (EC.5.3.2), spreminjanjem položaja dvojnih vezi CC (EC.5.3.3), v SS disulfidne vezi ( EC.5.3.4) in druge „oksidoreduktaze“ (EC.5.3.99).

EC.5.4 Intramolekularne transferaze (mutaze)

Ti encimi katalizirajo spremembe položaja različnih skupin znotraj iste molekule. Razvrščajo jih glede na vrsto skupine, v katero se "premikajo".

Obstajajo fosfomutaze (EC.5.4.1), tiste, ki prenašajo amino skupine (EC.5.4.2), tiste, ki prenašajo hidroksilne skupine (EC.5.4.3), in tiste, ki prenašajo druge vrste skupin (EC.5.4). 99).

EC.5.5 Intramolekularne lizaze

Katalizirajo "izločanje" skupine, ki je del molekule, vendar je nanjo še vedno kovalentno vezana.

EC.5.6 Izomeraze, ki spreminjajo makromolekularno konformacijo

Delujejo lahko tako, da spremenijo konformacijo polipeptidov (EC.5.6.1) ali nukleinskih kislin (EC.5.6.2).

EC.5.99 Druge izomeraze

Ta podrazred združuje encime, kot sta tiocianatna izomeraza in 2-hidroksikrom-2-karboksilat izomeraza.

Reference

1. Adams, E. (1972). Racemaze in epimeraze aminokislin. Encimi, 6, 479–507.
2. Boyce, S., & College, T. (2005). Razvrstitev in nomenklatura encima. Enciklopedija znanosti o življenju, 1–11.
3. Cai, CZ, Han, LY, Ji, ZL, & Chen, YZ (2004). Razvrstitev družin po encimovih podpornih vektorskih strojih. Proteini: struktura, delovanje in bioinformatika, 55, 66–76.
4. Dugave, C., & Demange, L. (2003). Cis - trans izomerizacija organskih molekul in biomolekul: implikacije in aplikacije. Kemični pregledi, 103, 2475-2532.
5. Enciklopedija Britannica. (2018). Pridobljeno 3. marca 2019 z britannica.com
6. Freedman, RB, Hirst, TR, & Tuite, MF (1994). Beljakovinski disulfid izomeraza: gradnja mostov pri zvijanju beljakovin TIBS, 19, 331–336.
7. Murzin, A. (1996). Strukturna klasifikacija beljakovin: nove superfamilije Alekseja G Murzina. Strukturna klasifikacija beljakovin: Nove superfamilije, 6, 386–394.
8. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.).
9. Odbor za nomenklaturo Mednarodne zveze za biokemijo in molekularno biologijo (NC-IUBMB). (2019). Pridobljeno iz qmul.ac.uk
10. Thoden, JB, Frey, PA, Holden, HM (1996). Molekularna struktura NADH / UDP-glukoznega abortivnega kompleksa 4-epimeraze UDP-galaktoze iz Escherichia coli: Posledice za katalitični mehanizem. Biokemija, 35, 5137-5144.