ساختار و طبقهبندی آنزیمها
ساختار و طبقهبندی آنزیمها بخشی از آنزیمشناسی است که به بررسی ساختار آنزیمها، چگونگی ایجاد جایگاه فعال کاتالیزوری توسط شکل سهبعدی آنها، و نحوه سازماندهی هزاران آنزیم شناختهشده در یک سیستم نامگذاری منظم میپردازد. این حوزه، معماری پروتئین را به عملکرد کاتالیزوری مرتبط میسازد و واژگان مشترکی را برای شناسایی و مقایسه آنزیمها در سراسر زیستشناسی و پزشکی فراهم میکند.
Definition
آنزیمها پروتئینهایی (و در برخی موارد، RNA) هستند که واکنشهای بیوشیمیایی را کاتالیز میکنند؛ ساختار آنها یک جایگاه فعال اتصال به سوبسترا را تعیین میکند، و آنها به طور سیستماتیک بر اساس نوع واکنشی که کاتالیز میکنند، با استفاده از سیستم شمارهگذاری EC طبقهبندی میشوند.
Scope
این حوزه خواننده را با مبانی ساختاری کاتالیز آنزیمی و قراردادهای مورد استفاده برای نامگذاری و طبقهبندی آنزیمها آشنا میکند. این شامل ساختار پروتئین و جایگاههای فعال، سیستم شمارهگذاری کمیسیون آنزیم (EC)، کوفاکتورها و گروههای پروتز، تاخوردگی پروتئین و مونتاژ آنزیمهای عملکردی، و ایزوآنزیمها (اشکال مولکولی متعدد با فعالیت کاتالیزوری یکسان) میشود. این مباحث به عنوان موضوعات مرجع در بیوشیمی مورد بررسی قرار میگیرند و منبعی برای راهنماییهای بالینی یا دوزبندی نیستند.
Sub-topics
Core questions
- چگونه ساختار سهبعدی یک پروتئین یک جایگاه فعال کاتالیزوری ایجاد میکند؟
- آنزیمها چگونه به طور سیستماتیک نامگذاری و طبقهبندی میشوند؟
- آنزیمها به چه کوفاکتورهای غیرپروتئینی نیاز دارند و چگونه متصل میشوند؟
- یک پلیپپتید بازشده چگونه به تاخوردگی دقیق مورد نیاز برای کاتالیز میرسد؟
- چرا یک فعالیت کاتالیزوری واحد اغلب به صورت چندین شکل مولکولی متمایز وجود دارد؟
Key concepts
- جایگاه فعال و بقایای کاتالیزوری
- اختصاصیت سوبسترا
- طبقهبندی کمیسیون آنزیم (EC)
- کوفاکتورها، کوآنزیمها و گروههای پروتز
- آپوآنزیم و هولوآنزیم
- تاخوردگی پروتئین و مونتاژ چهارم
- ایزوآنزیمها (اشکال مولکولی متعدد)
Key theories
- تطابق القایی
- اتصال سوبسترا باعث تغییر شکل فضایی در آنزیم میشود به طوری که جایگاه فعال خود را حول سوبسترا شکل میدهد و تصویر قدیمی و سفت و سخت قفل و کلید از اختصاصیت را اصلاح میکند.
- فرضیه ترمودینامیکی آنفینسن
- ساختار تاخورده بومی یک پروتئین، و در نتیجه توانایی کاتالیزوری آن، توسط توالی آمینو اسیدی آن تحت شرایط فیزیولوژیکی تعیین میشود، که نشان میدهد اطلاعات تاخوردگی در خود توالی کدگذاری شده است.
Mechanisms
توالی آمینو اسیدی یک آنزیم به یک ساختار سهبعدی مشخص تا میخورد که بقایای خاصی را در کنار هم قرار میدهد تا یک جایگاه فعال را تشکیل دهد، جایی که سوبستراها متصل میشوند و واکنشهای شیمیایی تسریع میگردند. بسیاری از آنزیمها علاوه بر این به کوفاکتورها یا گروههای پروتز برای تکمیل ماشین کاتالیزوری نیاز دارند، و بسیاری از آنها تنها به صورت تاخورده، و اغلب به صورت مجموعههای چند زیرواحدی، عمل میکنند. همان فعالیت کاتالیزوری میتواند توسط چندین ایزوآنزیم با ساختار متمایز که توسط ژنهای مختلف کدگذاری شدهاند یا از زیرواحدهای مختلف مونتاژ شدهاند، انجام شود. در تمام این موارد، سیستم EC یک برچسب مبتنی بر واکنش فراهم میکند که یک عملکرد کاتالیزوری مشخص را به یک شناسه عددی منحصر به فرد مرتبط میسازد.
Clinical relevance
درک ساختار و طبقهبندی آنزیمها اساس چگونگی شناسایی، اندازهگیری و بحث در مورد آنزیمها در پزشکی آزمایشگاهی و فارماکولوژی است. الگوهای ایزوآنزیمی و طبقهبندی آنزیمها نحوه طراحی سنجشهای آنزیمی تشخیصی و داروهای هدفگیرنده آنزیم را شکل میدهند. این مدخل یک پیشزمینه آموزشی در مورد چارچوب ساختاری و نامگذاری است و مبنایی برای تصمیمگیریهای تشخیصی یا درمانی نیست.
Evidence & guidelines
نامگذاری آنزیمها توسط کمیته نامگذاری اتحادیه بینالمللی بیوشیمی و زیستشناسی مولکولی (IUBMB) نگهداری میشود و در منابع عمومی مانند پایگاه داده ENZYME، که با هم شمارهگذاری EC مورد استفاده در سراسر بیوشیمی را تعریف میکنند، مدیریت میشود.
History
مطالعه سیستماتیک ساختار آنزیم پس از شناسایی آنزیمها به عنوان پروتئین و تعیین اولین ساختارهای آنزیمی در اواسط قرن بیستم آغاز شد. پیشنهاد تطابق القایی کوشلند (1958) و مطالعات تاخوردگی آنفینسن (کار او که در سنتز 1973 به اوج رسید) توالی، ساختار و عملکرد کاتالیزوری را به هم مرتبط ساخت، در حالی که توصیف مارکرت و مولر در سال 1959 از اشکال مولکولی متعدد، مفهوم ایزوآنزیم را معرفی کرد. به موازات آن، کمیسیون آنزیم یک طبقهبندی مبتنی بر واکنش را ایجاد کرد که امروزه از طریق IUBMB و پایگاه داده ENZYME نگهداری میشود و به هر فعالیت مشخص شده یک شماره EC منحصر به فرد میدهد.
Key figures
- Christian B. Anfinsen
- Daniel E. Koshland
- Clement L. Markert
- Amos Bairoch
Related topics
Seminal works
- koshland-1958
- anfinsen-1973
- markert-moller-1959
- bairoch-2000
Frequently asked questions
- طبقهبندی آنزیمها در واقع چه چیزی را طبقهبندی میکند؟
- سیستم کمیسیون آنزیم، آنزیمها را بر اساس نوع واکنش شیمیایی که کاتالیز میکنند، طبقهبندی میکند، نه بر اساس ساختار یا منبع آنها، و به هر فعالیت یک شماره EC چهار قسمتی اختصاص میدهد.
- آیا همه آنزیمها پروتئین هستند؟
- بیشتر آنزیمها پروتئینهایی هستند که ساختار تاخورده آنها جایگاه فعال را ایجاد میکند، اما برخی فعالیتهای کاتالیزوری توسط مولکولهای RNA (ریبوزیمها) انجام میشود؛ این حوزه بر آنزیمهای پروتئینی که در متابولیسم غالب هستند، تمرکز دارد.