کمپلکس‌های چندآنزیمی

کمپلکس چندآنزیمی یک مجموعه پایدار است که در آن چندین فعالیت کاتالیزوری متمایز — و اغلب کوفاکتورهایی که آنها را به هم پیوند می‌دهند — در یک ذره فوق‌مولکولی کنار هم قرار گرفته‌اند. با هم‌مکان‌سازی واکنش‌های متوالی، چنین کمپلکس‌هایی می‌توانند کاتالیز را هماهنگ کنند، واسطه‌ها را هدایت کنند و یک هدف تنظیمی واحد را برای کل یک توالی واکنش ارائه دهند.

Definition

کمپلکس چندآنزیمی یک مجموعه غیرکووالانسی (یا، در آنزیم‌های چندعملکردی، کووالانسی) از دو یا چند آنزیم است که واکنش‌های متوالی یا مرتبط عملکردی را کاتالیز می‌کنند و به گونه‌ای سازمان‌دهی شده‌اند که کاتالیز و اغلب انتقال واسطه‌ها در یک ساختار واحد هماهنگ می‌شوند.

Scope

این موضوع به تعریف و ساختار کمپلکس‌های چندآنزیمی، نمونه‌های متعارف مانند کمپلکس‌های آلفا-کتو اسید دهیدروژناز و اسید چرب سنتاز، تمایز بین آنزیم‌های چندعملکردی هم‌بسته کووالانسی و مجموعه‌های غیرکووالانسی، و مجموعه‌های سست‌تر و گذرا که گاهی متابولون نامیده می‌شوند، می‌پردازد. این یک موضوع مرجع-آموزشی در آنزیم‌شناسی است و نه یک راهنمای بالینی.

Core questions

• چگونه چندین فعالیت کاتالیزوری در یک ذره واحد سازمان‌دهی می‌شوند و استوکیومتری آنها چگونه تعیین می‌شود؟
• چه مزایای عملکردی، تجمع نسبت به عملکرد جداگانه همان آنزیم‌ها به همراه دارد؟
• آنزیم‌های چندعملکردی کووالانسی چگونه با کمپلکس‌های غیرکووالانسی و متابولون‌های گذرا تفاوت دارند؟
• کل کمپلکس‌ها چگونه به عنوان واحد تنظیم می‌شوند؟

Key concepts

• آنزیم چندعملکردی در مقابل کمپلکس غیرکووالانسی
• هسته کاتالیزوری و زیرواحدهای محیطی
• جفت‌شدگی کوفاکتور با بازوی متحرک
• متابولون (مجموعه آنزیمی متوالی گذرا)
• تنظیم هماهنگ یک مجموعه
• جفت‌شدگی جایگاه فعال

Mechanisms

کمپلکس‌های چندآنزیمی واکنش‌های متوالی را در فضا سازمان‌دهی می‌کنند. در کمپلکس‌های آلفا-کتو اسید دهیدروژناز که توسط رید توصیف شده‌اند، نسخه‌های متعددی از سه آنزیم جزء در اطراف یک هسته ساختاری جمع می‌شوند، و یک بازوی متحرک لیپوئی واسطه واکنش را بین جایگاه‌های فعال اجزا جابجا می‌کند، که نشان‌دهنده جفت‌شدگی جایگاه فعال در یک مجموعه است. سرر این تصویر را به کمپلکس‌های آنزیم‌های متابولیکی متوالی تعمیم داد و استدلال کرد که ارتباط فیزیکی می‌تواند شارش را هماهنگ کند و واسطه‌ها را هدایت کند، و مفهوم گسترده‌تر متابولون را برای مجموعه‌های سست‌تر و دربرگیرنده مسیر معرفی کرد. هوانگ و همکارانش چنین سازمان‌دهی را به هدایت سوبسترا مرتبط می‌دانند، در حالی که سوئیت‌لاو و فرنی تأکید می‌کنند که بسیاری از مجموعه‌ها پویا هستند و در پاسخ به وضعیت متابولیکی تشکیل و منحل می‌شوند.

Clinical relevance

کمپلکس‌های چندآنزیمی واکنش‌های مرکزی متابولیسم انرژی و بیوسنتز انسان را انجام می‌دهند، و نقایص ارثی یا اکتسابی در اجزای آنها در زمینه بیماری‌های متابولیکی مورد مطالعه قرار می‌گیرند. این مدخل نحوه سازمان‌دهی چنین کمپلکس‌هایی را چارچوب‌بندی می‌کند و برای مرجع و آموزش در نظر گرفته شده است؛ مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.

History

کار بر روی کمپلکس‌های چندآنزیمی با مطالعه چندین دهه‌ای رید بر روی کمپلکس‌های آلفا-کتو اسید دهیدروژناز آغاز شد، که نقش لیپوئیک اسید را ردیابی کرد و نشان داد که چگونه چندین آنزیم در اطراف یک هسته با مکانیسم بازوی متحرک جمع می‌شوند. بررسی سرر در سال ۱۹۸۷ مفهوم کمپلکس‌های آنزیم‌های متابولیکی متوالی — و ایده متابولون — را به طور گسترده‌ای معرفی کرد، و مطالعات ساختاری و دینامیکی بعدی، که توسط سوئیت‌لاو و فرنی بررسی شد، این تصویر را به مجموعه‌های گذرا و وابسته به شرایط گسترش داد.

Debates

متابولون‌ها تحت شرایط فیزیولوژیکی چقدر واقعی و پایدار هستند؟

اینکه آیا آنزیم‌های متوالی با ارتباط سست، متابولون‌های معنادار عملکردی را در شرایط in vivo تشکیل می‌دهند یا اینکه ارتباطات مشاهده شده مصنوعات غلظت بالا یا روش‌های خاص هستند، همچنان یک سوال فعال است.

Key figures

• Lester J. Reed
• Paul A. Srere
• Frank M. Raushel

Seminal works

• reed-2001
• srere-1987

Frequently asked questions

یک مثال کلاسیک از کمپلکس چندآنزیمی چیست؟

کمپلکس پیرووات دهیدروژناز یک مثال کتاب درسی است: این کمپلکس سه آنزیم متمایز را ترکیب می‌کند و از یک بازوی متحرک لیپوئی برای انتقال واسطه بین جایگاه‌های فعال آنها استفاده می‌کند و پیرووات را در یک توالی هماهنگ به استیل-کوآ تبدیل می‌کند.

متابولون چیست؟

متابولون اصطلاحی است که توسط سرر رایج شد و به یک کمپلکس فوق‌مولکولی گذرا از آنزیم‌های متابولیکی متوالی اشاره دارد که برای هماهنگ کردن شارش از طریق یک مسیر جمع می‌شود و ممکن است با تغییر شرایط منحل شود.