ساختار پروتئین و جایگاههای فعال آنزیم
قدرت کاتالیزوری یک آنزیم از ساختار سهبعدی آن نشأت میگیرد: زنجیره پلیپپتیدی تاخورده، مجموعهای کوچک از باقیماندهها را در فضا به گونهای قرار میدهد که یک جایگاه فعال را تشکیل دهند؛ این جایگاه فعال، حفره یا شکافی است که سوبسترا در آن متصل شده و واکنش شیمیایی تسریع میشود. این موضوع توضیح میدهد که چگونه سطوح ساختار پروتئین به جایگاه فعال منجر میشوند و چگونه این جایگاه به اختصاصیت دست مییابد.
Definition
جایگاه فعال آنزیم، ناحیهای از یک پروتئین تاخورده است که توسط باقیماندههایی که ساختار سوم (و اغلب چهارم) آنها را کنار هم قرار داده، تشکیل میشود؛ در این ناحیه، سوبسترا متصل شده و کاتالیز رخ میدهد.
Scope
این مدخل چهار سطح ساختار پروتئین را در ارتباط با کاتالیز، معماری جایگاه فعال (زیرجایگاه اتصال و باقیماندههای کاتالیزوری)، مدلهای قفل و کلید و برازش القایی برای شناسایی سوبسترا، و چگونگی سازماندهی تاخوردگیهای آنزیم توسط طبقهبندی ساختاری پوشش میدهد. این یک مرجع برای معماری آنزیم است، نه راهنمای بالینی.
Core questions
- چگونه ساختارهای اولیه، ثانویه، سوم و چهارم با هم ترکیب میشوند تا یک جایگاه فعال را بسازند؟
- کدام باقیماندهها سوبسترا را متصل میکنند و کدامیک کاتالیز را انجام میدهند؟
- جایگاه فعال چگونه به اختصاصیت سوبسترا دست مییابد؟
- ساختارها و تاخوردگیهای آنزیم چگونه طبقهبندی میشوند؟
Key concepts
- ساختار اولیه، ثانویه، سوم و چهارم
- جایگاه فعال (زیرجایگاههای اتصال و کاتالیزوری)
- باقیماندههای کاتالیزوری
- اختصاصیت سوبسترا
- تغییر کنفورماسیونی
- دامنهها و تاخوردگیهای ساختاری
Key theories
- مدل قفل و کلید
- جایگاه فعال دارای شکلی صلب و مکمل است که تنها سوبستراهای منطبق را میپذیرد؛ این یک توضیح اولیه برای اختصاصیت آنزیم بود که بعدها توسط مدلهای دینامیکی اصلاح شد.
- برازش القایی
- اتصال سوبسترا باعث تغییر کنفورماسیونی میشود که جایگاه فعال را در اطراف سوبسترا تنظیم میکند و اختصاصیت و موقعیتگیری کاتالیزوری را که یک مدل صلب نمیتواند توضیح دهد، توجیه میکند.
Mechanisms
توالی اسید آمینه (ساختار اولیه) به مارپیچها و صفحات محلی (ساختار ثانویه) تاخورده و سپس به یک شکل سهبعدی فشرده (ساختار سوم) بستهبندی میشود؛ در بسیاری از آنزیمها، چندین زنجیره سپس مونتاژ میشوند (ساختار چهارم). این تاخوردگی، باقیماندههایی را که در توالی از هم دور هستند، کنار هم میآورد تا جایگاه فعال را تشکیل دهند؛ در این جایگاه، باقیماندههای اتصال، سوبسترا را در جهتگیری مشخصی نگه میدارند و باقیماندههای کاتالیزوری، حالت گذار را پایدار میکنند. شناسایی سوبسترا با شکل مکمل (قفل و کلید) و دقیقتر، با برازش القایی توصیف میشود که در آن اتصال، شکل جایگاه را تغییر میدهد. طرحهای طبقهبندی ساختاری، آنزیمها را بر اساس تاخوردگیهای مشترک گروهبندی میکنند و نشان میدهند که چگونه معماریهای تکرارشونده از عملکردهای کاتالیزوری مرتبط پشتیبانی میکنند.
Clinical relevance
جایگاه فعال، ویژگی ساختاری است که مهارکنندههای آنزیم و بسیاری از داروها برای هدف قرار دادن آن طراحی شدهاند، بنابراین معماری آن یک زمینه اساسی برای فارماکولوژی و زیستشناسی ساختاری است. این مدخل توضیح میدهد که چگونه ساختار، اختصاصیت کاتالیزوری را ایجاد میکند و مبنایی برای تصمیمگیریهای تشخیصی یا درمانی فردی نیست.
History
ایدهای که اختصاصیت آنزیم منعکسکننده یک برازش مکمل است، به قیاس قفل و کلید امیل فیشر در اواخر قرن نوزدهم بازمیگردد. تعیین اولین ساختارهای آنزیم توسط کریستالوگرافی اشعه ایکس در دهه ۱۹۶۰، جایگاههای فعال را قابل مشاهده کرد، در حالی که پیشنهاد برازش القایی کوشلند (۱۹۵۸) دیدگاه دینامیکی را معرفی کرد که اکنون در آنزیمشناسی محوری است. تلاشهای طبقهبندی ساختاری مانند SCOP (مورزین و همکاران، ۱۹۹۵) بعدها کاتالوگ رو به رشد تاخوردگیهای پروتئین، از جمله آنزیمها را سازماندهی کرد.
Key figures
- Daniel E. Koshland
- Christian B. Anfinsen
- Cyrus Chothia
Related topics
Seminal works
- koshland-1958
- murzin-1995
- anfinsen-1973
Frequently asked questions
- تفاوت بین جایگاه اتصال و جایگاه کاتالیزوری چیست؟
- درون جایگاه فعال، باقیماندههای اتصال (شناسایی سوبسترا) سوبسترا را در جای خود نگه میدارند، در حالی که باقیماندههای کاتالیزوری واکنش شیمیایی را انجام میدهند؛ این دو عملکرد در یک حفره همپوشانی دارند اما از نظر مفهومی متمایز هستند.
- چرا برازش القایی برای اختصاصیت اهمیت دارد؟
- زیرا جایگاه فعال پس از اتصال، شکل خود را تغییر میدهد و میتواند گروههای کاتالیزوری را دقیقاً موقعیتدهی کند و مولکولهایی را که متصل میشوند اما قادر به ایجاد تغییر کنفورماسیونی مولد نیستند، تشخیص دهد.