پروتئینها و آنزیمها
پروتئینها درشتمولکولهای از نظر شیمیایی چندکاره سلول هستند و آنزیمها کاتالیزورهای پروتئینی (و گاهی اوقات RNA) هستند که واکنشهای حیاتی را با سرعتهای مفید بیولوژیکی به وقوع میپیوندند.
Definition
پروتئین یک پلیمر خطی از اسیدهای آمینه است که توسط پیوندهای پپتیدی به هم متصل شده و به یک ساختار سهبعدی مشخص تا میخورد؛ آنزیم یک کاتالیزور بیولوژیکی است که تقریباً همیشه یک پروتئین است و انرژی فعالسازی یک واکنش خاص را بدون مصرف شدن کاهش میدهد.
Scope
این حوزه به شیمی پلیپپتیدها — واحدهای سازنده اسید آمینه، سطوح سازماندهی ساختاری از توالی تا مونتاژ، انرژیهای تاخوردگی — و رفتار کاتالیزوری آنزیمها، شامل سینتیک حالت پایدار، مکانیسمهای افزایش سرعت، و شیمی فیزیکی اتصال سوبسترا میپردازد. این حوزه پروتئینها را به عنوان اشیاء مولکولی در نظر میگیرد که عملکردشان از ساختارشان ناشی میشود و برای علوم شیمیایی و نه برای کاربرد بالینی چارچوببندی شده است.
Sub-topics
Core questions
- چگونه یک توالی اسید آمینه یکبعدی یک ساختار سهبعدی منحصر به فرد را تعیین میکند؟
- چه نیروهای فیزیکی پروتئینهای تاخورده را تثبیت میکنند و چرا اصلاً تا میخورند؟
- آنزیمها چگونه به افزایش سرعت در مقیاسهای بزرگی با ویژگی بالا دست مییابند؟
- چگونه میتوان رفتار کاتالیزوری را از طریق پارامترهای سینتیکی کمیسازی و مقایسه کرد؟
Key theories
- مدلهای قفل و کلید و برازش القایی برای ویژگی
- تصویر قفل و کلید فیشر مکمل هندسی بین آنزیم و سوبسترا را فرض میکرد؛ اصلاح برازش القایی کوشلند بیان میکند که اتصال سوبسترا باعث تغییر شکل فضایی میشود که گروههای کاتالیزوری را همتراز میکند و ویژگی را به طور کاملتری توضیح میدهد.
- تثبیت حالت گذار
- آنزیمها واکنشها را عمدتاً با اتصال محکمتر به حالت گذار نسبت به سوبسترای حالت پایه، تسریع میکنند و انرژی آزاد فعالسازی را کاهش میدهند؛ این چارچوب که توسط پاولینگ بیان شد و پس از آن توسعه یافت، بیشتر استراتژیهای کاتالیزوری را یکپارچه میکند.
Mechanisms
قدرت کاتالیزوری از ترکیبی از استراتژیها ناشی میشود: نزدیکی و جهتگیری واکنشدهندهها، کاتالیز اسید-باز عمومی، کاتالیز کووالانسی، کاتالیز یون فلزی، و تثبیت الکترواستاتیکی واسطههای باردار. اینها بر سوبستراهای متصل در جایگاه فعال عمل میکنند، یک حفره که باقیماندههای آن توسط تاخوردگی پروتئین به گونهای قرار گرفتهاند که حالت گذار واکنش را تکمیل کنند نه سوبسترای آن را.
Clinical relevance
درک مکانیسم و سینتیک آنزیم اساس کاربردها در سراسر علوم شیمیایی است: طراحی منطقی مهارکنندهها، مهندسی بیوکاتالیزورها برای سنتز سبز، و تفسیر چگونگی تنظیم مسیرهای متابولیک. رویکرد در اینجا مکانیکی و غیرتجویزی است.
History
علم پروتئین و آنزیم از مطالعات تخمیر در قرن نوزدهم و بینشهای استریوشیمیایی فیشر، از طریق فرمالیسم سینتیکی میشائیل و منتن (1913)، تا تعیین اولین ساختارهای پروتئینی توسط کریستالوگرافی اشعه ایکس در اواسط قرن بیستم (میوگلوبین و هموگلوبین) رشد کرد و پارادایم ساختار-تعیینکننده-عملکرد را بنیان نهاد.
Key figures
- Emil Fischer
- Linus Pauling
- Daniel Koshland
- Leonor Michaelis
- Maud Menten
Related topics
Seminal works
- nelson2021
- berg2019
- fischer1894
Frequently asked questions
- آیا همه آنزیمها پروتئین هستند؟
- بیشتر آنها پروتئین هستند، اما برخی مولکولهای RNA کاتالیزوری (ریبوزیمها) نیز به عنوان آنزیم عمل میکنند، که نشان میدهد ساختار پروتئینی برای کاتالیز بیولوژیکی کاملاً ضروری نیست.
- چه چیزی یک کاتالیزور را از یک واکنشدهنده متمایز میکند؟
- یک کاتالیزور، از جمله یک آنزیم، با کاهش انرژی فعالسازی، یک واکنش را تسریع میکند و در پایان بدون تغییر بازسازی میشود، بنابراین در استوکیومتری کلی ظاهر نمیشود.