एक एंजाइम को मेटालोएंजाइम क्या बनाता है?

इसकी उत्प्रेरक प्रतिक्रिया के लिए इसके सक्रिय स्थल पर या उसके पास बंधे एक या अधिक धातु आयनों की आवश्यकता होती है; धातु को हटाने पर एंजाइम अपनी गतिविधि खो देता है, क्योंकि धातु वह रसायन विज्ञान प्रदान करती है जो प्रोटीन स्वयं प्रदान नहीं कर सकता।

जिंक इतना सामान्य एंजाइम धातु क्यों है?

जिंक एक मजबूत लुईस अम्ल है जो रेडॉक्स रसायन विज्ञान से नहीं गुजरता है, इसलिए यह पानी और सब्सट्रेट को मज़बूती से ध्रुवीकृत कर सकता है और चार्ज किए गए मध्यवर्ती को स्थिर कर सकता है, जिससे यह कई हाइड्रोलिटिक और समूह-स्थानांतरण एंजाइमों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हो जाता है जो इसका उपयोग करते हैं।

धातु-निर्भर एंजाइम

धातु-निर्भर एंजाइम, या मेटालोएंजाइम, ऐसे उत्प्रेरक होते हैं जिन्हें कार्य करने के लिए अपने सक्रिय स्थल पर एक धातु आयन की आवश्यकता होती है। ऐसा माना जाता है कि लगभग एक तिहाई एंजाइम धातु का उपयोग करते हैं, और धातु द्वारा प्रदान की जाने वाली रसायन विज्ञान यह परिभाषित करती है कि एंजाइम क्या कर सकता है - कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ के जिंक से लेकर साइटोक्रोम P450 ऑक्सीजिनेज़ के आयरन तक।

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Definition

धातु-निर्भर एंजाइम (मेटालोएंजाइम) ऐसे एंजाइम होते हैं जिनकी उत्प्रेरक गतिविधि के लिए सक्रिय स्थल पर या उसके पास बंधे एक या अधिक धातु आयनों की आवश्यकता होती है, जहाँ धातु एक लुईस अम्ल, एक रेडॉक्स केंद्र, या सब्सट्रेट और मध्यवर्ती ज्यामिति के आयोजक के रूप में प्रतिक्रिया में भाग लेती है।

Scope

यह विषय बताता है कि एंजाइम उत्प्रेरण के लिए बंधे हुए धातु आयनों का उपयोग कैसे करते हैं: लुईस अम्ल के रूप में कार्य करने वाले जिंक एंजाइम, मैग्नीशियम-निर्भर फॉस्फोरिल-स्थानांतरण एंजाइम, लौह-युक्त ऑक्सीजिनेज़ और लौह-सल्फर एंजाइम, और तांबा और मैंगनीज एंजाइम। यह मेटालोएंजाइम रसायन विज्ञान का एक संदर्भ अवलोकन है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन। धातुएं स्वयं और कोशिकाएं उन्हें कैसे आपूर्ति करती हैं, इस पर धातु-आयन सहकारक पर संबंधित विषय में चर्चा की गई है।

Core questions

एक बंधा हुआ धातु एक प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा को कैसे कम करता है?
हाइड्रोलिटिक और समूह-स्थानांतरण एंजाइमों में जिंक का व्यापक रूप से उपयोग क्यों किया जाता है?
आयरन केंद्र C-H हाइड्रॉक्सिलेशन जैसे कठिन ऑक्सीकरण को कैसे सक्षम करते हैं?
एक कसकर बंधे हुए मेटालोएंजाइम को शिथिल रूप से धातु-सक्रिय एंजाइम से क्या अलग करता है?

Key concepts

सक्रिय-स्थल लुईस अम्ल के रूप में जिंक
फॉस्फोरिल स्थानांतरण में मैग्नीशियम (किनेज़, पॉलीमरेज़)
हीम-आयरन ऑक्सीजिनेज़ (साइटोक्रोम P450)
गैर-हीम आयरन और आयरन-सल्फर एंजाइम
ऑक्सीजन प्रबंधन में तांबा एंजाइम
ऑक्सीडोरिडक्टेज़ में मैंगनीज
उत्प्रेरक बनाम संरचनात्मक धातु स्थल

Mechanisms

मेटालोएंजाइम अपने धातुओं द्वारा उपलब्ध कराए गए रसायन विज्ञान का उपयोग करते हैं। एक सक्रिय स्थल पर एक जिंक आयन एक बंधे हुए पानी के अणु या सब्सट्रेट कार्बोनिल को ध्रुवीकृत करता है, जिससे एक न्यूक्लियोफाइल उत्पन्न होता है या एक विकसित नकारात्मक चार्ज को स्थिर करता है, यह रणनीति कई हाइड्रोलेज़ और कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ द्वारा उपयोग की जाती है (Maret, 2013; Holm et al., 1996)। मैग्नीशियम आयन फॉस्फेट समूहों का समन्वय करते हैं और उन्हें किनेज़ और न्यूक्लिक-एसिड पॉलीमरेज़ में इन-लाइन हमले के लिए संरेखित करते हैं (Cowan, 2002)। हीम-आयरन एंजाइम जैसे साइटोक्रोम P450 आणविक ऑक्सीजन को एक उच्च-संयोजक आयरन-ऑक्सो प्रजाति में सक्रिय करते हैं जो अप्रतिक्रियाशील C-H बंधों के हाइड्रॉक्सिलेशन में सक्षम है (Denisov et al., 2005)। आयरन-सल्फर और गैर-हीम आयरन केंद्र इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण और अतिरिक्त रेडॉक्स परिवर्तन करते हैं (Beinert et al., 1997)। प्रत्येक मामले में प्रोटीन अपने समन्वयकारी लिगेंड की ज्यामिति और पहचान के माध्यम से धातु की प्रतिक्रियाशीलता को नियंत्रित करता है।

Clinical relevance

मेटालोएंजाइम चयापचय, ऑक्सीजन प्रबंधन और ज़ेनोबायोटिक्स के प्रसंस्करण (उदाहरण के लिए साइटोक्रोम P450 ऑक्सीजिनेज़) के लिए केंद्रीय प्रतिक्रियाएं करते हैं, इसलिए उनका जैव रसायन फार्माकोलॉजी और विष विज्ञान को सूचित करता है। यह प्रविष्टि उत्प्रेरक तंत्रों की व्याख्या करती है; यह जैव रसायन का वर्णन करती है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

History

मेटालोएंजाइम का अध्ययन कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ में जिंक पर शुरुआती काम और धातु स्थलों के संरचनात्मक लक्षण वर्णन से विकसित हुआ, जिसने दिखाया कि कैसे समन्वयकारी लिगेंड एक धातु के उत्प्रेरक व्यवहार को नियंत्रित करते हैं। मैग्नीशियम-निर्भर फॉस्फोरिल स्थानांतरण, हीम-आयरन ऑक्सीजनेशन और आयरन-सल्फर रसायन विज्ञान के बाद के यांत्रिक अध्ययनों ने एक सामान्य तस्वीर बनाई कि कैसे बंधे हुए धातु अन्यथा कठिन प्रतिक्रियाओं को सक्षम करते हैं (Holm et al., 1996; Cowan, 2002; Denisov et al., 2005; Beinert et al., 1997)।

Seminal works

holm-1996
denisov-2005
cowan-2002
beinert-1997

Frequently asked questions

एक एंजाइम को मेटालोएंजाइम क्या बनाता है?: इसकी उत्प्रेरक प्रतिक्रिया के लिए इसके सक्रिय स्थल पर या उसके पास बंधे एक या अधिक धातु आयनों की आवश्यकता होती है; धातु को हटाने पर एंजाइम अपनी गतिविधि खो देता है, क्योंकि धातु वह रसायन विज्ञान प्रदान करती है जो प्रोटीन स्वयं प्रदान नहीं कर सकता।
जिंक इतना सामान्य एंजाइम धातु क्यों है?: जिंक एक मजबूत लुईस अम्ल है जो रेडॉक्स रसायन विज्ञान से नहीं गुजरता है, इसलिए यह पानी और सब्सट्रेट को मज़बूती से ध्रुवीकृत कर सकता है और चार्ज किए गए मध्यवर्ती को स्थिर कर सकता है, जिससे यह कई हाइड्रोलिटिक और समूह-स्थानांतरण एंजाइमों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हो जाता है जो इसका उपयोग करते हैं।