โครงสร้างและการจำแนกประเภทของเอนไซม์
โครงสร้างและการจำแนกประเภทของเอนไซม์เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์วิทยาที่อธิบายว่าเอนไซม์ประกอบด้วยอะไร รูปร่างสามมิติของเอนไซม์สร้างตำแหน่งเร่งปฏิกิริยาได้อย่างไร และเอนไซม์ที่รู้จักกันหลายพันชนิดถูกจัดระเบียบเป็นระบบการตั้งชื่ออย่างไร สิ่งนี้เชื่อมโยงสถาปัตยกรรมของโปรตีนเข้ากับหน้าที่เร่งปฏิกิริยา และให้คำศัพท์ร่วมกันที่ใช้ในการระบุและเปรียบเทียบเอนไซม์ในสาขาชีววิทยาและการแพทย์
Definition
เอนไซม์เป็นโปรตีน (และในบางกรณีคือ RNA) ที่เร่งปฏิกิริยาชีวเคมี โครงสร้างของเอนไซม์กำหนดตำแหน่งออกฤทธิ์ที่จับกับสารตั้งต้น และเอนไซม์ถูกจำแนกอย่างเป็นระบบตามประเภทของปฏิกิริยาที่เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาโดยใช้ระบบการกำหนดหมายเลข EC
Scope
ส่วนนี้จะนำผู้อ่านไปสู่พื้นฐานเชิงโครงสร้างของการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ และหลักการที่ใช้ในการตั้งชื่อและจำแนกเอนไซม์ ครอบคลุมโครงสร้างโปรตีนและตำแหน่งออกฤทธิ์ ระบบการกำหนดหมายเลขของคณะกรรมการเอนไซม์ (EC) โคแฟกเตอร์และหมู่พรอสเทติก การพับตัวของโปรตีนและการรวมตัวกันเป็นเอนไซม์ที่ทำงานได้ และไอโซเอนไซม์ (รูปแบบโมเลกุลหลายรูปแบบที่มีกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาเดียวกัน) โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นหัวข้ออ้างอิงในชีวเคมี และไม่ใช่แหล่งข้อมูลคำแนะนำทางคลินิกหรือปริมาณยา
Sub-topics
Core questions
- โครงสร้างสามมิติของโปรตีนสร้างตำแหน่งออกฤทธิ์ที่เร่งปฏิกิริยาได้อย่างไร?
- เอนไซม์ได้รับการตั้งชื่อและจำแนกอย่างเป็นระบบอย่างไร?
- โคแฟกเตอร์ที่ไม่ใช่โปรตีนที่เอนไซม์ต้องการมีอะไรบ้าง และจับกันอย่างไร?
- พอลิเปปไทด์ที่ยังไม่พับตัวจะพับตัวได้อย่างแม่นยำตามที่จำเป็นสำหรับการเร่งปฏิกิริยาได้อย่างไร?
- เหตุใดกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาเดียวจึงมักมีอยู่ในหลายรูปแบบโมเลกุลที่แตกต่างกัน?
Key concepts
- ตำแหน่งออกฤทธิ์และกรดอะมิโนที่เร่งปฏิกิริยา
- ความจำเพาะของสารตั้งต้น
- การจำแนกประเภทของคณะกรรมการเอนไซม์ (EC)
- โคแฟกเตอร์ โคเอนไซม์ และหมู่พรอสเทติก
- อะโพเอนไซม์และโฮโลเอนไซม์
- การพับตัวของโปรตีนและการรวมตัวกันในระดับควอเทอร์นารี
- ไอโซเอนไซม์ (รูปแบบโมเลกุลหลายรูปแบบ)
Key theories
- การจับแบบเหนี่ยวนำ (Induced fit)
- การจับของสารตั้งต้นเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในเอนไซม์ ทำให้ตำแหน่งออกฤทธิ์ปรับรูปร่างให้เข้ากับสารตั้งต้น ซึ่งเป็นการปรับปรุงแนวคิดเก่าที่ว่าความจำเพาะเป็นแบบแม่กุญแจและลูกกุญแจที่แข็งตัว
- สมมติฐานทางเทอร์โมไดนามิกของ Anfinsen
- โครงสร้างที่พับตัวตามธรรมชาติของโปรตีน และดังนั้นความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของโปรตีน ถูกกำหนดโดยลำดับกรดอะมิโนภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยา ซึ่งหมายความว่าข้อมูลการพับตัวถูกเข้ารหัสอยู่ในลำดับนั้นเอง
Mechanisms
ลำดับกรดอะมิโนของเอนไซม์จะพับตัวเป็นโครงสร้างสามมิติที่กำหนด ซึ่งนำกรดอะมิโนที่เฉพาะเจาะจงมารวมกันเพื่อสร้างตำแหน่งออกฤทธิ์ ซึ่งเป็นที่ที่สารตั้งต้นจับและเร่งปฏิกิริยาเคมี เอนไซม์หลายชนิดยังต้องการโคแฟกเตอร์หรือหมู่พรอสเทติกเพื่อทำให้กลไกการเร่งปฏิกิริยาเสร็จสมบูรณ์ และหลายชนิดทำงานได้ก็ต่อเมื่อพับตัวแล้ว ซึ่งมักจะเป็นการรวมตัวกันของหลายหน่วยย่อย กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาเดียวกันสามารถดำเนินการได้โดยไอโซเอนไซม์หลายชนิดที่มีโครงสร้างแตกต่างกัน ซึ่งถูกเข้ารหัสโดยยีนที่แตกต่างกันหรือประกอบขึ้นจากหน่วยย่อยที่แตกต่างกัน ในทุกกรณีเหล่านี้ ระบบ EC จะให้ป้ายกำกับตามปฏิกิริยาที่เชื่อมโยงหน้าที่เร่งปฏิกิริยาที่กำหนดเข้ากับตัวระบุตัวเลขที่ไม่ซ้ำกัน
Clinical relevance
ความเข้าใจโครงสร้างและการจำแนกประเภทของเอนไซม์เป็นพื้นฐานในการระบุ วัด และอภิปรายเอนไซม์ในเวชศาสตร์ห้องปฏิบัติการและเภสัชวิทยา รูปแบบไอโซเอนไซม์และการจำแนกประเภทของเอนไซม์เป็นข้อมูลในการออกแบบการทดสอบเอนไซม์เพื่อการวินิจฉัยและยาที่มุ่งเป้าไปที่เอนไซม์ ข้อมูลนี้เป็นพื้นฐานทางการศึกษาเกี่ยวกับกรอบโครงสร้างและการตั้งชื่อ และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษา
Evidence & guidelines
การตั้งชื่อเอนไซม์ได้รับการดูแลโดยคณะกรรมการการตั้งชื่อของสหภาพชีวเคมีและชีวโมเลกุลระหว่างประเทศ (IUBMB) และได้รับการดูแลในแหล่งข้อมูลสาธารณะ เช่น ฐานข้อมูล ENZYME ซึ่งร่วมกันกำหนดหมายเลข EC ที่ใช้ในชีวเคมีทั้งหมด
History
การศึกษาโครงสร้างเอนไซม์อย่างเป็นระบบเกิดขึ้นหลังจากการยอมรับว่าเอนไซม์เป็นโปรตีน และการกำหนดโครงสร้างเอนไซม์แรกในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ข้อเสนอการจับแบบเหนี่ยวนำของ Koshland (1958) และการศึกษาการพับตัวของ Anfinsen (งานที่นำไปสู่การสังเคราะห์ของเขาในปี 1973) เชื่อมโยงลำดับ โครงสร้าง และหน้าที่เร่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน ในขณะที่คำอธิบายของ Markert และ Moller ในปี 1959 เกี่ยวกับรูปแบบโมเลกุลหลายรูปแบบได้นำเสนอแนวคิดไอโซเอนไซม์ ในขณะเดียวกัน คณะกรรมการเอนไซม์ได้กำหนดการจำแนกประเภทตามปฏิกิริยา ซึ่งยังคงได้รับการดูแลในปัจจุบันผ่าน IUBMB และฐานข้อมูล ENZYME โดยให้หมายเลข EC ที่ไม่ซ้ำกันสำหรับกิจกรรมที่ได้รับการระบุลักษณะทุกชนิด
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
- การจำแนกประเภทของเอนไซม์จำแนกอะไรกันแน่?
- ระบบคณะกรรมการเอนไซม์จำแนกเอนไซม์ตามประเภทของปฏิกิริยาเคมีที่เอนไซม์เร่งปฏิกิริยา ไม่ใช่ตามโครงสร้างหรือแหล่งที่มา โดยกำหนดหมายเลข EC สี่ส่วนให้กับแต่ละกิจกรรม
- เอนไซม์ทั้งหมดเป็นโปรตีนหรือไม่?
- เอนไซม์ส่วนใหญ่เป็นโปรตีนที่มีโครงสร้างที่พับตัวสร้างตำแหน่งออกฤทธิ์ แต่กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาบางอย่างดำเนินการโดยโมเลกุล RNA (ไรโบไซม์) ส่วนนี้มุ่งเน้นไปที่เอนไซม์โปรตีนซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญ