Cấu trúc và phân loại enzyme
Cấu trúc và phân loại enzyme là một phần của enzymology mô tả enzyme được tạo thành từ những gì, hình dạng ba chiều của chúng tạo ra vị trí xúc tác như thế nào, và hàng nghìn enzyme đã biết được tổ chức thành một sơ đồ đặt tên có hệ thống ra sao. Nó kết nối kiến trúc protein với chức năng xúc tác và cung cấp vốn từ vựng chung được sử dụng để xác định và so sánh enzyme trong sinh học và y học.
Definition
Enzyme là protein (và, trong một số trường hợp, RNA) xúc tác các phản ứng sinh hóa; cấu trúc của chúng xác định một vị trí hoạt động liên kết cơ chất, và chúng được phân loại một cách có hệ thống theo loại phản ứng mà chúng xúc tác bằng cách sử dụng hệ thống đánh số EC.
Scope
Lĩnh vực này định hướng người đọc về cơ sở cấu trúc của xúc tác enzyme và các quy ước được sử dụng để đặt tên và phân loại enzyme. Nó bao gồm cấu trúc protein và các vị trí hoạt động, hệ thống đánh số của Ủy ban Enzyme (EC), các yếu tố đồng yếu tố (cofactor) và nhóm ngoại (prosthetic group), sự gấp cuộn protein và lắp ráp thành các enzyme chức năng, và isoenzyme (các dạng phân tử khác nhau của cùng một hoạt tính xúc tác). Nó coi đây là các chủ đề tham khảo trong hóa sinh và không phải là nguồn hướng dẫn lâm sàng hoặc liều lượng.
Sub-topics
Core questions
- Cấu trúc ba chiều của protein tạo ra vị trí hoạt động xúc tác như thế nào?
- Enzyme được đặt tên và phân loại một cách có hệ thống như thế nào?
- Enzyme cần những yếu tố đồng yếu tố không phải protein nào, và chúng liên kết như thế nào?
- Một chuỗi polypeptide chưa gấp cuộn đạt được cấu trúc gấp cuộn chính xác cần thiết cho xúc tác như thế nào?
- Tại sao một hoạt tính xúc tác duy nhất thường tồn tại dưới nhiều dạng phân tử khác nhau?
Key concepts
- Vị trí hoạt động và các gốc xúc tác
- Tính đặc hiệu cơ chất
- Phân loại của Ủy ban Enzyme (EC)
- Các yếu tố đồng yếu tố, coenzyme và nhóm ngoại
- Apoenzyme và holoenzyme
- Gấp cuộn protein và lắp ráp bậc bốn
- Isoenzyme (nhiều dạng phân tử)
Key theories
- Khớp cảm ứng
- Sự liên kết cơ chất gây ra sự thay đổi cấu hình trong enzyme để vị trí hoạt động tự điều chỉnh xung quanh cơ chất, tinh chỉnh hình ảnh khóa-và-chìa khóa cứng nhắc cũ về tính đặc hiệu.
- Giả thuyết nhiệt động học của Anfinsen
- Cấu trúc gấp cuộn tự nhiên của một protein, và do đó khả năng xúc tác của nó, được xác định bởi trình tự axit amin của nó trong điều kiện sinh lý, ngụ ý rằng thông tin gấp cuộn được mã hóa trong chính trình tự đó.
Mechanisms
Trình tự axit amin của một enzyme gấp cuộn thành một cấu trúc ba chiều xác định, tập hợp các gốc axit amin cụ thể lại với nhau để tạo thành một vị trí hoạt động, nơi cơ chất liên kết và phản ứng hóa học được tăng tốc. Nhiều enzyme còn yêu cầu các yếu tố đồng yếu tố hoặc nhóm ngoại để hoàn thành bộ máy xúc tác, và nhiều enzyme chỉ hoạt động như các cấu trúc gấp cuộn, thường là đa tiểu đơn vị. Cùng một hoạt tính xúc tác có thể được thực hiện bởi một số isoenzyme có cấu trúc khác nhau được mã hóa bởi các gen khác nhau hoặc được lắp ráp từ các tiểu đơn vị khác nhau. Trong tất cả các trường hợp này, hệ thống EC cung cấp một nhãn dựa trên phản ứng liên kết một chức năng xúc tác nhất định với một mã định danh số duy nhất.
Clinical relevance
Hiểu biết về cấu trúc và phân loại enzyme là nền tảng cho cách enzyme được xác định, đo lường và thảo luận trong y học xét nghiệm và dược lý. Các mẫu isoenzyme và phân loại enzyme cung cấp thông tin cho cách các xét nghiệm enzyme chẩn đoán và thuốc nhắm mục tiêu enzyme được hình thành. Mục này là kiến thức nền tảng giáo dục về khung cấu trúc và đặt tên và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị.
Evidence & guidelines
Danh pháp enzyme được duy trì bởi Ủy ban Danh pháp của Liên minh Hóa sinh và Sinh học Phân tử Quốc tế (IUBMB) và được quản lý trong các tài nguyên công cộng như cơ sở dữ liệu ENZYME, cùng nhau xác định hệ thống đánh số EC được sử dụng trong toàn bộ hóa sinh.
History
Nghiên cứu có hệ thống về cấu trúc enzyme bắt đầu sau khi nhận ra rằng enzyme là protein và việc xác định các cấu trúc enzyme đầu tiên vào giữa thế kỷ XX. Đề xuất khớp cảm ứng của Koshland (1958) và các nghiên cứu gấp cuộn của Anfinsen (công trình đỉnh cao là tổng hợp của ông năm 1973) đã liên kết trình tự, cấu trúc và chức năng xúc tác, trong khi mô tả của Markert và Moller năm 1959 về nhiều dạng phân tử đã giới thiệu khái niệm isoenzyme. Song song đó, Ủy ban Enzyme đã thiết lập một phân loại dựa trên phản ứng mà, được duy trì cho đến ngày nay thông qua IUBMB và cơ sở dữ liệu ENZYME, gán cho mỗi hoạt tính được đặc trưng một số EC duy nhất.
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
- Phân loại enzyme thực sự phân loại cái gì?
- Hệ thống của Ủy ban Enzyme phân loại enzyme theo loại phản ứng hóa học mà chúng xúc tác, chứ không phải theo cấu trúc hay nguồn gốc của chúng, gán cho mỗi hoạt tính một số EC gồm bốn phần.
- Tất cả enzyme có phải là protein không?
- Hầu hết các enzyme là protein có cấu trúc gấp cuộn tạo ra vị trí hoạt động, nhưng một số hoạt tính xúc tác được thực hiện bởi các phân tử RNA (ribozyme); lĩnh vực này tập trung vào các enzyme protein chiếm ưu thế trong quá trình trao đổi chất.