Phức hợp đa enzyme

Phức hợp đa enzyme là một tập hợp ổn định trong đó một số hoạt động xúc tác riêng biệt — và thường là các đồng yếu tố liên kết chúng — được giữ lại với nhau trong một hạt siêu phân tử duy nhất. Bằng cách định vị cùng nhau các phản ứng tuần tự, các phức hợp như vậy có thể phối hợp xúc tác, dẫn truyền các chất trung gian và trình bày một mục tiêu điều hòa duy nhất cho toàn bộ chuỗi phản ứng.

Definition

Phức hợp đa enzyme là một tập hợp không cộng hóa trị (hoặc, trong các enzyme đa chức năng, cộng hóa trị) của hai hoặc nhiều enzyme xúc tác các phản ứng liên tiếp hoặc có liên quan chức năng, được tổ chức sao cho quá trình xúc tác và thường là sự chuyển giao các chất trung gian được phối hợp trong một cấu trúc duy nhất.

Scope

Chủ đề này bao gồm định nghĩa và kiến trúc của các phức hợp đa enzyme, các ví dụ điển hình như phức hợp alpha-keto acid dehydrogenase và fatty acid synthase, sự phân biệt giữa các enzyme đa chức năng hợp nhất cộng hóa trị và các tập hợp không cộng hóa trị, và các tập hợp lỏng lẻo, tạm thời đôi khi được gọi là metabolon. Đây là một chủ đề tham khảo-giáo dục trong enzymology và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Làm thế nào một số hoạt động xúc tác được tổ chức trong một hạt duy nhất, và tỷ lệ thành phần của chúng được thiết lập như thế nào?
• Những lợi thế chức năng nào mà sự tập hợp mang lại so với các enzyme tương tự hoạt động riêng lẻ?
• Các enzyme đa chức năng cộng hóa trị khác với các phức hợp không cộng hóa trị và các metabolon tạm thời như thế nào?
• Toàn bộ các phức hợp được điều hòa như các đơn vị như thế nào?

Key concepts

• Enzyme đa chức năng so với phức hợp không cộng hóa trị
• Lõi xúc tác và các tiểu đơn vị ngoại vi
• Ghép nối đồng yếu tố cánh tay xoay
• Metabolon (tập hợp enzyme tuần tự tạm thời)
• Điều hòa phối hợp của một tập hợp
• Ghép nối vị trí hoạt động

Mechanisms

Các phức hợp đa enzyme tổ chức các phản ứng liên tiếp trong không gian. Trong các phức hợp alpha-keto acid dehydrogenase được Reed mô tả, nhiều bản sao của ba enzyme thành phần tập hợp xung quanh một lõi cấu trúc, và một cánh tay xoay lipoyl vận chuyển chất trung gian phản ứng giữa các vị trí hoạt động của các thành phần, minh họa sự ghép nối vị trí hoạt động trong một tập hợp. Srere đã khái quát hóa bức tranh này thành các phức hợp enzyme chuyển hóa tuần tự, lập luận rằng sự liên kết vật lý có thể phối hợp dòng chảy và dẫn truyền các chất trung gian, và giới thiệu khái niệm rộng hơn về metabolon cho các tập hợp lỏng lẻo hơn, trải rộng theo con đường. Huang và các đồng nghiệp kết nối tổ chức như vậy với việc dẫn truyền cơ chất, trong khi Sweetlove và Fernie nhấn mạnh rằng nhiều tập hợp là động, hình thành và phân hủy để đáp ứng với trạng thái trao đổi chất.

Clinical relevance

Các phức hợp đa enzyme thực hiện các phản ứng trung tâm đối với quá trình chuyển hóa năng lượng và sinh tổng hợp của con người, và các khiếm khuyết di truyền hoặc mắc phải trong các thành phần của chúng được nghiên cứu trong bối cảnh bệnh chuyển hóa. Mục này trình bày cách các phức hợp như vậy được tổ chức và nhằm mục đích tham khảo và giáo dục; nó không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Công trình nghiên cứu về các phức hợp đa enzyme được củng cố bởi nghiên cứu kéo dài hàng thập kỷ của Reed về các phức hợp alpha-keto acid dehydrogenase, đã theo dõi vai trò của axit lipoic và tiết lộ cách nhiều enzyme tập hợp xung quanh một lõi với cơ chế cánh tay xoay. Bài đánh giá năm 1987 của Srere đã đưa khái niệm về các phức hợp enzyme chuyển hóa tuần tự — và ý tưởng metabolon — vào sử dụng rộng rãi, và các nghiên cứu cấu trúc và động học tiếp theo, được Sweetlove và Fernie đánh giá, đã mở rộng bức tranh sang các tập hợp tạm thời, phụ thuộc vào điều kiện.

Debates

Metabolon thực sự và ổn định đến mức nào trong điều kiện sinh lý?

Việc các enzyme tuần tự liên kết lỏng lẻo có tạo thành các metabolon có ý nghĩa chức năng in vivo hay không, hoặc liệu các liên kết quan sát được có phải là hiện vật của nồng độ cao hoặc các phương pháp cụ thể hay không, vẫn là một câu hỏi đang được nghiên cứu tích cực.

Key figures

• Lester J. Reed
• Paul A. Srere
• Frank M. Raushel

Seminal works

• reed-2001
• srere-1987

Frequently asked questions

Một ví dụ kinh điển về phức hợp đa enzyme là gì?

Phức hợp pyruvate dehydrogenase là một ví dụ điển hình trong sách giáo khoa: nó kết hợp ba enzyme riêng biệt và sử dụng một cánh tay xoay lipoyl để chuyển chất trung gian giữa các vị trí hoạt động của chúng, chuyển đổi pyruvate thành acetyl-CoA theo một chuỗi phối hợp.

Metabolon là gì?

Metabolon là một thuật ngữ, được Srere phổ biến, dùng để chỉ một phức hợp siêu phân tử tạm thời của các enzyme chuyển hóa tuần tự tập hợp lại để phối hợp dòng chảy qua một con đường và có thể phân hủy khi điều kiện thay đổi.