הולואנזים: מאפיינים, פונקציות ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

Holoenzyme הוא אנזים מורכב חלק חלבון הקרוי apoenzyme בשילוב עם מולקולה הלא חלבון הנקרא גורם-שותף. לא האפנזים ולא הקופקטור פעילים כשהם בנפרד; כלומר, על מנת לתפקד יש לחבר אותם.

לפיכך, הולואנזים הם האנזימים המשולבים, וכתוצאה מכך הם פעילים בקטליטיות. אנזימים הם סוג של ביומולקולות שתפקידם בעיקרון להגביר את מהירות התגובות הסלולריות. אנזימים מסוימים זקוקים לעזרת מולקולות אחרות, הנקראות קופקטורים.

אפואנזים + קופקטור = הולואנזים

קופקטורים משלימים אפואנזימים ויוצרים הולואנזים פעיל שמבצע קטליזה. אנזימים הדורשים קופקטור מסוים ידועים כאנזימים מצומדים. יש להם שני מרכיבים עיקריים: הקופקטור, שיכול להיות יון מתכתי (אורגני) או מולקולה אורגנית; החלק האפואנזים, חלבון.

מאפיינים

נוצר על ידי אפואנזימים וקופקטורים

אפואנזימים הם החלק החלבוני במתחם, וקופקטורים יכולים להיות יונים או מולקולות אורגניות.

הם מודים במגוון של קופקטורים

ישנם מספר סוגים של קופקטורים העוזרים ליצור הולואנזים. כמה דוגמאות הן הקואנזימים והוויטמינים הנפוצים, למשל: ויטמין B, FAD, NAD +, ויטמין C וקואנזים A.

כמה קופקטורים עם יוני מתכת, למשל: נחושת, ברזל, אבץ, סידן ומגנזיום. סוג נוסף של קופקטורים הם הקבוצות התותבות.

איחוד זמני או קבוע

קופקטורים יכולים להיקשר לאפנוזים בעוצמה משתנה. בחלק מהמקרים האיחוד הוא חלש וזמני, ואילו במקרים אחרים האיחוד הוא כה חזק שהוא קבוע.

במקרים בהם הכריכה זמנית, כאשר מוסרים הקופקטור מהולונזים הוא חוזר לאפנזים ומפסיק להיות פעיל.

פוּנקצִיָה

ההולנוזים הוא אנזים המוכן להפעיל את תפקודו הקטליטי; כלומר להאיץ תגובות כימיות מסוימות הנוצרות באזורים שונים.

הפונקציות עשויות להשתנות בהתאם לפעולה הספציפית של ההולנוזים. בין החשובים ביותר, בולטת פולימראז DNA, שתפקידו להבטיח כי העתקת DNA נעשית כראוי.

דוגמאות להולנוזימים נפוצים

RNA פולימראז

פולימראז RNA הוא הולואנזים המזרז את תגובת סינתזת RNA. הולואנזים זה נחוץ לבניית גדילי RNA מגדילי תבנית DNA המתפקדים כתבניות במהלך תהליך התמלול.

תפקידו להוסיף ריבונוקליאוטידים בקצה 3 של מולקולת RNA צומחת. בפרוקריוטות האפואנזים של פולימראז RNA זקוק לקופקטור הנקרא sigma 70.

DNA פולימראז

פולימראז DNA הוא גם הולואנזים אשר מזרז את תגובת הפילמור של ה- DNA. אנזים זה מבצע פונקציה חשובה מאוד לתאים מכיוון שהוא אחראי לשכפול מידע גנטי.

DNA פולימראז זקוק ליון טעון חיובי, בדרך כלל מגנזיום, על מנת לבצע את תפקידו.

ישנם כמה סוגים של פולימראז DNA: DNA Polymerase III הוא הולנוזמה שיש לו שני אנזימי ליבה (Pol III), שכל אחד מהם מורכב משלוש תת יחידות (α, ɛ ו- θ), מהדק הזזה שיש לו שתי יחידות בטא, ומכלול של קיבוע טעינה הכולל יחידות משנה מרובות (δ, τ, γ, ψ ו- χ).

אנחידראז פחמתי

אנחידראז פחמתי, הנקרא גם קרבונט דהידראז, שייך למשפחת הולואנזים המזרזת את ההמרה המהירה של פחמן דו חמצני (CO2) ומים (H20) לביקרבונט (H2CO3) ולפרוטונים (H +).

האנזים דורש יון אבץ (Zn + 2) כקופקטור כדי לבצע את תפקידו. התגובה המנותזת על ידי אנחידראז פחמתי היא הפיכה, מסיבה זו פעילותה נחשבת חשובה מאחר והיא מסייעת לשמור על איזון החומצה-בסיס בין הדם לרקמות.

הֵמוֹגלוֹבִּין

המוגלובין הוא הולואנזים חשוב מאוד להובלת גזים ברקמות בעלי חיים. חלבון זה הקיים בתאי דם אדומים מכיל ברזל (Fe + 2), ותפקידו להעביר חמצן מהריאות לאזורים אחרים בגוף.

המבנה המולקולרי של המוגלובין הוא tetramer, כלומר הוא מורכב מארבע שרשראות או יחידות משנה של פוליפפטיד.

כל יחידת משנה של הולנוזמה זו מכילה קבוצת heme, וכל קבוצת heme מכילה אטום ברזל שיכול להיקשר למולקולות חמצן. קבוצת ההם של המוגלובין היא הקבוצה התותבת שלה, הכרחית לתפקוד הקטליטי שלה.

ציטוכרום אוקסידאז

ציטוכרום אוקסידאז הוא אנזים המשתתף בתהליכי ייצור אנרגיה, המתבצעים במיטוכונדריה של כמעט כל היצורים החיים.

זהו הולואנזים מורכב המצריך שיתוף פעולה של קופקטורים מסוימים, יוני ברזל ונחושת, על מנת לזרז את התגובה של העברת אלקטרונים וייצור ATP.

פירובאט קינאז

פירובט קינאז הוא הולואנזים חשוב נוסף לכל התאים, מכיוון שהוא משתתף באחד ממסלולי המטבוליזם האוניברסאליים: גליקוליזה.

תפקידה לזרז את העברת קבוצת פוספט ממולקולה הנקראת פוספואנולפירובט למולקולה אחרת הנקראת אדנוזין דיפוספט, ליצירת ATP ופירובט.

האפואנזים דורש קטיונים של אשלגן (K`) ומגנזיום (Mg + 2) כקופקטורים כדי ליצור את ההולנוזים התפקודי.

פירובט קרבוקסילאז

דוגמא חשובה נוספת היא פירובט קרבוקסילאז, הולונזים אשר מזרז את העברת קבוצת הקרבוקסיל למולקולת פירובט. לפיכך, פירובייט מומר לאוקסלואצטט, אמצע חשוב בחילוף החומרים.

כדי להיות פעיל בתפקוד, האפואנזים פירובאט קרבוקסילאז דורש קופקטור בשם ביוטין.

אצטיל CoA קרבוקסילאז

אצטיל-CoA קרבוקסילאז הוא הולואנזים שקופקטור שלו, כשמו כן הוא, הוא קו אנזים A.

כאשר מחוברים אפואנזים וקואנזים A, ההולנוזים פעיל באופן קטליטי לביצוע תפקידו: העבירו קבוצת קרבוקסיל לאצטיל-CoA כדי להמיר אותו למלוניל קו-אנזים A (מלוניל-CoA).

Acetyl-CoA מבצע פונקציות חשובות הן בתאי בעלי חיים והן בתאי צמח.

מונואמין אוקסידאז

זהו הולואנזים חשוב במערכת העצבים האנושית, תפקידו לקדם את השפלתם של מעברים עצביים מסוימים.

כדי שהמונואמין אוקסידאז יהיה פעיל בקטליטיות, הוא צריך להיקשר באופן קוואליסטי לקופקטור שלו, פלדין אדרן דינוקלוטייד (FAD).

לקטט דהידרוגנז

לקטט דה-הידרוגנאז הוא הולואנזים חשוב לכל היצורים החיים, במיוחד ברקמות הצורכות אנרגיה רבה, כמו לב, מוח, כבד, שריר שלד, ריאות, ועוד.

אנזים זה דורש נוכחות של קופקטור שלו, ניקוטין אמינן דינוקלוטיד (NAD), על מנת לזרז את הפירובט לתגובת המרה של לקטט.

קטלאז

קטלאז הוא הולואנזים חשוב במניעת רעילות תאית. תפקידו לפרק מי חמצן, תוצר של חילוף חומרים סלולרי, לחמצן ולמים.

האפואנזים של קטלאז דורש שני קופקטורים להפעלה: יון מנגן וקבוצה תותבת HEMO, הדומה לזו של המוגלובין.

הפניות

1. Agrawal, A., Gandhe, M., Gupta, D., & Reddy, M. (2016). מחקר מקדים על סרום לקטט דהידרוגנז (LDH) - פרוגנוסטי ביולוגי בשד קרצינומה. כתב העת למחקר קליני ואבחון, 6-8.
2. Athappilly, FK, & Hendrickson, WA (1995). מבנה התחום הביוטיניל של אצטיל-קו-אנזים קרבוקסילאז נקבע על ידי שלב MAD. מבנה, 3 (12), 1407–1419.
3. ברג, ג ', טימוצ'קו, ג', גאטו, ג' ו סטרייר, ל '(2015). ביוכימיה (מהדורה 8). WH פרימן וחברה.
4. באט, א.א., מייקלס, ש. וקיסינג'ר, פ. (2002). הקשר של רמת דה-הידרוגנאז בנסיוב עם זיהומים אופורטוניסטים נבחרים והתקדמות HIV. כתב העת הבינלאומי למחלות זיהומיות, 6 (3), 178–181.
5. פגלר, ג '(1944). פונקציה של אנחידראז פחמן בדם. טבע, 137–38.
6. Gaweska, H., & Fitzpatrick, PF (2011). מבנים ומנגנון של משפחת מונואמין אוקסידאז. מושגים ביו-מולקולריים, 2 (5), 365–377.
7. Gupta, V., & Bamezai, RNK (2010). אנוש pyruvate kinase M2: חלבון רב תפקודי. מדע החלבונים, 19 (11), 2031–2044.
8. Jitrapakdee, S., St. Maurice, M., Rayment, I., Cleland, WW, Wallace, JC, & Attwood, PV (2008). מבנה, מנגנון ווויסות של קרבוקסילאז פירובט. כתב העת הביוכימי, 413 (3), 369-387.
9. Muirhead, H. (1990). איזנוזימים של פירובאט קינאז. עסקאות בחברה ביוכימית, 18, 193-196.
10. סולומון, א., ברג, ל. ומרטין, ד. (2004). ביולוגיה (מהדורה 7) למידת Cengage.
11. Supuran, CT (2016). מבנה ופונקציה של אנתרזות פחמניות. כתב העת הביוכימי, 473 (14), 2023–2032.
12. טיפטון, KF, Boyce, S., O'Sullivan, J., Davey, GP, & Healy, J. (2004). מונואמין אוקסידאזים: וודאות וחוסר וודאות. כימיה רפואית נוכחית, 11 (15), 1965–1982.
13. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). יסודות הביוכימיה: החיים ברמה המולקולרית (מהדורה חמישית). וויילי.
14. Xu, HN, Kadlececk, S., Profka, H., Glickson, JD, Rizi, R., & Li, LZ (2014). האם לקטט גבוה יותר הוא אינדיקטור לסיכון גרורתי בגידול - מחקר MRS טייס באמצעות Hyperpolarized13C-Pyruvate. רדיולוגיה אקדמית, 21 (2), 223–231.