איזומרים: תהליכים, פונקציות, שמות ונושאי תת-כיתות - ביולוגיה - 2025

איזומראז הם מחלקה של אנזימים המעורבים סידור מחדש של איזומרים מבניים או למיקום ו- stereoisomers של מולקולות שונות. הם קיימים כמעט בכל האורגניזמים התאיים, וממלאים פונקציות בהקשרים שונים.

אנזימים ממעמד זה פועלים על מצע יחיד, למרות העובדה כי חלקם עשויים להיות קשורים בקובליאציה לקופקטורים, יונים, בין היתר. על כן ניתן לראות את התגובה הכללית באופן הבא:

XY → YX

התגובות המזרזות על ידי אנזימים אלו כוללות ארגון מחדש פנימי של הקשרים, שיכולים להיות שינויים במיקומם של קבוצות פונקציונליות, במיקום של קשרים כפולים בין פחמנים, בין היתר, ללא שינויים בנוסחה המולקולרית של המצע.

מנגנון הפעולה של איזופנטניל פירופוספט איזומרז המזרז את האיזומריזציה של איזופנטניל פירופוספט לדימתילליל פירופרוספט (מקור: Yjlu22 דרך Wikimedia Commons)

האיזומראזות ממלאות פונקציות מגוונות במגוון רב של תהליכים ביולוגיים, שבתוכם ניתן לכלול מסלולי מטבוליות, חלוקת תאים, שכפול DNA, אם נזכיר כמה.

איזומרים היו האנזימים הראשונים ששימשו באופן תעשייתי לייצור סירופים ומזונות סוכריים אחרים, בזכות יכולתם להמיר את האיזומרים של סוגים שונים של פחמימות.

תהליכים ביולוגיים בהם הם משתתפים

איזומרז משתתף בתהליכים תאיים חיוניים מרובים. בין הבולטים הם שכפול ואריזה של DNA, המונע על ידי טופואיזומראזות. אירועים אלה הם מכריעים לשכפול חומצות גרעין, כמו גם לעיבוי שלה לפני חלוקת תאים.

גליקוליזה, אחד המסלולים המטבוליים המרכזיים בתא, כוללת לפחות שלושה אנזימים איזומרים, כלומר פוספוגלוקוז איזומרז, איזומרז טריוס פוספט ומוטאז פוספוגליצרט.

ההמרה של UDP- גלקטוזה ל UDP- גלוקוזה במסלול הקטבוליזם של הגלקטוז מתבצעת על ידי פעולה של אפימראז. אצל בני אדם אנזים זה ידוע בשם UDP-glucose 4-epimerase.

קיפול חלבונים הוא תהליך חיוני לתפקוד אנזימים רבים בטבע. האנזים איזומרז חלבון-דיסולפיד מסייע בקיפול של חלבונים המכילים גשרי דיסולפיד על ידי שינוי מיקומם במולקולות בהן הוא משמש כמצע.

מאפיינים

ניתן לראות את הפונקציה העיקרית של אנזימים השייכים למעמד האיזומרים, כהפיכת מצע באמצעות שינוי מבני קטן, על מנת להפוך אותו לרגיש לעיבוד נוסף על ידי אנזימים במורד הזרם במסלול מטבולי, לדוגמה.

דוגמה לאיזומריזציה היא השינוי מקבוצת הפוספטים במצב 3 לפחמן בעמדה 2 של 3-פוספוגליצרט כדי להמיר אותו ל 2-פוספוגליצרט, המוזז על ידי המונאז פוספוגליצרט במינון במסלול הגליקוליטי, ובכך לייצר תרכובת אנרגטית גבוהה יותר שהוא מצע פונקציונאלי של אנולאז.

מִנוּחַ

סיווג האיזומראזות עוקב אחר הכללים הכלליים לסיווג אנזימים שהוצעה על ידי ועדת האנזים בשנת 1961, כאשר כל אנזים מקבל קוד מספרי לסיווגו.

מיקום המספרים בקוד האמור מעיד על כל אחת מהחלוקות או הקטגוריות בסיווג ולקודם למספרים אלה האותיות "EC".

עבור איזומרים, המספר הראשון מייצג את מחלקת האנזים, השני מציין את סוג האיזומרזציה שהם מבצעים, והשלישי את המצע עליו הם פועלים.

המינוח של מחלקת האיזומראזות הוא EC.5. יש לו שבעה תת-סוגים, ולכן יימצאו אנזימים עם הקוד מ- EC.5.1 ל- EC.5.6. יש "תת-מחלקה" שישית של איזומרים, המכונה "איזומרים אחרים", שהקוד שלהם הוא EC.5.99, מכיוון שהוא כולל אנזימים עם פונקציות איזומראזות שונות.

הכינוי של תת-הקטגוריות מתבצע בעיקר לפי סוג האיזומרזציה אותם מבצעים אנזימים אלו. למרות זאת הם יכולים לקבל גם שמות כמו racemases, epimerases, cis-trans-isomerases, isomerases, tautomerases, mutases or cyclo isomerases.

תת-דרגות

ישנם 7 כיתות אנזימים במשפחת האיזומרז:

EC.5.1 Racemases ו- Epimerases

הם מזרזים את היווצרותם של תערובות גזענות על סמך המיקום של הפחמן α. הם יכולים לפעול על חומצות אמינו ונגזרות (EC.5.1.1), על קבוצות חומצות הידרוקסיות ונגזרות (EC.5.1.2), על פחמימות ונגזרות (EC.5.1.3) ואחרות (EC.5.1.99).

EC.5.2

הם מזרזים את ההמרה בין ציס ציס לבין טרנס איזומרי של מולקולות שונות.

EC.5.3 איזומרזות אינטרמולקולריות

אנזימים אלה אחראיים לאיזומריזציה של חלקים פנימיים באותה מולקולה. יש כאלה שמבצעים תגובות רדוקס, כאשר תורם האלקטרונים ומקבל אותה המולקולה, ולכן הם אינם מסווגים כ אוקספורדדוקטים.

הם יכולים לפעול על ידי המרת אלדוזות וקטוזות (EC.5.3.1), על קבוצות קטו ואנול (EC.5.3.2), שינוי המיקום של איגרות חוב כפולות CC (EC.5.3.3), של אג"ח דיסולפיד של SS ( EC.5.3.4) ו- "oxidoreductases" אחרים (EC.5.3.99).

EC.5.4 טרנספרסות טרמולולקולריות (מוטציות)

אנזימים אלה מזרזים את השינויים המוצבים של קבוצות שונות באותה מולקולה. הם מסווגים לפי סוג הקבוצה שהם "עוברים".

יש את הזרעים הזרחניים (EC.5.4.1), אלה שמעבירים קבוצות אמינו (EC.5.4.2), אלה שמעבירים קבוצות הידרוקסיל (EC.5.4.3), וכאלה שמעבירים קבוצות אמיניות אחרות (EC.5.4. 99).

EC.5.5 ליאזות אינטרמולקולריות

הם מזרזים את "חיסולו" של קבוצה שהיא חלק ממולקולה, אך עדיין קשורה אליה בצורה קוולנטית.

EC.5.6 איזומראזות המשנים קונפורמציה מקרומולקולרית

הם יכולים לפעול על ידי שינוי הקונפורמציה של פוליפפטידים (EC.5.6.1) או חומצות גרעין (EC.5.6.2).

EC.5.99 איזומרים אחרים

תת-מחלקה זו מפגישה אנזימים כמו איזומראז Thiocyanate ו- 2-hydroxychrome-2-Carboxylate איזומרז.

הפניות

1. Adams, E. (1972). חומצות אמינו Racemases ו- Epimerases. האנזימים, 6, 479–507.
2. Boyce, S., and College, T. (2005). סיווג אנזימים ומינויים. אנציקלופדיה של מדעי החיים, 1-11.
3. Cai, CZ, Han, LY, Ji, ZL, & Chen, YZ (2004). סיווג משפחת אנזים לפי מכונות וקטוריות תומכות. חלבונים: מבנה, פונקציה וביואינפורמטיקה, 55, 66-76.
4. Dugave, C., & Demange, L. (2003). ציס - איזומרזציה טרנסית של מולקולות אורגניות וביו-מולקולות: השלכות ויישומים. ביקורות כימיות, 103, 2475-2532.
5. אנציקלופדיה בריטניקה. (2018). הוחזר ב -3 במרץ 2019 מ- britannica.com
6. Freedman, RB, Hirst, TR, & Tuite, MF (1994). איזומרז של חלבון דיסולפיד: בניית גשרים בקיפול חלבונים. TIBS, 19, 331–336.
7. מורזין, א '(1996). סיווג מבני של חלבונים: superfamilies חדשים אלכסיי מורזין. סיווג מבני של חלבונים: Superfamilies חדשים, 6, 386–394.
8. נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).
9. ועדת המינוקים של האיחוד הבינלאומי לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית (NC-IUBMB). (2019). נשלח מ- qmul.ac.uk
10. תומדן, ג'יי.בי, פריי, פנסילווניה, הולדן, HM (1996). מבנה מולקולרי של מתחם ההפלה NADH / UDP-גלוקוז של UDP-galactose 4-Epimerase מ- Escherichia coli: השלכות על המנגנון הקטליטי. ביוכימיה, 35, 5137-5144.