IZOMERÁZY: PROCESY, FUNKCE, NOMENKLATURA A PODTŘÍDY - BIOLOGIE - 2025

Tyto isomerasy, jsou třídou enzymů podílejících se na přesmyku strukturálních nebo polohových isomerů a stereoisomerů různých molekul. Jsou přítomny prakticky ve všech buněčných organismech a plní funkce v různých kontextech.

Enzymy této třídy působí na jeden substrát, a to navzdory skutečnosti, že některé mohou být mezi jinými kovalentně spojeny s kofaktory, ionty. Obecnou reakci lze tedy vidět takto:

XY → YX

Reakce katalyzované těmito enzymy zahrnují vnitřní přeskupení vazeb, což může znamenat změny v poloze funkčních skupin, v poloze dvojných vazeb mezi uhlíky, mimo jiné, bez změn v molekulárním vzorci substrátu.

Mechanismus účinku isopentenylpyrofosfát izomerázy katalyzující izomerizaci isopentenylpyrofosfátu na dimethylallylpyrofosfát (zdroj: Yjlu22 prostřednictvím Wikimedia Commons)

Izomerázy plní různé funkce ve velkém množství biologických procesů, ve kterých je možné zahrnout metabolické cesty, buněčné dělení, replikaci DNA, abychom jmenovali alespoň některé.

Izomerázy byly první průmyslově používané enzymy pro výrobu sirupů a jiných sladkých potravin, a to díky jejich schopnosti interkonvertovat isomery různých typů uhlohydrátů.

Biologické procesy, kterých se účastní

Isomerázy se účastní mnoha životně důležitých buněčných procesů. Mezi nejvýznamnější patří replikace a balení DNA, katalyzované topoisomerázami. Tyto události jsou klíčové pro replikaci nukleových kyselin a také pro jejich kondenzaci před dělením buněk.

Glykolýza, jedna z centrálních metabolických drah v buňce, zahrnuje alespoň tři isomerní enzymy, jmenovitě fosfoglukózovou izomerázu, triosfosfátovou izomerázu a fosfoglycerátovou mutázu.

Konverze UDP-galaktózy na UDP-glukózu v dráze katabolismu galaktózy se provádí působením epimerázy. U lidí je tento enzym známý jako UDP-glukóza-4-epimeráza.

Skládání proteinů je nezbytný proces pro fungování mnoha enzymů v přírodě. Enzym protein-disulfidová isomeráza pomáhá při skládání proteinů obsahujících disulfidové můstky tím, že mění jejich polohu v molekulách, které používá jako substrát.

Funkce

Hlavní funkci enzymů patřících do třídy isomeráz lze považovat za transformaci substrátu prostřednictvím malé strukturální změny, aby byl náchylný k dalšímu zpracování enzymy po proudu v metabolické cestě, například.

Příkladem izomerizace je změna fosfátové skupiny v poloze 3 na uhlík v poloze 2 3-fosfoglycerátu a jeho přeměna na 2-fosfoglycerát, katalyzovaná enzymem fosfoglycerát mutáza v glykolytické dráze, čímž se získá sloučenina s vyšší energií což je funkční substrát enolázy.

Nomenklatura

Klasifikace izomeráz se řídí obecnými pravidly pro klasifikaci enzymů navrženými Komisí pro enzymy v roce 1961, ve které každý enzym obdrží pro svou klasifikaci číselný kód.

Pozice čísel v uvedeném kódu označuje každou z divizí nebo kategorií v klasifikaci a těmto číslům předchází písmena „ES“.

U izomeráz první číslo představuje třídu enzymů, druhé označuje typ izomerizace, kterou provádějí, a třetí substrát, na který působí.

Názvosloví třídy izomeráz je EC.5. Má sedm podtříd, takže budou nalezeny enzymy s kódem od EC.5.1 do EC.5.6. Existuje šestá „podtřída“ isomeráz známá jako „jiné izomerázy“, jejíž kód je EC.5.99, protože zahrnuje enzymy s různými funkcemi izomerázy.

Denotace podtříd se provádí hlavně podle typu izomerizace, kterou tyto enzymy provádějí. Navzdory tomu mohou také získat názvy, jako jsou racemasy, epimerázy, cis-trans-isomerázy, izomerázy, tautomerázy, mutázy nebo cykloisomerázy.

Podtřídy

V rámci rodiny isomeráz existuje 7 tříd enzymů:

EC.5.1 Racemasy a epimerázy

Katalyzují tvorbu racemických směsí na základě polohy a-uhlíku. Mohou působit na aminokyseliny a deriváty (EC.5.1.1), na hydroxykyselinové skupiny a deriváty (EC.5.1.2), na uhlohydráty a deriváty (EC.5.1.3) a další (EC.5.1.99).

EC.5.2

Katalyzují konverzi mezi cis a trans isomerními formami různých molekul.

EC.5.3 Intramolekulární izomerázy

Tyto enzymy jsou zodpovědné za izomerizaci vnitřních částí ve stejné molekule. Existují některé, které provádějí redoxní reakce, kdy donor a akceptor elektronů je stejná molekula, takže nejsou klasifikovány jako oxidoreduktázy.

Mohou působit převodem aldóz a ketóz (EC.5.3.1) na keto- a enolové skupiny (EC.5.3.2), změnou polohy dvojných vazeb CC (EC.5.3.3), disulfidových vazeb SS (EC.5.3.4) a další „oxidoreduktázy“ (EC.5.3,99).

EC.5.4 Intramolekulární transferázy (mutázy)

Tyto enzymy katalyzují poziční změny různých skupin ve stejné molekule. Jsou rozděleny podle typu skupiny, kterou „přesouvají“.

Existují fosfomutázy (EC.5.4.1), ty, které přenášejí aminoskupiny (EC.5.4.2), ty, které přenášejí hydroxylové skupiny (EC.5.4.3), a ty, které přenášejí jiné typy skupin (EC.5.4. 99).

EC.5.5 Intramolekulární lyázy

Katalyzují „eliminaci“ skupiny, která je součástí molekuly, ale je k ní stále kovalentně vázána.

EC.5.6 Izomerázy, které mění makromolekulární konformaci

Mohou působit změnou konformace polypeptidů (EC.5.6.1) nebo nukleových kyselin (EC.5.6.2).

EC.5.99 Jiné izomerázy

Tato podtřída sdružuje enzymy, jako je thiokyanát izomeráza a 2-hydroxychrom-2-karboxylátová izomeráza.

Reference

1. Adams, E. (1972). Aminokyselinové racemázy a epimerázy. The Enzymes, 6, 479–507.
2. Boyce, S., & College, T. (2005). Klasifikace a nomenklatura enzymů. Encyklopedie věd o životě, 1-11.
3. Cai, CZ, Han, LY, Ji, ZL & Chen, YZ (2004). Klasifikace rodiny enzymů podle podpory vektorových strojů. Proteiny: Struktura, funkce a bioinformatika, 55, 66–76.
4. Dugave, C., & Demange, L. (2003). Cis - Trans izomerizace organických molekul a biomolekul: implikace a aplikace. Chemical Reviews, 103, 2475-2532.
5. Encyklopedie Britannica. (2018). Citováno z 3. března 2019, z britannica.com
6. Freedman, RB, Hirst, TR, a Tuite, MF (1994). Protein disulfidová izomeráza: stavební můstky ve složení bílkovin. TIBS, 19, 331 - 336.
7. Murzin, A. (1996). Strukturální klasifikace proteinů: nové superfamilie Alexey G Murzin. Strukturální klasifikace proteinů: New Superfamilies, 6, 386–394.
8. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
9. Výbor pro nomenklaturu Mezinárodní unie biochemie a molekulární biologie (NC-IUBMB). (2019). Citováno z qmul.ac.uk
10. Thoden, JB, Frey, PA a Holden, HM (1996). Molekulární struktura aborativního komplexu NADH / UDP-glukózy 4-epimerázy UDP-galaktózy z Escherichia coli: implikace pro katalytický mechanismus. Biochemistry, 35, 5137-5144.