APOENZYME: الخصائص والوظائف والأمثلة - مادة الاحياء - 2026

إن الإنزيم هو الجزء البروتيني من الإنزيم ، ولهذا يُعرف أيضًا باسم البروتين الأبوبروتين. إن الإنزيم غير نشط ، أي أنه لا يمكنه أداء وظيفته في تنفيذ تفاعل كيميائي حيوي معين ، وهو غير مكتمل حتى يرتبط بجزيئات أخرى تُعرف بالعوامل المساعدة.

يشكل جزء البروتين (apoenzyme) مع العامل المساعد إنزيمًا كاملاً (holoenzyme). الإنزيمات عبارة عن بروتينات يمكنها زيادة سرعة العمليات الكيميائية الحيوية. تحتاج بعض الإنزيمات إلى عواملها المساعدة لإجراء التحفيز ، بينما لا يحتاج البعض الآخر.

الخصائص الرئيسية

إنها هياكل بروتينية

تتوافق Apoenzymes مع جزء البروتين من الإنزيم ، وهو عبارة عن جزيئات وظيفتها العمل كمحفزات لتفاعلات كيميائية معينة في الجسم.

هم جزء من الإنزيمات المترافقة

تُعرف الإنزيمات التي لا تتطلب عوامل مساعدة بالعوامل البسيطة ، مثل البيبسين والتريبسين واليورياز. بدلاً من ذلك ، تُعرف الإنزيمات التي تتطلب عاملاً مساعدًا معينًا باسم الإنزيمات المترافقة. وتتكون من عنصرين رئيسيين: العامل المساعد ، وهو التركيب غير البروتيني ؛ و apoenzyme ، بنية البروتين.

يمكن أن يكون العامل المساعد مركبًا عضويًا (على سبيل المثال ، فيتامين) أو مركب غير عضوي (مثل أيون معدني). يمكن أن يكون العامل المساعد العضوي عبارة عن أنزيم أو مجموعة صناعية. الإنزيم المساعد هو عامل مساعد يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالإنزيم ، وبالتالي يمكن إطلاقه بسهولة من الموقع النشط للإنزيم.

يعترفون بمجموعة متنوعة من العوامل المساعدة

هناك العديد من العوامل المساعدة التي ترتبط مع الإنزيمات لإنتاج الإنزيمات المجسمة. الإنزيمات المساعدة الشائعة هي NAD + و FAD والإنزيم المساعد A وفيتامين B وفيتامين C. أيونات المعادن الشائعة التي ترتبط بالإنزيمات الإنزيمية هي الحديد والنحاس والكالسيوم والزنك والمغنيسيوم ، من بين أمور أخرى.

ترتبط العوامل المساعدة بإحكام أو بشكل فضفاض مع الإنزيم لتحويله إلى أنزيم هولو. بمجرد إزالة العامل المساعد من holoenzyme ، يتم تحويله مرة أخرى إلى apoenzyme ، وهو غير نشط وغير مكتمل.

وظائف Apoenzyme

إنشاء الإنزيمات المجسمة

تتمثل الوظيفة الرئيسية للأنزيمات apoenzymes في ظهور الإنزيمات المجسمة: ترتبط الإنزيمات apoenzymes بعامل مساعد ومن هذا الارتباط يتم إنشاء الإنزيم المجسم.

يؤدي إلى عمل تحفيزي

يشير التحفيز إلى العملية التي يمكن من خلالها تسريع بعض التفاعلات الكيميائية. بفضل الإنزيمات apoenzymes ، اكتملت holoenzymes وقادرة على تنشيط عملها التحفيزي.

أمثلة

الأنهيدراز الكربوني

الأنهيدراز الكربوني هو إنزيم أساسي في الخلايا الحيوانية والخلايا النباتية وفي البيئة لتثبيت تركيزات ثاني أكسيد الكربون.

بدون هذا الإنزيم ، سيكون تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى بيكربونات - والعكس صحيح - بطيئًا للغاية ، مما يجعل من المستحيل تقريبًا تنفيذ العمليات الحيوية ، مثل التمثيل الضوئي في النباتات والزفير أثناء التنفس.

الهيموجلوبين

الهيموغلوبين هو بروتين كروي موجود في خلايا الدم الحمراء للفقاريات وفي بلازما العديد من اللافقاريات ، وتتمثل وظيفته في نقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون.

يحدث ارتباط الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بالإنزيم في موقع يسمى مجموعة الهيم ، وهي المسؤولة عن إعطاء دم الفقاريات لونه الأحمر.

الهيموجلوبين الكروي

أوكسيديز السيتوكروم

أوكسيديز السيتوكروم هو إنزيم موجود في معظم الخلايا. يحتوي على الحديد والبورفيرين.

هذا الإنزيم المؤكسد مهم جدًا لعمليات إنتاج الطاقة. يوجد في غشاء الميتوكوندريا حيث يحفز نقل الإلكترونات من السيتوكروم إلى الأكسجين ، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين الماء و ATP (جزيء الطاقة).

نازعة هيدروجين الكحول

إنزيم نازعة هيدروجين الكحول هو إنزيم موجود بشكل أساسي في الكبد والمعدة. هذا الإنزيم يحفز الخطوة الأولى في استقلاب الكحول. أي أكسدة الإيثانول والكحول الأخرى. وبهذه الطريقة يحولها إلى أسيتالديهيد.

يشير اسمها إلى آلية العمل في هذه العملية: البادئة "des" تعني "لا" ، و "هيدرو" تشير إلى ذرة الهيدروجين. وبالتالي ، فإن وظيفة نازعة هيدروجين الكحول هي إزالة ذرة الهيدروجين من الكحول.

بيروفات كيناز

بيروفات كيناز هو الإنزيم الذي يحفز الخطوة الأخيرة في العملية الخلوية لتفكك الجلوكوز (تحلل السكر).

وتتمثل وظيفتها في تسريع نقل مجموعة الفوسفات من فوسفوينول بيروفات إلى ثنائي فوسفات الأدينوسين ، وإنتاج جزيء واحد من البيروفات وجزيء من ATP.

يحتوي بيروفات كيناز على 4 أشكال مختلفة (إنزيمات متوازنة) في الأنسجة المختلفة للحيوانات ، ولكل منها خصائص حركية خاصة ضرورية لمطابقة متطلبات التمثيل الغذائي لهذه الأنسجة.

بيروفات كربوكسيلاز

بيروفات كربوكسيلاز هو الإنزيم الذي يحفز الكربوكسيل ؛ أي نقل مجموعة الكربوكسيل إلى جزيء بيروفات لتكوين أوكسالأسيتات.

إنه يحفز على وجه التحديد في الأنسجة المختلفة ، على سبيل المثال: في الكبد والكلى يسرع التفاعلات الأولية لتخليق الجلوكوز ، بينما في الأنسجة الدهنية والدماغ يعزز تخليق الدهون من البيروفات.

كما أنها تشارك في التفاعلات الأخرى التي تشكل جزءًا من التخليق الحيوي للكربوهيدرات.

أسيتيل أنزيم أ كربوكسيلاز

إن إنزيم Acetyl-CoA carboxylase هو إنزيم مهم في عملية التمثيل الغذائي للأحماض الدهنية. إنه بروتين موجود في كل من الحيوانات والنباتات ، ويقدم العديد من الوحدات الفرعية التي تحفز التفاعلات المختلفة.

وتتمثل وظيفتها في الأساس في نقل مجموعة الكربوكسيل إلى acetyl-CoA لتحويلها إلى أنزيم malonyl A (malonyl-CoA).

له شكلين إسويين ، يسمى ACC1 و ACC2 ، ويختلفان في وظيفتهما وتوزيعهما في أنسجة الثدييات.

أوكسيديز أحادي الأمين

أوكسيديز أحادي الأمين هو إنزيم موجود في الأنسجة العصبية حيث يؤدي وظائف مهمة لتعطيل بعض النواقل العصبية ، مثل السيروتونين والميلاتونين والإبينفرين.

يشارك في تفاعلات التحلل الكيميائي الحيوي لمختلف الأمينات الأحادية في الدماغ. في هذه التفاعلات المؤكسدة ، يستخدم الإنزيم الأكسجين لإزالة مجموعة أمينية من الجزيء وإنتاج ألدهيد (أو كيتون) والأمونيا المقابلة.

نازعة هيدروجين اللاكتات

اللاكتات ديهيدروجينيز هو إنزيم موجود في خلايا الحيوانات والنباتات وبدائيات النوى. وتتمثل وظيفتها في تعزيز تحويل اللاكتات إلى حمض البيروفيك والعكس صحيح.

هذا الإنزيم مهم في التنفس الخلوي الذي يتحلل خلاله الجلوكوز من الطعام للحصول على طاقة مفيدة للخلايا.

على الرغم من وفرة نازعة هيدروجين اللاكتات في الأنسجة ، إلا أن مستويات هذا الإنزيم منخفضة في الدم. ومع ذلك ، عند حدوث إصابة أو مرض ، يتم إطلاق العديد من الجزيئات في مجرى الدم. وبالتالي ، فإن اللاكتات ديهيدروجينيز هو مؤشر على إصابات وأمراض معينة ، مثل النوبات القلبية ، وفقر الدم ، والسرطان ، وفيروس نقص المناعة البشرية ، وغيرها.

كاتالاز

تم العثور على الكاتالاز في جميع الكائنات الحية التي تعيش في وجود الأكسجين. إنه إنزيم يسرع التفاعل الذي يتحلل بواسطته بيروكسيد الهيدروجين إلى ماء وأكسجين. وبهذه الطريقة يمنع تراكم المركبات السامة.

وبالتالي ، فهو يساعد على حماية الأعضاء والأنسجة من التلف الذي يسببه البيروكسيد ، وهو مركب ينتج باستمرار في العديد من التفاعلات الأيضية. يوجد في الغالب في الثدييات في الكبد.

المراجع

1. Agrawal، A.، Gandhe، M.، Gupta، D.، & Reddy، M. (2016). دراسة أولية على مصل اللاكتات ديهيدروجينيز (LDH) - العلامات الحيوية التشخيصية في سرطان الثدي. مجلة البحوث السريرية والتشخيصية ، 6-8.
2. Athappilly ، FK ، & Hendrickson ، WA (1995). هيكل مجال البيوتينيل من أنزيم أسيتيل كربوكسيلاز تحدده مراحل MAD. الهيكل ، 3 (12) ، 1407-1419.
3. بيرج ، جيه ، تيموكزكو ، جيه ، جاتو ، ج.ستراير ، إل (2015). الكيمياء الحيوية (الطبعة الثامنة). دبليو فريمان وشركاه.
4. بات ، إيه إيه ، مايكلز ، إس ، وكيسنجر ، بي (2002). ارتباط مستوى نازعة هيدروجين اللاكتات في الدم بالعدوى الانتهازية المختارة وتطور فيروس نقص المناعة البشرية. المجلة الدولية للأمراض المعدية ، 6 (3) ، 178–181.
5. فيجلر ، ج. (1944). وظيفة الأنهيدراز الكربوني في الدم. الطبيعة ، ١٣٧-٣٨.
6. جاويسكا ، إتش ، وفيتزباتريك ، بي إف (2011). هياكل وآلية عائلة مونوامين أوكسيديز. المفاهيم الجزيئية الحيوية ، 2 (5) ، 365-377.
7. Gupta ، V. ، & Bamezai ، RNK (2010). بيروفات كيناز الإنسان M2: بروتين متعدد الوظائف. علم البروتين ، 19 (11) ، 2031-2044.
8. Jitrapakdee، S.، St Maurice، M.، Rayment، I.، Cleland، WW، Wallace، JC، & Attwood، PV (2008). هيكل وآلية وتنظيم بيروفات كربوكسيلاز. مجلة الكيمياء الحيوية ، 413 (3) ، 369-387.
9. مويرهيد ، هـ. (1990). أيزونزيمات بيروفات كيناز. معاملات الجمعية البيوكيميائية ، 18 ، 193-196.
10. سولومون ، إي ، بيرج ، إل ومارتن ، د. (2004). علم الأحياء (الطبعة السابعة) Cengage Learning.
11. Supuran ، CT (2016). هيكل ووظيفة الأنهيدرات الكربونية. مجلة الكيمياء الحيوية ، 473 (14) ، 2023-2032.
12. تيبتون ، كيه إف ، بويس ، إس ، أوسوليفان ، جي ، ديفي ، جي بي ، وهيلي ، ج. (2004). أوكسيديز أحادي الأمين: اليقين والشكوك. الكيمياء الطبية الحالية ، 11 (15) ، 1965-1982.
13. Voet ، D. ، Voet ، J. & Pratt ، C. (2016). أساسيات الكيمياء الحيوية: الحياة على المستوى الجزيئي (الطبعة الخامسة). وايلي.
14. Xu، HN، Kadlececk، S.، Profka، H.، Glickson، JD، Rizi، R.، & Li، LZ (2014). يعتبر اللاكتات المرتفع مؤشرا لمخاطر انتشار الورم α دراسة تجريبية MRS باستخدام Hyperpolarized13C-Pyruvate. الأشعة الأكاديمية ، 21 (2) ، 223-231.