إن الأكسدة أوكتازات هي بروتينات ذات نشاط إنزيمي مسؤولة عن تحفيز تفاعلات الأكسدة والاختزال ، أي التفاعلات التي تنطوي على إزالة ذرات الهيدروجين أو الإلكترونات في الركائز التي تعمل عليها.
التفاعلات التي تحفزها هذه الإنزيمات ، كما يشير اسمها ، هي تفاعلات تقليل الأكسدة ، أي التفاعلات التي يتبرع فيها جزيء بالإلكترونات أو ذرات الهيدروجين ويستقبلها آخر ، مما يؤدي إلى تغيير حالات الأكسدة الخاصة بها.
مخطط بياني لتفاعل أوكسيدوروكتاز من النوع EC 1.2.1.40 (المصدر: akane700 عبر ويكيميديا كومنز)
مثال على إنزيمات أوكسيوروكتاز الشائع جدًا في الطبيعة هو نازعة الهيدروجين والأكسيداز. يمكن الإشارة إلى إنزيم نازعة الهيدروجين الكحولي ، الذي يحفز نزع الهيدروجين من الإيثانول لإنتاج أسيتالديهيد بطريقة تعتمد على NAD + أو التفاعل العكسي ، لإنتاج الإيثانول أثناء التخمير الكحولي الذي تقوم به بعض الخمائر المهمة تجاريًا.
إن إنزيمات سلسلة نقل الإلكترون في الخلايا الهوائية هي عبارة عن إنزيمات مؤكسدة مسؤولة عن ضخ البروتونات ، وبالتالي توليد التدرج الكهروكيميائي عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي الذي يسمح بتوليف ATP.
الخصائص العامة
إنزيمات Oxidoreductase هي إنزيمات تحفز أكسدة مركب ما ويصاحب ذلك اختزال مركب آخر.
تتطلب هذه عادة وجود أنواع مختلفة من الإنزيمات المساعدة لعملها. تفي الإنزيمات المساعدة بوظيفة التبرع أو قبول الإلكترونات وذرات الهيدروجين التي تضيفها الأكسدة أو تزيلها إلى ركائزها.
يمكن أن تكون هذه الإنزيمات المساعدة زوج NAD + / NADH أو زوج FAD / FADH2. في العديد من أنظمة التمثيل الغذائي الهوائية ، يتم نقل هذه الإلكترونات وذرات الهيدروجين في النهاية من الإنزيمات المساعدة إلى الأكسجين.
إنها إنزيمات ذات "نقص" واضح في خصوصية الركيزة ، مما يسمح لها بتحفيز تفاعلات الارتباط المتبادل في أنواع مختلفة من البوليمرات ، سواء كانت بروتينات أو كربوهيدرات.
تصنيف
في كثير من الأحيان ، تعتمد تسمية وتصنيف هذه الإنزيمات على كل من الركيزة الرئيسية التي تستخدمها ونوع الإنزيم المساعد الذي تحتاجه لتعمل.
وفقًا لتوصيات لجنة التسمية التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية (NC-IUBMB) ، تنتمي هذه الإنزيمات إلى فئة EC 1 وتتضمن أكثر أو أقل من 23 نوعًا مختلفًا (EC1.1-EC1.23) ، وهي:
- EC 1.1: التي تعمل على مجموعات CH-OH للجهات المانحة.
- EC 1.2: الذي يعمل على مجموعة الألدهيد أو مجموعة أوكسو للمانحين.
- EC 1.3: التي تعمل على مجموعات CH-CH للمانحين.
- EC 1.4: التي تعمل على مجموعات CH-NH2 للمانحين.
- EC 1.5: التي تعمل على مجموعات CH-NH للجهات المانحة.
- EC 1.6: الذي يعمل في NADH أو في NADPH.
- EC 1.7: الذي يعمل على مركبات النيتروجين الأخرى كمانحين.
- EC 1.8: الذي يعمل على مجموعات الكبريت للمانحين.
- EC 1.9: التي تعمل في مجموعات الهيم للمانحين.
- EC 1.10: التي تعمل على الجهات المانحة مثل الديفينول والمواد الأخرى ذات الصلة.
- EC 1.11: الذي يعمل على بيروكسيد كمستقبل.
- EC 1.12: الذي يعمل على الهيدروجين كمانح.
- EC 1.13: الذي يعمل على متبرعين بسيطين من خلال دمج الأكسجين الجزيئي (إنزيمات الأكسجين).
- EC 1.14: الذي يعمل على مانحين "مزدوجين" ، مع دمج أو تقليل الأكسجين الجزيئي.
- EC 1.15: الذي يعمل على الأكاسيد الفائقة كمقبلات.
- EC 1.16: الذي يؤكسد أيونات المعادن.
- EC 1.17: التي تعمل على مجموعات CH أو CH2.
- EC 1.18: الذي يعمل على البروتينات التي تحتوي على الحديد وتعاني كمانحات.
- EC 1.19: الذي يعمل على تقليل الفلافودوكسين كمانح.
- EC 1.20: الذي يعمل على المانحين مثل الفوسفور والزرنيخ.
- EC 1.21: الذي يعمل في التفاعل XH + YH = XY.
- EC 1.22: الذي يعمل على هالوجين المتبرعين.
- EC 1.23: الذي يقلل من مجموعات COC كمقبلات.
- EC 1.97: إنزيم مؤكسد آخر.
تتضمن كل فئة من هذه الفئات أيضًا مجموعات فرعية يتم فصل الإنزيمات إليها وفقًا لتفضيل الركيزة.
على سبيل المثال ، ضمن مجموعة الأكسدة التي تعمل على مجموعات CH-OH الخاصة بالمانحين ، هناك البعض ممن يفضلون NAD + أو NADP + كمستقبلات ، بينما يستخدم البعض الآخر السيتوكرومات والأكسجين والكبريت ، إلخ.
بناء
نظرًا لأن مجموعة الأكسدة المختلطة متنوعة للغاية ، فإن إنشاء خاصية هيكلية محددة أمر صعب للغاية. لا يختلف هيكلها من إنزيم إلى إنزيم فحسب ، بل يختلف أيضًا بين الأنواع أو مجموعة الكائنات الحية وحتى من خلية إلى أخرى في الأنسجة المختلفة.
نموذج المعلومات الحيوية لهيكل إنزيم أوكسيريدوكتاز (المصدر: جواهر سواميناثان وموظفو MSD في المعهد الأوروبي للمعلومات الحيوية عبر ويكيميديا كومنز)
إنزيم نازعة هيدروجين البيروفات ، على سبيل المثال ، عبارة عن مركب يتكون من ثلاث وحدات فرعية حفزية مرتبطة بالتسلسل تُعرف باسم الوحدة الفرعية E1 (نازعة هيدروجين البيروفات) ، والوحدة الفرعية E2 (ثنائي هيدروليبو أميد أسيتيل ترانسفيراز) ، والوحدة الفرعية E3 (ديهيدروليبو أميد ديهيدروجينيز).
يمكن أن تتكون كل واحدة من هذه الوحدات الفرعية بدورها من أكثر من مونومر بروتين واحد من نفس النوع أو من أنواع مختلفة ، أي أنها يمكن أن تكون متجانسة (تلك التي تحتوي على مونومرين متساويين فقط) ، غير متجانسة (تلك التي تحتوي على ثلاثة مونومرات مختلف) وما إلى ذلك.
ومع ذلك ، فهي عادة ما تكون عبارة عن إنزيمات تتكون من حلزونات ألفا وصفائح مطوية β مرتبة بطرق مختلفة ، مع تفاعلات محددة داخل الجزيئات وأنواع مختلفة.
المميزات
تحفز إنزيمات أوكسيدوروكتاز تفاعلات تقليل الأكسدة في جميع خلايا جميع الكائنات الحية تقريبًا في المحيط الحيوي. هذه التفاعلات قابلة للعكس بشكل عام ، حيث يتم تغيير حالة الأكسدة لذرة واحدة أو أكثر داخل نفس الجزيء.
تحتاج أوكسيدوروكتازات عادةً إلى ركيزتين ، إحداهما تعمل كمانح للهيدروجين أو الإلكترون (للتأكسد) والأخرى تعمل كمستقبل للهيدروجين أو الإلكترون (للتقليل).
هذه الإنزيمات مهمة للغاية للعديد من العمليات البيولوجية في أنواع مختلفة من الخلايا والكائنات الحية.
يعملون ، على سبيل المثال ، في تصنيع الميلانين (صبغة تتشكل في خلايا جلد الإنسان) ، في تكوين وتحلل اللجنين (مركب هيكلي للخلايا النباتية) ، في الطي. البروتين ، إلخ.
يتم استخدامها صناعيًا لتعديل نسيج بعض الأطعمة ومن الأمثلة على هذه البيروكسيدات وأكسيداز الجلوكوز وغيرها.
علاوة على ذلك ، فإن أبرز إنزيمات هذه المجموعة هي تلك التي تشارك كناقلات إلكترونية في سلاسل نقل غشاء الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء وغشاء البلازما الداخلي للبكتيريا ، حيث تكون بروتينات غشائية.
أمثلة على الأكسدة أوكتازات
هناك المئات من الأمثلة على إنزيمات أوكسيدوروكتاز في الطبيعة وفي الصناعة. هذه الإنزيمات ، كما تمت مناقشته ، لها وظائف ذات أهمية قصوى لوظيفة الخلية ، وبالتالي ، للحياة في حد ذاتها.
إن الإنزيمات المؤكسدة لا تشمل فقط إنزيمات البيروكسيداز ، اللاكسيس ، أوكسيديز الجلوكوز أو نازعات الهيدروجين الكحولية ؛ كما أنها تجمع بين معقدات مهمة مثل إنزيم نازعة الهيدروجين غليسيرالدهيد 3 فوسفات أو مركب نازعة هيدروجين البيروفات ، وما إلى ذلك ، وهي ضرورية من وجهة نظر هدم الجلوكوز.
كما أنه يشمل جميع إنزيمات مركب نقل الإلكترون في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا أو في الغشاء الداخلي للبكتيريا ، على غرار بعض الإنزيمات الموجودة في البلاستيدات الخضراء للكائنات النباتية.
بيروكسيدات
البيروكسيدات عبارة عن إنزيمات متنوعة للغاية وتستخدم بيروكسيد الهيدروجين كمستقبل للإلكترون لتحفيز أكسدة مجموعة متنوعة من الركائز ، بما في ذلك الفينولات أو الأمينات أو الثيول ، من بين أمور أخرى. في تفاعلهم يقومون بتقليل بيروكسيد الهيدروجين لإنتاج الماء.
إنها مهمة جدًا من وجهة نظر صناعية ، حيث يعتبر بيروكسيداز الفجل الأكثر أهمية والأكثر دراسة على الإطلاق.
من الناحية البيولوجية ، تعتبر البيروكسيدات مهمة لإزالة مركبات الأكسجين التفاعلية التي يمكن أن تسبب أضرارًا كبيرة للخلايا.
المراجع
- موسوعة بريتانيكا. (2019). تم الاسترجاع في 26 ديسمبر 2019 ، من www.britannica.com
- Ercili-Cura، D.، Huppertz، T.، & Kelly، AL (2015). تعديل إنزيمي لقوام منتجات الألبان. في تعديل قوام الطعام (ص 71-97). وودهيد للنشر.
- ماثيوز ، سي كيه ، فان هولدي ، كيه إي ، وأهيرن ، كيه جي (2000). الكيمياء الحيوية. أضف. ويسلي لونجمان ، سان فرانسيسكو.
- نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.
- لجنة التسمية التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية (NC-IUBMB). (2019). تم الاسترجاع من www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- Patel، MS، Nemeria، NS، Furey، W.، & Jordan، F. (2014). معقدات البيروفات ديهيدروجينيز: الوظيفة القائمة على الهيكل والتنظيم. مجلة الكيمياء البيولوجية ، 289 (24) ، 16615-16623.