Enzyme Isomerase là gì? Vai trò của enzyme Isomerase    

Enzyme Isomerase là gì?

Enzyme isomerase là một loại enzyme tổng quát có thể thay đổi một phân tử từ đồng phân này sang đồng phân khác. Họ thường làm cho sắp xếp lại nội phân tử dễ dàng hơn. Sắp xếp lại nội phân tử là nơi bó lại bị phá vỡ và hình thành. Hình thức thông thường của phản ứng này là:

A-B → B-A

Có một chất nền duy nhất cũng chỉ tạo ra một sản phẩm. Mặc dù sản phẩm và chất nền có cùng công thức phân tử, chúng có kết nối liên kết và sắp xếp không gian khác nhau. Các đồng phân được biết là xúc tác cho nhiều phản ứng sinh học khác nhau. Glycolysis và chuyển hóa carbohydrate là một vài ví dụ.

Quá trình đồng phân hóa:

Các đồng phân hoạt động bằng cách xúc tác thay đổi chỉ trong một phân tử. Vì chúng thay đổi một đồng phân này thành đồng phân khác, sản phẩm cuối cùng có cùng công thức phân tử nhưng có cấu trúc vật lý thay thế. Mặc dù có nhiều loại đồng phân hiện có khác nhau, chúng có thể được phân loại thành hai nhóm khác nhau - đồng phân cấu trúc và đồng phân lập thể. Trong các đồng phân cấu trúc, các liên kết được sắp xếp khác nhau hoặc chúng khác nhau về kết nối liên kết của chúng với nhau. Các đồng phân cấu trúc có thể được xúc tác bởi các pha nội phân tử, oxyoreductase và transferase. Mặt khác, các đồng phân lập thể có cùng thứ tự các liên kết riêng lẻ và thậm chí cùng một kết nối nhưng có sự khác biệt trong cách sắp xếp ba chiều của các liên kết. Các đồng phân lập thể được xúc tác bằng cách sử dụng racemase, epimera và đồng phân cis-trans.

Phân loại đồng phân:

Phản ứng xúc tác enzyme được biết là có số phân loại duy nhất của riêng chúng. Phân loại enzyme cho các phản ứng xúc tác isomease là EC 5. Sau đó, isomerase có thể được phân loại thành sáu phân lớp:

1. Racemase / Epimeraes:

Các chủng và epimera hoạt động bằng cách đảo ngược hóa học lập thể tại carbon chirus mục tiêu. Trong khi các chủng tộc tác động lên các phân tử với một carbon chirus, thì các epimera hoạt động trên các phân tử có nhiều carbons nhưng chỉ hoạt động một trong số chúng. Loại này sau đó được chia nhỏ tùy thuộc vào những gì enzyme hoạt động, ví dụ, hành động trên các axit amin hoặc carbohydrate.

2. Đồng phân Cis-trans:

Lớp này dành cho các đồng phân xúc tác cho quá trình đồng phân hóa của các đồng phân cis-trans. Một số anken và xycloalkan nhất định có thể có các đồng phân lập thể cis-trans. Các đồng phân này được phân biệt thông qua định vị của các nhóm thế so với mặt phẳng tham chiếu thay vì cấu hình tuyệt đối. Sự khác biệt giữa các đồng phân cis-trans là các đồng phân cis có các nhóm thế của chúng ở cùng một phía trong khi các đồng phân trans có các nhóm ở hai phía đối diện nhau. Lớp này không được chia nhỏ thành các lớp phụ.

3. Oxidoreductase nội phân tử:

Các đồng phân này hoạt động bằng cách xúc tác cho sự chuyển điện tử từ phân tử này sang phân tử khác. Nói một cách đơn giản, chúng xúc tác cho phản ứng oxy hóa một phần của phân tử trong khi làm giảm phần còn lại. Tùy thuộc vào quá trình của chúng, các oxyoreductase nội phân tử có thể được chia thành các lớp sib tiếp theo.

4. Chuyển nội phân tử:

Các transferase nội phân tử (mutase) được sử dụng để xúc tác sự di chuyển của các nhóm chức năng từ một phần của phân tử này sang một phần khác. Các chất chuyển nội phân tử có thể được phân loại phụ thuộc vào nhóm chức năng nào mà enzyme di chuyển.

5. Các pha nội phân tử:

Các pha nội phân tử có chức năng trong các phản ứng trong đó một nhóm được coi là bị loại bỏ khỏi một phần của phân tử tạo thành liên kết đôi trong khi vẫn liên kết hóa trị với phân tử. Một số phản ứng được xúc tác bởi các pha nội phân tử liên quan đến việc phá vỡ cấu trúc vòng. Lớp này không thể được phân loại thêm.

Cơ chế của đồng phân:

1. Mở rộng vòng và co lại thông qua Tautomers:

Một ví dụ về loại cơ chế này, tức là mở vòng và co lại của vòng là sự đồng phân hóa glucose thành fructose. Phản ứng tổng thể làm cho vòng hình thành một aldose thông qua xúc tác axit / bazơ và sau đó tạo thành chất trung gian cis-ethanol. Vòng được đóng lại sau khi hình thành một ketose.

2. Khai báo:

Một ví dụ kinh điển về phản ứng epime hóa là chu trình Calvin khi D-ribulose-5-phosphate được chuyển thành D-xylulose-5-phosphate bằng ribulose-phosphate3-epimerase. Sự khác biệt giữa chất nền và sản phẩm là trong hóa học lập thể ở carbon thứ ba trong chuỗi. Quá trình này liên quan đến việc khử cacbon của carbon thứ ba để tạo ra chất trung gian enolate phản ứng.

3. Chuyển nội phân tử:

Một ví dụ về transferase nội phân tử là mutase chorismate. Chorismate mutase xúc tác sự thay đổi của chorismate thành prephenate. Loại thứ hai được sử dụng làm tiền chất cho L-tyrosine và L-phenylalanine ở một số thực vật và vi khuẩn. Phản ứng này là một sửa đổi Claisen có thể tiếp tục có hoặc không có isomerase, tuy nhiên, tốc độ tăng gấp 10 6 lần do đột biến chorismate. Quá trình trải qua trạng thái chuyển tiếp ghế với chất nền ở vị trí xuyên màng.

4. Sự oxy hóa nội phân tử:

Một ví dụ điển hình của cơ chế phản ứng này là hoạt động của Isopentenyl diphosphate delta isomerase type I (hay còn gọi là isomase của IPP) trong quá trình tổng hợp cholesterol. Nó thường xúc tác cho việc chuyển đổi isopentenyl diphosphate (IPP) thành dimethylallyl diphosphate (DMAPP). Trong quá trình đồng phân hóa này, một liên kết đôi carbon-carbon ổn định được định vị lại để tạo ra một đồng phân allylic điện di sâu sắc. IPP isomerase xúc tác quá trình này bằng sự hoán vị antarafacial stereoselective của một proton đơn độc.

Vai trò của Isomeraes đối với các bệnh ở người:

Enzyme isomerase có vai trò chính trong các bệnh ở người. Thiếu chất sinh học này có thể là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh ở người. Cả hai bệnh sau đây đều rất hiếm.

1. Thiếu hụt Phosphohexose Isomerase (PHI):

Nó còn được gọi là thiếu hụt isomease glucose-6-phosphate hoặc thiếu hụt isogase phosphoglucose. Đó là sự thiếu hụt enzyme di truyền. PHI là bệnh erthoenzyopathy thường gặp thứ hai trong glycolysis ngoài thiếu hụt pyruvate kinase và có liên quan đến thiếu máu tan máu không do spherocytic thiếu nghiêm trọng. Nhiễm trùng này được cố định trên protein glucose-6-phosphate. Protein này có thể được tìm thấy trong việc thải ra một số tế bào ung thư. PHI là hậu quả của một enzyme dimeric xúc tác sự xen kẽ thuận nghịch của fructose-6-phosphate và glucose-6-phosphate. Sự thiếu hụt phosphohexose isomerase có thể dẫn đến một tình trạng được ám chỉ là rối loạn tán huyết. Ở người, hội chứng tan máu, được mô tả bởi số lượng hồng cầu giảm, hematocrit thấp hơn, huyết sắc tố thấp hơn, số lượng hồng cầu lưới và nồng độ bilirubin huyết tương cao hơn, và chỉ số soma gan và lách cao hơn, chỉ xuất hiện ở người đồng hợp tử.

2. Thiếu hụt Triosephosphate Isomerase:

Bệnh được ám chỉ là sự bất cập của triosephosphate isomease (TPI), là một vấn đề đa hệ thống tự phát cực đoan mắc phải trong quá trình tiêu hóa glycolytic. Nó được mô tả bởi thiếu máu tán huyết và thoái hóa thần kinh và được gây ra bởi rối loạn chức năng trao đổi chất kỵ khí. Rối loạn chức năng này được gây ra bởi một đột biến tên lửa ảnh hưởng đến protein TPI được mã hóa. Đột biến được công nhận rộng rãi nhất là sự thay thế gen, Glam104Asp, tạo ra kiểu hình nghiêm trọng nhất và có thể trả lời được cho khoảng 80% thiếu hụt TPI lâm sàng. TPI có 25% cơ hội tái phát do cha mẹ dị hợp tử. Đó là một bệnh bẩm sinh thường xuyên xảy ra với bệnh thiếu máu tán huyết và biểu hiện bằng vàng da.

Ứng dụng công nghiệp:

1. Sản xuất đường:

Việc sử dụng đồng phân được công nhận rộng rãi nhất trong các ứng dụng công nghiệp là trong sản xuất đường. Glucose isomerase (hay còn gọi là xyloza isomease) xúc tác cho sự chuyển hóa D-xyloza và D-glucose thành D-xylulose và D-fructose. Tương tự như hầu hết các đồng phân đường, glucose isomerase xúc tác cho sự xen kẽ của aldoses và ketoses.

2. Xi-rô ngô Fructose cao:

Sự chuyển đổi glucose thành fructose là một phân đoạn quan trọng trong sản xuất xi-rô ngô hàm lượng cao fructose. Đồng phân hóa đặc biệt hơn so với các phương pháp hóa học cũ để tạo ra fructose và do đó mang lại sản lượng fructose tốt hơn mà không cần bất kỳ sản phẩm phụ nào. Fructose được sản xuất từ quá trình đồng phân hóa này sạch hơn, không có mùi vị dai dẳng từ các chất gây ô nhiễm. Xi-rô ngô hàm lượng cao fructose được ưa chuộng bởi nhiều nhà sản xuất bánh kẹo và nước giải khát do khả năng làm ngọt của fructose cao hơn so với sucrose (gấp đôi so với sucrose), nó giảm giá vừa phải và không có khả năng kết tinh. Fructose cũng được sử dụng như một chất làm ngọt cho bệnh nhân tiểu đường.

3. Sản xuất Ethanol:

Sự đồng phân hóa của xyloza với xylulose có các ứng dụng kinh doanh riêng của nó khi các nhà nghiên cứu đang trở nên quan tâm hơn đối với nhiên liệu sinh học. Quá trình này thường được quan sát thấy ở các sinh vật cực nhỏ ăn vật chất thực vật thối rữa. Việc sử dụng công nghiệp thường xuyên nhất của nó là trong việc tạo ra ethanol, được thực hiện bằng quá trình lên men của xylulose. Việc sử dụng hemiaellulose làm nguyên liệu gốc là đặc biệt bình thường. Hemiaellulose chứa xylan, chính nó được tạo ra từ xyloza trong các liên kết β (1,4). Việc sử dụng glucose isomerase có hiệu quả thay đổi xyloza thành xylulose, sau đó có thể được thực hiện bằng cách lên men.

Điều này kết luận hướng dẫn về enzyme isomerase. Như bạn có thể thấy nó là một enzyme rất quan trọng trong nhiều phản ứng sinh học khác nhau. Sự thiếu hụt của nó có thể dẫn đến các bệnh ở người mặc dù chúng là những bệnh hiếm gặp với ít hơn năm mươi bệnh được quan sát trong tài liệu. Enzyme Isomerase cũng có nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau - đáng chú ý nhất là sản xuất đường.