izomeraz enzimi | Hidrofobik bağlanma yüzeyi

izomeraz enzimi

 İzomeraz enzimi, iyona duyarlı monofosfat grubunu iki değerlikli katyona tersine çevirerek hücre zarının redoks durumunu düzenlemekten sorumludur. Enzimin aktivitesini birkaç faktör kontrol eder. Bu faktörler, Hidrofobik bağlanma yüzeyini, Divalent Katyonlara Bağımlılığı ve Mutasyonları içerir. Bu enzimin farklı yönlerini keşfedelim. 

İzomeraz enziminin

kararlılığı İzomeraz enziminin kararlılığı, reaksiyon mekanizmasına bağlıdır. Katalitik kalıntıları konumlandıran ve labil ara maddeleri koruyan bir aktif bölge döngü kapatmasıyla başlar. Enzimdeki tek Trp kalıntısı bu döngü içinde bulunur. Bu enzimin stabilitesini araştırmak için 13C etiketli numuneler kullanıldı. Trp’nin kapalı aktif formdaki kimyasal kayması, serbest enzim ile ilişkilidir, oysa aynı değişiklikler açık döngü konformasyonundadır.

l-arabinoz izomeraz türevlerinin stabilitesi incelenmiştir. Çözünmeyen türevlerin, aynı pH’ta doğal enzimden daha düşük bir Vmax’a sahip olduğu bulundu. Bunun nedeni difüzyonel ve sterik kısıtlamalar veya substratın enzimin aktif bölgesine erişiminin azalması olabilir. Bununla birlikte, d-ksiloz izomeraz türevlerinin stabilitesi alkali inkübasyondan etkilenmedi.

İn vitro ve in vivo çalışmalarda, polimerik bir yüzey üzerinde immobilize edilmiş yüksek glikoz izomeraz konsantrasyonları stabiliteyi geliştirir. Ayrıca immobilize izomeraz, aktivitede 40’tan 70°C’ye sürekli bir artış sergiler. İzomerazın kinetik parametreleri, immobilizasyon ve müteakip alkali muamele ile iyileştirildi. Bu sonuçlar, immobilize izomerazların iyi termal stabilite sergilediğini göstermektedir.

Hidrofobik bağlanma yüzeyi

İzomerazın hidrofobik bağlanma yüzeyi, enzimin katalitik mekanizmasının kritik bir bileşenidir. Peptitler, 310-sarmal, b8-b9 saç tokası ve b-şerit artışı ile sınırlanan hidrofobik bir cebe bağlanır. Spesifik bağlama modları çeşitli olsa da, çoğu ortak tanıma ilkelerini paylaşır. Örneğin, son derece esnek b8-b9 saç tokası ve esnek katlanmamış polipeptit streç, hidrofobik yan zincirleri ayırmak için hareket eder.

IF alanları çok yönlüdür ve çeşitli sekans bağlamlarında hidrofobik kalıntıları bağlamalarına izin verir. Bu uzantılar, katlanmamış proteinlerin karakteristiği olduğundan, IF alanları, katlanan şaperonlar olarak işlev görmek için çok uygun görünmektedir. Bu karmaşık etkileşimler, NMR gevşemesi ile ortaya çıkar. Bu şaperonların izomeraz enzimlerinin katlanma sürecindeki rolü de tartışılmıştır.

İzomeraz enzimlerinin hidrofobik bağlanma yüzeyi, Y63 kalıntısının hareketliliği nedeniyle oldukça değişkendir. Y63’ün rolü tam olarak anlaşılmamakla birlikte, enzim ve substratı arasındaki etkileşimlerde önemli bir rol oynaması muhtemeldir. Bu hareketlilik, alt tabaka hareketlerine uyum sağlamasına izin verebilir. İzomeraz enzimlerinin hidrofobik bağlanma yüzeyi oldukça değişkendir ve tam rolünü belirlemek için daha fazla çalışma gerektirir.

İzomerizasyon reaksiyonlarını katalize etmeye ek olarak, izomerazlar birçok biyokimyasal süreçte yer alır. Glikoz izomeraz böyle bir enzimdir. Gıda endüstrisinde sükroza popüler bir alternatif olan yüksek fruktozlu mısır şurubu sentezlemek için kullanılır. Bu işlem, sürekli sabit yataklı reaktörlerde gerçekleştirilir ve glikoz üretiminin yılda bir milyon tonu aştığı tahmin edilmektedir.

İki değerlikli katyonlara bağımlılık

Bu çalışma, D-ksiloz izomerazın aktivitesinin belirleyicilerini açıklamakta ve işlevini gerçekleştirmek için iki değerlikli katyonlara bağımlı olduğunu göstermektedir. En aktif izomerizasyon pH 5.0’da bulunur ve enzim ayrıca D-glikoz, riboz ve arabinoz ile çok daha düşük bir verimlilikle çalışır. İzomeraz enzimlerinin aktivitesi hiperboliktir ve iki değerlikli katyonlar izomerizasyon hızını en güçlü şekilde etkiler. Bifazik doyma eğrileri, çözeltideki enzimlerin aktivitesini ölçer.

L-fukozdan l-fuküloz üretimi ayrıca ince tabaka kromatografisi ve gaz kromatografisi/kütle spektrometresi analizi ile doğrulandı. Ara çevrimin yalnızca bir ürün, l-fukoz ürettiği sonucuna varıldı. Ayrıca, karşılıklı dönüşüm bir yan ürün de değildi. Bu nedenlerden dolayı enzim metal içermez.

Rekombinasyon reaksiyonunun KSI serbest enerji profili, divalent katyonların substrat ile reaksiyona girerken farklı stabilizasyon enerjilerine sahip olduğunu gösterir. Sonuç olarak, çözeltideki denge sabiti, enzimin serbest enerjisinden çok daha yüksek olan on sekiz civarındadır. Ayrıca, KSI enzimi ara ürünü stabilize etme görevi görür. Bunu, adenosin trifosfatın hidrolizi yoluyla yapar.

İzomeraz enzimi etkiledi

Bilim adamları, izomeraz enzimindeki mutasyonların, çalışmada katalitik aktivitesini etkilediğini buldu. Bir F279Q mutasyonu, enzimin l-fukoz için afinitesini arttırdı, ancak l-arabinoz için afinitesini azalttı. Mutasyon muhtemelen enzimin substratlarını tanıma şeklini etkilemiştir. Ancak araştırmacılar bu mutasyonun neden bu etkiye neden olduğunu tam olarak açıklayamıyor. Bu analiz, izomeraz enziminin çalıştığı mekanizmanın daha iyi anlaşılmasına rehberlik edebilir.

İnsanlarda, triosefosfat izomeraz on bir yanlış anlamlı mutasyondan oluşur. Bu mutasyonların bazıları öldürücüdür. Örneğin, kronik hemolitik anemisi olan bir Macar hasta, F240L adlı bir mutasyonu barındırır. Bu mutasyon, enzimin dimerik stabilitesini ve kinetik parametrelerini etkiler. Ayrıca, katalitik artıkların esnekliğini ve 8 namlulu katın bir kısmını etkiler.

Bilim adamları, izomerazdaki yararlı amino asit mutasyonlarını belirlemek için çoklu dizi hizalama (MSA), moleküler yerleştirme (PSD) ve yapıya dayalı moleküler analizi (SBMD) birleştirir. Bu çalışmada, yüksek katalitik yeteneğe sahip bir bitki olan Glycine max’tan bir tip II ki-enzimi incelediler. GmCHI’nin amino asit bileşimini analiz ettikten sonra, bu araştırmacılar iki aday mutasyon bölgesi buldular. Bu aday sitelerin daha fazla analizi, yapısal bilgi ve reaksiyon mekanizması kullanılarak yapılmıştır.

Muhtemel mutasyonlar arasında, L141H sübstitüsyonu, yabani tipe kıyasla likopen üretimini 1,10 kat iyileştirdi. Ayrıca L195F ve W256C mutasyonları da likopen aktivitesini artırmıştır. Bu genlerdeki tek mutasyonlar, ksiloz üzerinde anaerobik büyüme sağlamak için yeterliydi. PMR1’in etkisizleştirilmesi, hücre içi Mn2+ seviyelerinin yükselmesine neden oldu, bu da heterolog olarak eksprese edilen ksilem aktivitesini arttırdı.

Organizmanın aşı boyutu

İzomeraz enzim üretimi organizmanın aşı boyutuna bağlıdır. Büyük bir inokulum, substratlar ve besinler arasındaki rekabeti artırarak enzim aktivitesini azaltır. Optimum üretkenlik için inokulum boyutu, maksimum hücre kütlesinin en az %50’si olmalıdır. Bu, ortamı ön kültür ve fermantasyon aşamalarında optimize ederek elde edilebilir. Ayrıca karbon/azot oranı dengelenmelidir.

Ek olarak, daha büyük bir bakteri inokulum boyutu, glikoz izomeraz üretimini engeller; daha küçük bir inokulum boyutu, enzim aktivitesinin artmasına neden olur. Enzim aktivitesini en üst düzeye çıkarmak için indüksiyon ortamındaki bakteriler en az yüzde beş ila 20 olmalıdır. Optimal bakteri inokulum boyutu %5 ile %20 arasında değişir. Daha yüksek aşılama seviyeleri ayrıca glikoz izomeraz üretimini de engeller.

İzomeraz enzimleri, benzer atomik bileşime ancak farklı kimyasal grup düzenlemelerine sahip moleküller olan izomerlerin birbirine dönüşümünü katalize eder. Bu enzim, biyolojide güncel bir izomerizasyon modelini temsil eder ve genom dizilerinin açıklanmasına katkıda bulunur. Katalitik mekanizması, üç reaktan, l-fenilalanin, ATP ve glisin içerir. Bu analiz, izomeraz yolunu tanımlayan daha geniş bir dizinin bir öğesidir.

Yaygın EC 5.99 izomerazları

EC 377’dir En yaygın EC 5.99 izomerazları EC 377, EC 457 ve EC 4993’tür. EC numaraları dört basamaklı aktif enzimleri ifade eder ve bunların 245’i izomeraz’a karşılık gelir. Enzimler birçok reaksiyonu katalize eder ve EC, belirli bir enzimde hangi reaksiyonun baskın olduğunu belirlemek için her birine dört basamaklı bir EC numarası atar. EC numaraları enzimleri kategorize etmek için biyolojik veritabanlarında kullanılır.

İzomerazlar, organik sentezdeki karşılıklı dönüşümleri katalize eden özelleşmiş enzimlerdir. Katalizleri biyoteknoloji, organik sentez ve ilaç keşfinde önemli uygulamalara sahiptir. İzomerazlar unimoleküler olduklarından, katalizlerini elle incelemek nispeten kolaydır. Ayrıca, enzim katalizinin elektrostatik ilkeleri hakkında fikir verirler. Stereoizomerizasyon, biyolojik kimyanın önemli bir yönüdür ve onu daha fazla çalışmaya değer kılan birçok ilginç özelliğe sahiptir.

İzomeraz enziminin etki mekanizması, amino asitler ve glisin arasındaki karmaşık bir etkileşimdir. Oksidasyon-redüksiyon veya dekarboksilasyon gibi sonraki reaksiyonlar için bir substrat hazırlarlar ve fosforilasyon reaksiyon yollarını katalize ederler. Ayrıca enzimin genel kimyasal bileşimini değiştirmeden konum değişikliğini kolaylaştırırlar. İzomeraz aktivitesinin birçok farklı mekanizması vardır.