Třída ligázových enzymů E.C. 6 zahrnuje syntázy a syntetázy. Účastní se syntetických reakcí a katalyzují spojování dvou molekul za současného přerušení difosfátové vazby v ATP nebo jiném srovnatelném trifosfátu.

Na rozdíl od syntetáz, které při syntéze biologických sloučenin využívají jako zdroj energie ATP, jsou syntetázy jakékoliv ligázy, které katalyzují syntézu biologických sloučenin bez využití ATP jako zdroje energie.

V tomto článku se dozvíte, jaký je přesně rozdíl mezi syntetázou a syntetázou.

Co je syntháza?

Syntáza je enzym, který v biochemii katalyzuje proces syntézy. Mějte na paměti, že biologické názvosloví původně rozlišovalo syntázy a syntázy.

Podle původní definice využívají syntetázy jako zdroj energie nukleosidtrifosfáty (jako ATP, GTP, CTP, TTP a UTP), zatímco syntetázy nikoli.

Nicméně podle Společné komise pro biochemickou nomenklaturu (JCBN) lze "syntázu" použít pro označení jakéhokoli enzymu, který katalyzuje syntézu (bez ohledu na to, zda využívá nukleosidtrifosfáty), ale "syntetáza" by se měla používat pouze pro označení "ligázy".

Zde je seznam příkladů různých typů syntáz:

• ATP syntáza
• Citrát syntáza
• Tryptofansyntáza
• Pseudouridin syntetáza
• Syntáza mastných kyselin
• Syntáza celulózy (tvořící UDP)
• Celulóza syntáza (tvořící GDP)

ATP syntáza

Adenosindifosfát (ADP) a anorganický fosfát se používají k vytvoření molekuly adenosintrifosfátu (ATP), která je zásobárnou energie, pomocí proteinu zvaného ATP syntáza (Pi).

Řadí se mezi ligázy, protože modifikuje ADP vytvořením vazby P-O (fosfodiesterové vazby). Molekulární zařízení se nazývá ATP syntáza.

Z energetického hlediska je výroba ATP z ADP a Pi nežádoucí a proces by obvykle probíhal opačným způsobem.

Gradient koncentrace protonů (H+) přes vnitřní mitochondriální membránu u eukaryot nebo přes plazmatickou membránu u bakterií pohání tuto reakci vpřed tím, že syntézu ATP během buněčného dýchání spojuje s tímto gradientem.

V rostlinách využívá ATP syntáza pro výrobu ATP během fotosyntézy protonový gradient, který vzniká v lumen tylakoidů přes tylakoidní membránu do stromatu chloroplastu.

Pro ATPázu jsou eukaryotické ATP syntázy F-ATPázy, které fungují "obráceně." O tomto druhu pojednává především tento článek. FO a F1 podjednotky F-ATPázy mají rotační motorický mechanismus, který umožňuje syntézu ATP.

Existují různé typy syntáz

Citrátová syntáza

Téměř všechny živé buňky obsahují enzym citrát syntázu, který slouží jako pacemaker v prvním kroku cyklu kyseliny citronové a označuje se E.C. 2.3.3.1 (dříve 4.1.3.7). (nebo Krebsův cyklus).

Citrát syntáza se nachází v mitochondriální matrix eukaryotických buněk, ačkoli ji nekóduje mitochondriální, ale jaderná DNA.

Je vytvářen v cytoplazmě cytoplazmatickými ribozomy a následně přesunut do mitochondriální matrix.

Typickým kvantitativním enzymovým markerem existence intaktních mitochondrií je citrát syntáza. Maximální aktivita citrát syntázy ukazuje, kolik mitochondrií je přítomno v kosterním svalu.

Vysoce intenzivní intervalový trénink má potenciál zvýšit maximální aktivitu více než vytrvalostní trénink nebo vysoce intenzivní intervalový trénink.

Acetylkoenzym A má dvouuhlíkatý acetátový zbytek a molekula čtyřuhlíkatého oxaloacetátu kondenzuje za vzniku šestiuhlíkatého citrátu, který vzniká kondenzační reakcí katalyzovanou citrát syntázou.

Tryptofan syntáza

Poslední dva kroky při výrobě tryptofanu jsou katalyzovány enzymem tryptofansyntázou, známým také jako tryptofansyntáza.

Častými hostiteli jsou Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi a Plantae. Animalia ho však nemají. Obvykle se objevuje jako 2 2 tetramer.

Podjednotky katalyzují reverzibilní přeměnu indol-3-glycerolfosfátu na indol a glyceraldehyd-3-fosfát (G3P) (IGP).

V procesu závislém na pyridoxalfosfátu (PLP) katalyzují podjednotky ireverzibilní kondenzaci indolu a serinu za vzniku tryptofanu.

Vnitřní hydrofobní kanál o délce 25 angströmů umístěný v enzymu spojuje každé aktivní místo se sousedním aktivním místem.

To podporuje substrátový kanál, mechanismus, kterým indol produkovaný v aktivních místech difunduje přímo do jiných aktivních míst. Tryptofansyntáza obsahuje alostericky spřažená aktivní místa.

U Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi a Plantae se často objevuje tryptofansyntáza. Lidé a ostatní živočichové ji postrádají.

Tryptofan je jednou z devíti pro člověka nezbytných aminokyselin a patří mezi dvacet standardních aminokyselin. Tryptofan je tedy pro lidskou stravu nezbytný.

Je také známo, že tryptofansyntetáza může používat analogy indolu, jako jsou fluorované nebo metylované indoly, jako substráty pro výrobu ekvivalentních analogů tryptofanu.

Pseudouridin

Řecké písmeno psi- se používá pro zkratku pseudouridinu, izomeru nukleosidu uridinu, v němž je uracil spojen s atomem uhlíku vazbou uhlík-uhlík, nikoli glykosidickým spojením dusík-uhlík (Uracil se v tomto uspořádání občas označuje jako "pseudouracil").

Nejrozšířenější změnou RNA v buněčné RNA je pseudouridin. RNA může během transkripce a syntézy projít více než 100 chemicky jedinečnými změnami.

Kromě čtyř konvenčních nukleotidů mohou potenciálně ovlivňovat expresi RNA posttranskripčně a mají v buňce řadu funkcí, včetně translace, lokalizace a stability RNA.

Jedním z nich je pseudouridin, C5-glykosidový izomer uridinu s vazbou C-C mezi C1 ribózového cukru a C5 uracilu namísto typické vazby C1-N1 přítomné v uridinu.

Má dodatečnou rotační pohyblivost a konformační flexibilitu díky vazbě C-C. Kromě toho má pseudouridin v poloze N1 další donor vodíkové vazby.

Pseudouridin, nazývaný také 5-ribosyluracil, je známou, ale záhadnou součástí strukturních RNA (přenosové, ribozomální, malé jaderné (snRNA) a malé nukleolární). Nedávno byl nalezen také v kódující RNA.

Byl objeven jako první, je nejrozšířenější a vyskytuje se ve všech třech vývojových oblastech života. V kvasinkové tRNA tvoří pseudouridin asi 4 % nukleotidů.

Tato změna báze může díky tvorbě dalších vodíkových vazeb s vodou stabilizovat RNA a posílit stohování bází.

Počet pseudouridinů roste se složitostí organismu. 11 pseudouridinů je v rRNA Escherichia coli, 30 v cytoplazmatické rRNA kvasinek, jedna změna v mitochondriální 21S rRNA a zhruba 100 v rRNA člověka.

Bylo prokázáno, že pseudouridin v rRNA a tRNA dolaďuje a stabilizuje regionální strukturu a pomáhá udržovat jejich roli při dekódování mRNA, sestavování ribozomů, zpracování a translaci.

Bylo prokázáno, že pseudouridin v snRNA zlepšuje rozhraní mezi pre-mRNA a spliceozomální RNA a pomáhá regulovat sestřih.

Syntáza mastných kyselin

Gen FASN u člověka kóduje enzym známý jako syntáza mastných kyselin (FAS). Multienzymový protein zvaný syntáza mastných kyselin katalyzuje syntézu mastných kyselin.

Je to celý enzymatický systém, ne jen jeden enzym, tvořený dvěma identickými multifunkčními polypeptidy o velikosti 272 kDa, které přenášejí substráty z jedné funkční domény do druhé.

Jeho hlavním úkolem je využívat NADPH ke katalýze tvorby palmitátu (C16:0, nasycené mastné kyseliny s dlouhým řetězcem) z acetyl- a malonyl-CoA.

Acetyl-CoA a malonyl-CoA se přeměňují na mastné kyseliny pomocí dekarboxylačních Claisenových kondenzačních procesů.

Po každém kole elongace pracují postupně ketoreduktáza (KR), dehydratáza (DH) a enoylreduktáza, aby snížily beta keto skupinu na zcela nasycený uhlíkový řetězec (ER).

Když řetězec mastné kyseliny naroste na délku 16 uhlíků, uvolní se působením thioesterázy (TE), která je kovalentně spojena s fosfopantheinovou prostetickou skupinou acyl-nosiče (ACP) (kyselina palmitová).

Syntáza celulózy (tvořící UDP)

Primárním enzymem zodpovědným za produkci celulózy je celulóza syntáza (EC 2.4.1.12) ve své UDP-formě. Obecně se označuje jako UDP-glukóza: (1→4) Enzymologie 4-D-glukosyltransferáza pro D-glukan.

GDP-glukóza je využívána příbuzným enzymem zvaným celulosyntáza (GDP-forming) (EC 2.4.1.29). Bakterie i rostliny mají členy této rodiny enzymů.

Bakteriální členové mohou být také známí jako BcsA (bakteriální syntáza celulózy) nebo CelA, zatímco rostlinní členové jsou obvykle známí jako CesA (syntáza celulózy) nebo spekulativní CslA (celulóze podobná syntáza) (jednoduše "celulóza").

CesA získaly rostliny v důsledku endosymbiózy, která dala vzniknout chloroplastu. 2. rodina glukosyltransferáz zahrnuje i tuto (GT2).

Většina biomasy na Zemi vzniká biosyntézou a hydrolýzou pomocí enzymů zvaných glykosyltransferázy.

Je známo, že rostlinná nadrodina CesA obsahuje sedm podrodin a kombinovaná nadrodina rostlin a řas obsahuje deset podrodin.

Jedinou skupinou živočichů, která má tento enzym, jsou urochordates, kteří jej získali horizontálním přenosem genů před více než 530 miliony let.

Syntáza celulózy (tvořící GDP)

Tento enzym patří do podrodiny hexosyltransferáz glykosyltransferáz. Tato třída enzymů se označuje vědeckým názvem GDP-glukóza:1,4-beta-D-glukan 4-beta-D-glukosyltransferáza.

Další často používané názvy jsou: celulóza syntáza (tvořící guanosin difosfát), celulóza syntetáza a guanosin difosfoglukóza-1,4-beta-glukan glukosyltransferáza. Tento enzym se podílí na metabolismu sacharózy a škrobu.

Co je syntetáza?

Termín "syntetáza", někdy označovaný jako "ligáza", označuje některý ze skupiny zhruba 50 enzymů, které katalyzují chemické reakce šetřící energii a zprostředkovávají rozkladné procesy náročné na energii a produktivní syntetické procesy.

Štěpením energetické fosfátové vazby vytvářejí energii potřebnou ke katalýze spojení dvou molekul (v mnoha případech současnou přeměnou adenosintrifosfátu [ATP] na adenosindifosfát [ADP]).

Ligáza známá jako ligáza aminokyselina-RNA je ligáza, která katalyzuje vznik vazby mezi uhlíkem a kyslíkem mezi transferovou RNA a aminokyselinou.

Při činnosti některých enzymů, jako jsou amidové syntetázy a peptidové syntetázy, vznikají vazby mezi uhlíkem a dusíkem (C-N).

Syntetáza je také známá jako ligáza

Rozdíl mezi syntetázou a syntázou

Syntetáza je enzym, který může katalyzovat spojení dvou velkých molekul vytvořením nové chemické vazby, obvykle za současné hydrolýzy malé pendantní chemické skupiny na jedné z větších molekul, nebo může katalyzovat spojení dvou sloučenin, například spojení C-O, C-S, C-N atd.

Ligáza obvykle způsobuje následující reakci:

• A-C + b = Ab + C
• A+D + B + C + D + E + F = Ab + cD

Tam, kde jsou závislá malá seskupení, jsou reprezentována malými písmeny. Ligáza může opravovat jednořetězcové zlomy, které vznikají ve dvouřetězcové DNA během replikace, a také spojovat dva komplementární fragmenty nukleových kyselin.

Na druhou stranu syntáza je enzym, který v biochemii katalyzuje proces syntézy. Podle kategorizace podle čísla EC jsou zařazeny do kategorie lyáz.

Nomenklatura

Nezapomeňte, že biologické názvosloví původně rozlišovalo mezi synthetasami a synthasami. Podle původní definice synthetasy využívají jako zdroj energie nukleosidtrifosfáty (jako ATP, GTP, CTP, TTP a UTP), zatímco synthasy nikoli.

Nicméně podle Společné komise pro biochemickou nomenklaturu (JCBN) lze "syntázu" použít pro označení jakéhokoli enzymu, který katalyzuje syntézu (bez ohledu na to, zda využívá nukleosidtrifosfáty), ale "syntetáza" by se měla používat pouze pro označení "ligázy".

Základní rozdíl mezi syntetázou a syntetázou spočívá v tom, že syntetáza je skupina enzymů, které mohou vytvářet vazby mezi molekulami, zatímco syntetáza je enzym.

Srovnávací tabulka syntázy vs syntetázy

Podívejte se na toto video a zjistěte více o syntetáze vs. syntetáze

Závěr

• Syntetázy nepotřebují ke své funkci NTP, protože katalyzují syntetické procesy, které vyžadují hydrolýzu nukleosidtrifosfátů (nikoli pouze ATP).
• Výbor pro nomenklaturu Mezinárodní biochemické unie změnil v 80. letech definici syntetázy tak, aby zahrnovala všechny syntetické enzymy, ať už využívají NTP, nebo ne, a syntetáza se stala synonymem ligázy.
• Ligáza je enzym, který spojuje dvě menší molekuly dohromady využitím energie z hydrolýzy NTP (obvykle kondenzační reakcí).