Η κατηγορία Ε.Κ. 6 των ενζύμων λιγάσης περιλαμβάνει τις συνθάσες και τις συνθετάσες. Συμμετέχουν σε συνθετικές αντιδράσεις και καταλύουν τη συνένωση δύο μορίων, ενώ ταυτόχρονα διασπούν το διφωσφορικό δεσμό στο ΑΤΡ ή σε άλλο συγκρίσιμο τριφωσφορικό.

Σε αντίθεση με τις συνθετάσες, οι οποίες χρησιμοποιούν ΑΤΡ ως πηγή ενέργειας κατά τη σύνθεση βιολογικών ενώσεων, οι συνθάσες είναι οποιεσδήποτε λιγάσες που καταλύουν τη σύνθεση βιολογικών ενώσεων χωρίς να χρησιμοποιούν ΑΤΡ ως πηγή ενέργειας.

Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε ακριβώς τη διαφορά μεταξύ συνθάσης και συνθετάσης.

Τι είναι η συνθάση;

Μια συνθάση είναι ένα ένζυμο που καταλύει τη διαδικασία σύνθεσης στη βιοχημεία. Να θυμάστε ότι η βιολογική ονοματολογία αρχικά έκανε διάκριση μεταξύ συνθετασών και συνθαζών.

Σύμφωνα με τον αρχικό ορισμό, οι συνθετάσες χρησιμοποιούν τριφωσφορικά νουκλεοσιδικά (όπως ATP, GTP, CTP, TTP και UTP) ως πηγή ενέργειας, ενώ οι συνθετάσες όχι.

Ωστόσο, σύμφωνα με την Κοινή Επιτροπή Βιοχημικής Ονοματολογίας (JCBN), η λέξη "συνθάση" μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αναφερθεί σε οποιοδήποτε ένζυμο που καταλύει τη σύνθεση (ανεξάρτητα από το αν χρησιμοποιεί τριφωσφορικά νουκλεοσιδικά), αλλά η λέξη "συνθετάση" θα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο για να αναφέρεται σε "λιγάση".

Ακολουθεί ένας κατάλογος παραδειγμάτων διαφόρων τύπων συνθάσης:

• Συνθάση ΑΤΡ
• Συνθάση κιτρικού άλατος
• Συνθάση της τρυπτοφάνης
• Συνθάση ψευδοουριδίνης
• Συνθάση λιπαρών οξέων
• Συνθάση της κυτταρίνης (που σχηματίζει UDP)
• Συνθάση της κυτταρίνης (που σχηματίζει ΑΕΠ)

Σύνθεση ΑΤΡ

Η διφωσφορική αδενοσίνη (ADP) και το ανόργανο φωσφορικό οξύ χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία του μορίου αποθήκευσης ενέργειας τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) από μια πρωτεΐνη που ονομάζεται συνθάση ATP (Pi).

Κατηγοριοποιείται ως λιγάση, καθώς τροποποιεί το ADP σχηματίζοντας έναν σύνδεσμο Ρ-Ο (φωσφοδιεστερικό δεσμό). Μια μοριακή συσκευή που ονομάζεται συνθάση ΑΤΡ.

Ενεργειακά, η παραγωγή ΑΤΡ από ADP και Pi είναι ανεπιθύμητη, και η διαδικασία θα πήγαινε συνήθως προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Μια βαθμίδα συγκέντρωσης πρωτονίων (Η+) διαμέσου της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης στους ευκαρυώτες ή της πλασματικής μεμβράνης στα βακτήρια οδηγεί την αντίδραση αυτή προς τα εμπρός, συνδέοντας τη σύνθεση ΑΤΡ κατά τη διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής με τη βαθμίδα.

Στα φυτά, η συνθάση ΑΤΡ χρησιμοποιεί μια βαθμίδα πρωτονίων που σχηματίζεται στον θυλακοειδή αυλό διαμέσου της θυλακοειδούς μεμβράνης και στο στρώμα του χλωροπλάστη για να παράγει ΑΤΡ κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης.

Για μια ΑΤΡάση, οι ευκαρυωτικές συνθάσες ΑΤΡ είναι F-ΑΤΡάσες που λειτουργούν "αντίστροφα". Αυτό το είδος εξετάζεται κυρίως σε αυτό το άρθρο. Οι υπομονάδες FO και F1 μιας F-ΑΤΡάσης διαθέτουν έναν μηχανισμό περιστροφικού κινητήρα που επιτρέπει τη σύνθεση ΑΤΡ.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι συνθάσης

Συνθάση κιτρικού άλατος

Σχεδόν όλα τα ζωντανά κύτταρα περιέχουν το ένζυμο συνθάση του κιτρικού οξέος, το οποίο χρησιμεύει ως βηματοδότης στο πρώτο βήμα του κύκλου του κιτρικού οξέος και χαρακτηρίζεται ως Ε.Κ. 2.3.3.1 (προηγουμένως 4.1.3.7). (ή κύκλος του Krebs).

Η συνθάση των κιτρικών βρίσκεται στη μιτοχονδριακή μήτρα των ευκαρυωτικών κυττάρων, αν και το πυρηνικό DNA, όχι το μιτοχονδριακό DNA, την κωδικοποιεί.

Δημιουργείται στο κυτταρόπλασμα από τα κυτταροπλασματικά ριβοσώματα και στη συνέχεια μεταφέρεται στη μιτοχονδριακή μήτρα.

Ένας τυπικός ποσοτικός ενζυμικός δείκτης για την ύπαρξη άθικτων μιτοχονδρίων είναι η κιτρική συνθάση. Η μέγιστη δραστηριότητα της κιτρικής συνθάσης αποκαλύπτει πόσα μιτοχόνδρια υπάρχουν στους σκελετικούς μύες.

Η διαλειμματική προπόνηση υψηλής έντασης έχει τη δυνατότητα να αυξήσει τη μέγιστη δραστηριότητα περισσότερο από ό,τι η προπόνηση αντοχής ή η διαλειμματική προπόνηση υψηλής έντασης.

Το ακετυλο-συνένζυμο Α έχει κατάλοιπο οξικού άλατος δύο ατόμων άνθρακα και ένα μόριο οξαλοξικού οξέος τεσσάρων ατόμων άνθρακα συμπυκνώνεται για τη δημιουργία κιτρικού άλατος έξι ατόμων άνθρακα, το οποίο παράγεται από την αντίδραση συμπύκνωσης που καταλύεται από τη συνθάση του κιτρικού άλατος.

Συνθάση της τρυπτοφάνης

Τα δύο τελευταία στάδια της παραγωγής της τρυπτοφάνης καταλύονται από το ένζυμο συνθάση της τρυπτοφάνης, επίσης γνωστό ως συνθετάση της τρυπτοφάνης.

Τα Eubacteria, τα Archaebacteria, τα Protista, οι μύκητες και τα Plantae είναι συχνοί ξενιστές του. Ωστόσο, τα Animalia δεν το έχουν. Συνήθως, εμφανίζεται ως τετραμερές 2 2.

Οι υπομονάδες καταλύουν την αντιστρεπτή μετατροπή της φωσφορικής ινδόλης-3-γλυκερόλης σε ινδόλη και φωσφορική γλυκεραλδεΰδη-3 (G3P) (IGP).

Σε μια διαδικασία που εξαρτάται από τη φωσφορική πυριδοξάλη (PLP), οι υπομονάδες καταλύουν τη μη αναστρέψιμη συμπύκνωση ινδόλης και σερίνης για τη δημιουργία τρυπτοφάνης.

Ένα εσωτερικό υδρόφοβο κανάλι μήκους 25 angstrom που βρίσκεται στο ένζυμο συνδέει κάθε ενεργό κέντρο με το γειτονικό ενεργό κέντρο.

Αυτό προάγει τη διοχέτευση υποστρώματος, έναν μηχανισμό με τον οποίο η ινδόλη που παράγεται στα ενεργά κέντρα διαχέεται απευθείας σε άλλα ενεργά κέντρα. Η συνθάση της τρυπτοφάνης περιέχει αλλοστερικά συζευγμένα ενεργά κέντρα.

Τα Ευβακτηρίδια, τα Αρχαιοβακτηρίδια, τα Πρώτιστα, οι Μύκητες και τα Φυτά συχνά ανακαλύπτεται ότι περιλαμβάνουν τη συνθάση της τρυπτοφάνης. Οι άνθρωποι και τα άλλα ζώα δεν την διαθέτουν.

Ένα από τα εννέα απαραίτητα αμινοξέα για τον άνθρωπο, η τρυπτοφάνη είναι ένα από τα είκοσι τυποποιημένα αμινοξέα. Η τρυπτοφάνη είναι επομένως απαραίτητη στην ανθρώπινη διατροφή.

Είναι επίσης γνωστό ότι η συνθετάση της τρυπτοφάνης μπορεί να χρησιμοποιήσει ανάλογα ινδόλης, όπως φθοριωμένα ή μεθυλιωμένα ινδόλια, ως υποστρώματα για να παράγει τα ισοδύναμα ανάλογα τρυπτοφάνης.

Ψευδοουριδίνη

Το ελληνικό γράμμα psi- χρησιμοποιείται για να συντομεύσει την ψευδοουριδίνη, ένα ισομερές του νουκλεοσιδίου ουριδίνη στο οποίο η ουρακίλη συνδέεται με το άτομο άνθρακα με έναν δεσμό άνθρακα-άνθρακα αντί για μια γλυκοζιτική σύνδεση αζώτου-άνθρακα. (Η ουρακίλη αναφέρεται περιστασιακά ως "ψευδοουρακίλη" σε αυτή τη διάταξη.)

Η πιο διαδεδομένη αλλοίωση RNA στο κυτταρικό RNA είναι η ψευδοουριδίνη. Το RNA μπορεί να υποστεί πάνω από 100 χημικά μοναδικές αλλοιώσεις κατά τη μεταγραφή και τη σύνθεση.

Εκτός από τα τέσσερα συμβατικά νουκλεοτίδια, αυτά θα μπορούσαν ενδεχομένως να επηρεάσουν την έκφραση του RNA μετα-μεταγραφικά και να έχουν διάφορες λειτουργίες στο κύτταρο, συμπεριλαμβανομένης της μετάφρασης, του εντοπισμού και της σταθερότητας του RNA.

Ένα από αυτά είναι η ψευδοουριδίνη, ένα C5-γλυκοσιδικό ισομερές της ουριδίνης με έναν δεσμό C-C μεταξύ του C1 του σακχάρου ριβόζης και του C5 της ουρακίλης στη θέση του τυπικού δεσμού C1-N1 που υπάρχει στην ουριδίνη.

Έχει πρόσθετη περιστροφική κινητικότητα και ευελιξία διαμόρφωσης λόγω του δεσμού C-C. Επιπλέον, η θέση N1 της ψευδοουριδίνης διαθέτει έναν πρόσθετο δότη δεσμού υδρογόνου.

Η ψευδοουριδίνη, που ονομάζεται επίσης 5-ριβοσυλοουρακίλη, είναι ένα γνωστό αλλά μυστηριώδες συστατικό των δομικών RNA (μεταφορικό, ριβοσωμικό, μικρό πυρηνικό (snRNA) και μικρό πυρηνικό). Πρόσφατα βρέθηκε και στο κωδικοποιητικό RNA.

Ήταν η πρώτη που ανιχνεύθηκε, είναι η πιο διαδεδομένη και μπορεί να βρεθεί και στους τρεις εξελικτικούς τομείς της ζωής. Στο tRNA της ζύμης, η ψευδοουριδίνη αποτελεί περίπου το 4% των νουκλεοτιδίων

Μέσω του σχηματισμού πρόσθετων δεσμών υδρογόνου με το νερό, αυτή η τροποποίηση της βάσης είναι σε θέση να σταθεροποιήσει το RNA και να ενισχύσει τη στοίβαξη των βάσεων.

Ο αριθμός των ψευδοουριδινών αυξάνεται με την πολυπλοκότητα ενός οργανισμού. 11 ψευδοουριδίνες υπάρχουν στο rRNA της Escherichia coli, 30 στο κυτταροπλασματικό rRNA της ζύμης, μία μεταβολή στο μιτοχονδριακό 21S rRNA και περίπου 100 στο rRNA του ανθρώπου.

Έχει αποδειχθεί ότι η ψευδοουριδίνη στο rRNA και στο tRNA συντονίζει και σταθεροποιεί την περιφερειακή δομή και βοηθά στη διατήρηση των ρόλων τους στην αποκωδικοποίηση του mRNA, στη συναρμολόγηση των ριβοσωμάτων, στην επεξεργασία και στη μετάφραση.

Έχει αποδειχθεί ότι η ψευδοουριδίνη στο snRNA βελτιώνει τη διεπαφή μεταξύ του pre-mRNA και του spliceosomal RNA για να βοηθήσει στη ρύθμιση της ωρίμανσης.

Συνθάση λιπαρών οξέων

Το γονίδιο FASN στον άνθρωπο κωδικοποιεί το ένζυμο που είναι γνωστό ως συνθάση των λιπαρών οξέων (FAS). Μια πρωτεΐνη πολλαπλών ενζύμων που ονομάζεται συνθάση των λιπαρών οξέων καταλύει τη σύνθεση των λιπαρών οξέων.

Πρόκειται για ένα ολόκληρο ενζυμικό σύστημα, όχι μόνο για ένα ένζυμο, το οποίο αποτελείται από δύο πανομοιότυπα πολυλειτουργικά πολυπεπτίδια 272 kDa που μεταφέρουν υποστρώματα από τη μία λειτουργική περιοχή στην επόμενη.

Η κύρια εργασία του είναι να χρησιμοποιεί το NADPH για να καταλύει τη δημιουργία παλμιτικού (C16:0, ένα κορεσμένο λιπαρό οξύ μακράς αλυσίδας) από ακετυλο- και μηλονυλο-CoA

Το ακετυλο-CoA και το μηλονυλο-CoA μετατρέπονται σε λιπαρά οξέα μέσω μιας ακολουθίας αποκαρβοξυλιωτικών διεργασιών συμπύκνωσης Claisen.

Μετά από κάθε γύρο επιμήκυνσης, μια κετορεδουκτάση (KR), μια αφυδρατάση (DH) και μια αναγωγάση του ενοϋλίου εργάζονται διαδοχικά για να μειώσουν τη βήτα κετοομάδα στην πλήρως κορεσμένη ανθρακική αλυσίδα (ER).

Όταν η αλυσίδα του λιπαρού οξέος έχει φτάσει σε μήκος 16 ανθράκων, απελευθερώνεται με τη δράση μιας θειοεστεράσης (ΘΕ), η οποία συνδέεται ομοιοπολικά με την προσθετική ομάδα φωσφοπαντεθίνης μιας πρωτεΐνης-φορέα ακυλίων (ACP) (παλμιτικό οξύ).

Συνθάση της κυτταρίνης (UDP-Forming)

Το κύριο ένζυμο που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή της κυτταρίνης είναι η συνθάση της κυτταρίνης (EC 2.4.1.12) στη μορφή που σχηματίζει UDP. Αναφέρεται γενικά ως UDP-γλυκόζη: (1→4) 4-D-γλυκοσυλτρανσφεράση της Ενζυμολογίας για την D-γλυκάνη.

Η GDP-γλυκόζη χρησιμοποιείται από ένα συγγενικό ένζυμο που ονομάζεται συνθάση της κυτταρίνης (GDP-forming) (EC 2.4.1.29). Τόσο τα βακτήρια όσο και τα φυτά διαθέτουν μέλη αυτής της οικογένειας ενζύμων.

Τα βακτηριακά μέλη μπορεί επίσης να είναι γνωστά ως BcsA (βακτηριακή συνθάση της κυτταρίνης) ή CelA, ενώ τα φυτικά μέλη είναι συνήθως γνωστά ως CesA (συνθάση της κυτταρίνης) ή το υποθετικό CslA (συνθάση που μοιάζει με κυτταρίνη) (απλά "κυτταρίνη").

Η CesA αποκτήθηκε από τα φυτά ως αποτέλεσμα της ενδοσυμβίωσης από την οποία προέκυψε ο χλωροπλάστης. Στην οικογένεια 2 των γλυκοζυλοτρανσφερασών περιλαμβάνεται και αυτή (GT2).

Η πλειονότητα της βιομάζας στη Γη παράγεται μέσω βιοσύνθεσης και υδρόλυσης από ένζυμα που ονομάζονται γλυκοζυλοτρανσφεράσες.

Η υπεροικογένεια CesA των φυτών είναι γνωστό ότι περιλαμβάνει επτά υποοικογένειες και η συνδυασμένη υπεροικογένεια φυτών-φυκών περιλαμβάνει 10.

Η μόνη ομάδα ζώων που διαθέτει αυτό το ένζυμο είναι τα ουροχορδωτά, τα οποία το απέκτησαν μέσω οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων πριν από 530 εκατομμύρια χρόνια.

Συνθάση της κυτταρίνης (σχηματισμός GDP)

Αυτό το ένζυμο είναι μέλος της υποοικογένειας των γλυκοζυλοτρανσφερασών της εξαζυλοτρανσφεράσης. Αυτή η κατηγορία ενζύμων αναφέρεται με την επιστημονική της ονομασία, GDP-γλυκόζη:1,4-β-D-γλυκάνη 4-β-D-γλυκοζυλοτρανσφεράση.

Άλλες ονομασίες που χρησιμοποιούνται συχνά είναι συνθάση της κυτταρίνης (που σχηματίζει διφωσφορική γουανοσίνη), συνθετάση της κυτταρίνης και γλυκοζυλοτρανσφεράση της διφωσφογλυκόζης-1,4-β-γλυκάνης. Το ένζυμο αυτό συμμετέχει στο μεταβολισμό της σακχαρόζης και του αμύλου.

Τι είναι η Συνθετάση;

Ο όρος "συνθετάση", μερικές φορές γνωστός και ως "λιγάση", αναφέρεται σε οποιοδήποτε από μια κατηγορία περίπου 50 ενζύμων που καταλύουν χημικές αντιδράσεις που εξοικονομούν ενέργεια και μεσολαβούν μεταξύ ενεργειοβόρων γεγονότων διάσπασης και παραγωγικών συνθετικών διεργασιών.

Με τη διάσπαση ενός ενεργειακού φωσφορικού δεσμού, παράγουν την απαραίτητη ενέργεια για να καταλύσουν τον συνδυασμό δύο μορίων (σε πολλές περιπτώσεις, με την ταυτόχρονη μετατροπή της τριφωσφορικής αδενοσίνης [ΑΤΡ] σε διφωσφορική αδενοσίνη [ADP]).

Μια λιγάση γνωστή ως λιγάση αμινοξέος-RNA είναι αυτή που καταλύει τη δημιουργία ενός δεσμού άνθρακα-οξυγόνου μεταξύ ενός RNA μεταφοράς και ενός αμινοξέος.

Όταν ορισμένα ένζυμα, όπως οι συνθετάσες των αμιδίων και οι συνθετάσες των πεπτιδίων, είναι ενεργά, παράγονται δεσμοί άνθρακα-αζώτου (C-N).

Η συνθετάση είναι επίσης γνωστή ως λιγάση

Διαφορά μεταξύ συνθετάσης και συνθάσης

Μια συνθετάση είναι ένα ένζυμο που μπορεί να καταλύσει την ένωση δύο μεγάλων μορίων με τη δημιουργία ενός νέου χημικού δεσμού, συνήθως με την ταυτόχρονη υδρόλυση μιας μικρής χημικής ομάδας σε ένα από τα μεγαλύτερα μόρια, ή μπορεί να καταλύσει τη σύνδεση δύο ενώσεων, όπως η ένωση C-O, C-S, C-N κ.λπ.

Μια λιγάση προκαλεί συνήθως την ακόλουθη αντίδραση:

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

Όπου οι εξαρτημένες, μικροσκοπικές ομαδοποιήσεις αναπαρίστανται με πεζά γράμματα. Η λιγάση μπορεί να επιδιορθώσει τις ρήξεις μονής έλικας που αναπτύσσονται σε δίκλωνο DNA κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, καθώς και να συνδέσει δύο συμπληρωματικά θραύσματα νουκλεϊκών οξέων.

Από την άλλη πλευρά, η συνθάση είναι ένα ένζυμο που καταλύει τη διαδικασία σύνθεσης στη βιοχημεία. Περιλαμβάνονται στην κατηγορία των λυασών σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση των αριθμών ΕΚ.

Ονοματολογία

Λάβετε υπόψη σας ότι η βιολογική ονοματολογία αρχικά έκανε διάκριση μεταξύ συνθετασών και συνθετασών. Σύμφωνα με τον αρχικό ορισμό, οι συνθετάσες χρησιμοποιούν τα τριφωσφορικά νουκλεοσιδικά άλατα (όπως ATP, GTP, CTP, TTP και UTP) ως πηγή ενέργειας, ενώ οι συνθετάσες όχι.

Ωστόσο, σύμφωνα με την Κοινή Επιτροπή Βιοχημικής Ονοματολογίας (JCBN), η λέξη "συνθάση" μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αναφερθεί σε οποιοδήποτε ένζυμο που καταλύει τη σύνθεση (ανεξάρτητα από το αν χρησιμοποιεί τριφωσφορικά νουκλεοσιδικά), αλλά η λέξη "συνθετάση" θα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο για να αναφέρεται σε "λιγάση".

Η κύρια διάκριση μεταξύ Συνθάσης και Συνθετάσης είναι ότι η Συνθάση είναι μια οικογένεια ενζύμων που μπορούν να δημιουργήσουν δεσμούς μεταξύ μορίων, ενώ η Συνθάση είναι ένα ένζυμο.

Πίνακας σύγκρισης συνθετάσης vs συνθετάσης

Παρακολουθήστε αυτό το βίντεο για να μάθετε για τη συνθάση έναντι της συνθετάσης

Συμπέρασμα

• Οι συνθετάσες δεν χρειάζονται NTPs για να λειτουργήσουν, δεδομένου ότι καταλύουν συνθετικές διεργασίες που απαιτούν την υδρόλυση τριφωσφορικών νουκλεοσιδίων (όχι απλώς ΑΤΡ).
• Η Επιτροπή Ονοματολογίας της Διεθνούς Ένωσης Βιοχημείας άλλαξε τον ορισμό της συνθάσης τη δεκαετία του 1980 για να συμπεριλάβει όλα τα συνθετικά ένζυμα, ανεξάρτητα από το αν χρησιμοποιούν ή όχι NTPs, και η συνθετάση έγινε συνώνυμη της λιγάσης.
• Η λιγάση είναι ένα ένζυμο που ενώνει δύο μικρότερα μόρια μεταξύ τους χρησιμοποιώντας την ενέργεια από την υδρόλυση του NTP (συνήθως μέσω μιας αντίδρασης συμπύκνωσης).