Do triedy ligázových enzýmov E.C. 6 patria syntázy a syntetázy. Zúčastňujú sa na syntetických reakciách a katalyzujú spájanie dvoch molekúl za súčasného prerušenia difosfátovej väzby v ATP alebo inom porovnateľnom trifosfáte.

Na rozdiel od syntetáz, ktoré pri syntéze biologických zlúčenín využívajú ako zdroj energie ATP, sú syntázy akékoľvek ligázy, ktoré katalyzujú syntézu biologických zlúčenín bez použitia ATP ako zdroja energie.

V tomto článku sa presne dozviete, aký je rozdiel medzi syntázou a syntézou.

Čo je syntáza?

Syntáza je enzým, ktorý v biochémii katalyzuje proces syntézy. Nezabúdajte, že biologické názvoslovie pôvodne rozlišovalo syntázy a syntázy.

V súlade s pôvodnou definíciou syntetázy využívajú nukleozidtrifosfáty (ako ATP, GTP, CTP, TTP a UTP) ako zdroj energie, zatiaľ čo syntetázy nie.

Podľa Spoločnej komisie pre biochemickú nomenklatúru (JCBN) sa však pojem "syntáza" môže používať na označenie akéhokoľvek enzýmu, ktorý katalyzuje syntézu (bez ohľadu na to, či využíva nukleozidtrifosfáty), ale pojem "syntéza" by sa mal používať len na označenie "ligázy".

Tu je zoznam príkladov rôznych typov syntáz:

• ATP syntáza
• Citrátová syntáza
• Tryptofán syntáza
• Pseudouridín syntáza
• Syntáza mastných kyselín
• Syntáza celulózy (tvorba UDP)
• Celulózová syntáza (tvorba HDP)

ATP syntáza

Adenozíndifosfát (ADP) a anorganický fosfát sa používajú na vytvorenie zásobnej molekuly energie adenozíntrifosfátu (ATP) pomocou proteínu nazývaného ATP syntáza (Pi).

Je zaradená do kategórie ligáz, pretože modifikuje ADP vytvorením väzby P-O (fosfodiesterová väzba). Molekulárne zariadenie sa nazýva ATP syntáza.

Z energetického hľadiska je výroba ATP z ADP a Pi nežiaduca a proces by mal zvyčajne prebiehať opačným spôsobom.

Gradient koncentrácie protónov (H+) cez vnútornú mitochondriálnu membránu u eukaryotov alebo plazmatickú membránu u baktérií poháňa túto reakciu dopredu tým, že syntézu ATP počas bunkovej respirácie spája s gradientom.

V rastlinách ATP syntáza využíva protónový gradient vytvorený v tylakoidnom lúmene cez tylakoidnú membránu do strómy chloroplastu na výrobu ATP počas fotosyntézy.

V prípade ATPázy sú eukaryotické ATP syntázy F-ATPázy, ktoré fungujú "opačne." Tomuto druhu sa venuje predovšetkým tento článok. Podjednotky FO a F1 F-ATPázy majú rotačný motorický mechanizmus, ktorý umožňuje syntézu ATP.

Existujú rôzne typy syntáz

Citrátová syntáza

Takmer všetky živé bunky obsahujú enzým citrát syntázu, ktorý slúži ako pacemaker v prvom kroku cyklu kyseliny citrónovej a označuje sa E.C. 2.3.3.1 (predtým 4.1.3.7). (alebo Krebsov cyklus).

Citrátsyntáza sa nachádza v mitochondriálnej matrix eukaryotických buniek, hoci ju kóduje jadrová DNA, nie mitochondriálna DNA.

Vytvára sa v cytoplazme pomocou cytoplazmatických ribozómov a následne sa presúva do mitochondriálnej matrix.

Typickým kvantitatívnym enzýmovým markerom existencie intaktných mitochondrií je citrátsyntáza. Maximálna aktivita citrátsyntázy ukazuje, koľko mitochondrií sa nachádza v kostrovom svale.

Vysokointenzívny intervalový tréning má potenciál zvýšiť maximálnu aktivitu viac ako vytrvalostný tréning alebo vysokointenzívny intervalový tréning.

Acetylkoenzým A má dvojuhlíkatý acetátový zvyšok a molekula štvoruhlíkatého oxalacetátu kondenzuje za vzniku šesťuhlíkatého citrátu, ktorý vzniká kondenzačnou reakciou katalyzovanou citrátsyntázou.

Tryptofán syntáza

Posledné dva kroky pri výrobe tryptofánu katalyzuje enzým tryptofánsyntáza, známy aj ako tryptofánsyntáza.

Častými hostiteľmi sú Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi a Plantae. Animalia ho však nemajú. Zvyčajne sa vyskytuje ako 2 2 tetramer.

Podjednotky katalyzujú reverzibilnú premenu indol-3-glycerolfosfátu na indol a glyceraldehyd-3-fosfát (G3P) (IGP).

V procese závislom od pyridoxalfosfátu (PLP) podjednotky katalyzujú ireverzibilnú kondenzáciu indolu a serínu za vzniku tryptofánu.

Vnútorný hydrofóbny kanál dlhý 25 angströmov, ktorý sa nachádza v enzýme, spája každé aktívne miesto so susedným aktívnym miestom.

To podporuje kanalizáciu substrátu, čo je mechanizmus, ktorým indol produkovaný na aktívnych miestach difunduje priamo do iných aktívnych miest. Tryptofánsyntáza obsahuje alostericky viazané aktívne miesta.

U Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi a Plantae sa často objavuje tryptofán syntáza. Ľudia a iné živočíchy ju nemajú.

Tryptofán je jednou z deviatich pre človeka nevyhnutných aminokyselín a patrí medzi dvadsať štandardných aminokyselín. Tryptofán je preto pre ľudskú stravu nevyhnutný.

Je tiež známe, že tryptofánsyntáza môže používať analógy indolu, ako sú fluórované alebo metylované indoly, ako substráty na výrobu ekvivalentných analógov tryptofánu.

Pseudouridín

Grécke písmeno psi- sa používa na skrátenie pseudouridínu, izoméru nukleozidu uridínu, v ktorom je uracil spojený s atómom uhlíka väzbou uhlík-uhlík namiesto glykozidického spojenia dusík-uhlík (Uracil sa v tomto usporiadaní občas označuje ako "pseudouracil").

Najrozšírenejšou zmenou RNA v bunkovej RNA je pseudouridín. RNA môže počas transkripcie a syntézy prejsť viac ako 100 chemicky jedinečnými zmenami.

Okrem štyroch konvenčných nukleotidov môžu potenciálne ovplyvňovať expresiu RNA posttranskripčne a majú v bunke viacero funkcií vrátane translácie, lokalizácie a stability RNA.

Jedným z nich je pseudouridín, C5-glykozidový izomér uridínu s väzbou C-C medzi C1 ribózového cukru a C5 uracilu namiesto typickej väzby C1-N1 prítomnej v uridíne.

Má dodatočnú rotačnú pohyblivosť a konformačnú flexibilitu vďaka väzbe C-C. Okrem toho má pseudouridín v polohe N1 ďalší donor vodíkovej väzby.

Pseudouridín, nazývaný aj 5-ribozyluracil, je známou, ale záhadnou zložkou štrukturálnych RNA (transferovej, ribozomálnej, malej jadrovej (snRNA) a malej nukleárnej). Nedávno bol nájdený aj v kódujúcej RNA.

Bol zistený ako prvý, je najrozšírenejší a vyskytuje sa vo všetkých troch evolučných oblastiach života. V kvasinkovej tRNA tvorí pseudouridín asi 4 % nukleotidov.

Prostredníctvom tvorby dodatočných vodíkových väzieb s vodou je táto zmena bázy schopná stabilizovať RNA a zlepšiť stohovanie báz.

Počet pseudouridínov rastie so zložitosťou organizmu. 11 pseudouridínov je v rRNA Escherichia coli, 30 v cytoplazmatickej rRNA kvasiniek, jedna zmena v mitochondriálnej 21S rRNA a približne 100 v rRNA človeka.

Bolo preukázané, že pseudouridín v rRNA a tRNA dolaďuje a stabilizuje regionálnu štruktúru a pomáha zachovať ich úlohy pri dekódovaní mRNA, zostavovaní ribozómov, spracovaní a translácii.

Ukázalo sa, že pseudouridín v snRNA zlepšuje rozhranie medzi pre-mRNA a spliceozomálnou RNA, čím pomáha regulovať spájanie.

Syntáza mastných kyselín

Gén FASN u ľudí kóduje enzým známy ako syntáza mastných kyselín (FAS). Multienzýmový proteín nazývaný syntáza mastných kyselín katalyzuje syntézu mastných kyselín.

Je to celý enzymatický systém, nielen jeden enzým, zložený z dvoch identických multifunkčných polypeptidov s hmotnosťou 272 kDa, ktoré prenášajú substráty z jednej funkčnej domény do druhej.

Jeho hlavnou úlohou je využívať NADPH na katalyzáciu tvorby palmitátu (C16:0, nasýtenej mastnej kyseliny s dlhým reťazcom) z acetyl- a malonyl-CoA

Acetyl-CoA a malonyl-CoA sa premieňajú na mastné kyseliny prostredníctvom sekvencie dekarboxylačných Claisenových kondenzačných procesov.

Po každom kole elongácie pracujú postupne ketoreduktáza (KR), dehydratáza (DH) a enoylreduktáza na znížení beta keto skupiny na úplne nasýtený uhlíkový reťazec (ER).

Keď reťazec mastnej kyseliny narastie na dĺžku 16 uhlíkov, uvoľní sa pôsobením tioesterázy (TE), ktorá je kovalentne spojená s fosfopanteteínovou protetickou skupinou acyl-nosiča (ACP) (kyselina palmitová).

Syntáza celulózy (tvorba UDP)

Primárnym enzýmom zodpovedným za produkciu celulózy je celulózová syntáza (EC 2.4.1.12) vo svojej UDP-tvornej forme. Vo všeobecnosti sa označuje ako UDP-glukóza: (1→4) Enzymológia 4-D-glukozyltransferáza pre D-glukán.

GDP-glukózu využíva príbuzný enzým s názvom celulózová syntáza (tvoriaca GDP) (EC 2.4.1.29). Baktérie aj rastliny majú členov tejto rodiny enzýmov.

Bakteriálne členy môžu byť známe aj ako BcsA (bakteriálna syntáza celulózy) alebo CelA, zatiaľ čo rastlinné členy sú zvyčajne známe ako CesA (syntáza celulózy) alebo špekulatívne CslA (syntáza podobná celulóze) (jednoducho "celulóza").

CesA získali rastliny v dôsledku endosymbiózy, ktorá dala vzniknúť chloroplastu. 2. rodina glukozyltransferáz zahŕňa túto (GT2).

Väčšina biomasy na Zemi vzniká biosyntézou a hydrolýzou pomocou enzýmov nazývaných glykozyltransferázy.

Je známe, že rastlinná nadrodina CesA obsahuje sedem podrodín a kombinovaná nadrodina rastlín a rias obsahuje 10 podrodín.

Jediná skupina živočíchov, ktorá má tento enzým, sú urochordáty, ktoré ho získali horizontálnym prenosom génov pred viac ako 530 miliónmi rokov.

Syntáza celulózy (tvorba HDP)

Tento enzým patrí do podrodiny hexosyltransferáz glykozyltransferáz. Táto trieda enzýmov sa označuje vedeckým názvom GDP-glukóza:1,4-beta-D-glukán 4-beta-D-glukozyltransferáza.

Ďalšie názvy, ktoré sa často používajú, sú celulózová syntáza (tvoriaca guanozíndifosfát), celulózová syntetáza a guanozíndifosfoglukóza-1,4-beta-glukán glukozyltransferáza. Tento enzým sa podieľa na metabolizme sacharózy a škrobu.

Čo je syntéza?

Termín "syntetáza", niekedy známy ako "ligáza", sa vzťahuje na niektorý zo skupiny približne 50 enzýmov, ktoré katalyzujú chemické reakcie šetriace energiu a sprostredkúvajú medzi energeticky náročnými rozkladnými procesmi a produktívnymi syntetickými procesmi.

Štiepením energetickej fosfátovej väzby vytvárajú energiu potrebnú na katalyzáciu spojenia dvoch molekúl (v mnohých prípadoch súčasnou premenou adenozíntrifosfátu [ATP] na adenozíndifosfát [ADP]).

Ligáza známa ako ligáza aminokyselina-RNA je ligáza, ktorá katalyzuje vytvorenie väzby medzi uhlíkom a kyslíkom medzi transferovou RNA a aminokyselinou.

Pri aktivite niektorých enzýmov, ako sú amidové syntetázy a peptidové syntetázy, vznikajú väzby uhlík-dusík (C-N).

Syntetáza je známa aj ako ligáza

Rozdiel medzi syntézou a syntázou

Syntetáza je enzým, ktorý môže katalyzovať spojenie dvoch veľkých molekúl vytvorením novej chemickej väzby, zvyčajne za súčasnej hydrolýzy malej pendantnej chemickej skupiny na jednej z väčších molekúl, alebo môže katalyzovať spojenie dvoch zlúčenín, napríklad spojenie C-O, C-S, C-N atď.

Ligáza zvyčajne spôsobuje nasledujúcu reakciu:

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

Tam, kde sú závislé, drobné zoskupenia reprezentované malými písmenami. Ligáza môže opravovať jednovláknové zlomy, ktoré vznikajú v dvojvláknovej DNA počas replikácie, ako aj spájať dva komplementárne fragmenty nukleovej kyseliny.

Na druhej strane, syntáza je enzým, ktorý v biochémii katalyzuje proces syntézy. Podľa kategorizácie podľa čísla EC sú zaradené do kategórie lyáz.

Nomenklatúra

Nezabudnite, že biologická nomenklatúra pôvodne rozlišovala medzi syntetázami a syntázami. V súlade s pôvodnou definíciou syntetázy využívajú nukleozidtrifosfáty (ako ATP, GTP, CTP, TTP a UTP) ako zdroj energie, zatiaľ čo syntázy nie.

Podľa Spoločnej komisie pre biochemickú nomenklatúru (JCBN) sa však pojem "syntáza" môže používať na označenie akéhokoľvek enzýmu, ktorý katalyzuje syntézu (bez ohľadu na to, či využíva nukleozidtrifosfáty), ale pojem "syntéza" by sa mal používať len na označenie "ligázy".

Základný rozdiel medzi syntetázou a syntézou spočíva v tom, že syntéza je skupina enzýmov, ktoré môžu vytvárať väzby medzi molekulami, zatiaľ čo syntéza je enzým.

Porovnávacia tabuľka syntáza vs syntéza

Pozrite si toto video, aby ste sa dozvedeli viac o syntáze vs. syntéze

Záver

• Syntetázy nepotrebujú na svoju funkciu NTP, pretože katalyzujú syntetické procesy, ktoré si vyžadujú hydrolýzu nukleozidtrifosfátov (nie iba ATP).
• Výbor pre nomenklatúru Medzinárodnej biochemickej únie zmenil v 80. rokoch 20. storočia definíciu syntázy tak, aby zahŕňala všetky syntetické enzýmy bez ohľadu na to, či využívajú NTP alebo nie, a syntéza sa stala synonymom ligázy.
• Ligáza je enzým, ktorý spája dve menšie molekuly využitím energie z hydrolýzy NTP (zvyčajne prostredníctvom kondenzačnej reakcie).