De E.C. 6-klasse van ligase-enzymen omvat synthasen en synthetasen. Zij nemen deel aan synthetische reacties en katalyseren het samengaan van twee moleculen onder gelijktijdige verbreking van de difosfaatverbinding in ATP of een ander vergelijkbaar trifosfaat.

In tegenstelling tot synthetases, die ATP gebruiken als energiebron tijdens de synthese van biologische verbindingen, zijn synthases alle ligases die de synthese van biologische verbindingen katalyseren zonder ATP als energiebron te gebruiken.

In dit artikel leer je precies het verschil kennen tussen Synthase en Synthetase.

Wat is Synthase?

Een synthase is een enzym dat het syntheseproces in de biochemie katalyseert. Bedenk dat de biologische nomenclatuur aanvankelijk onderscheid maakte tussen synthetases en synthases.

Volgens de oorspronkelijke definitie gebruiken synthetases nucleoside-trifosfaten (zoals ATP, GTP, CTP, TTP en UTP) als energiebron, terwijl synthases dat niet doen.

Volgens de Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN) kan "synthase" echter worden gebruikt voor elk enzym dat synthese katalyseert (ongeacht of het nucleosidetrifosfaten gebruikt), maar mag "synthetase" alleen worden gebruikt voor "ligase".

Hier is een lijst met voorbeelden van verschillende soorten synthase:

• ATP synthase
• Citraat synthase
• Tryptofaan synthase
• Pseudouridine synthase
• Vetzuursynthase
• Cellulose synthase (UDP-vormend)
• Cellulose synthase (GDP-vormend)

ATP Synthase

Adenosinedifosfaat (ADP) en anorganisch fosfaat worden gebruikt om het energieopslagmolecuul adenosinetrifosfaat (ATP) te maken door een eiwit genaamd ATP-synthase (Pi).

Het is gecategoriseerd als een ligase omdat het ADP wijzigt door een P-O link (fosfodiester binding) te vormen. Een moleculair apparaat genaamd ATP synthase.

Energetisch gezien is de productie van ATP uit ADP en Pi ongewenst, en het proces zou typisch de andere kant op gaan.

Een proton (H+) concentratiegradiënt over de binnenste mitochondriale membraan in eukaryoten of de plasmamembraan in bacteriën drijft deze reactie aan door ATP-synthese tijdens de celademhaling te koppelen aan de gradiënt.

In planten gebruikt ATP-synthase een protonengradiënt die wordt gevormd in het thylakoïd lumen over het thylakoïd membraan en in het chloroplast stroma om ATP te produceren tijdens de fotosynthese.

Voor een ATPase zijn eukaryote ATP-synthases F-ATPases die "in omgekeerde richting" functioneren. De FO en F1 subeenheden van een F-ATPase hebben een rotatiemotormechanisme dat ATP-synthese mogelijk maakt.

Er zijn verschillende soorten Synthase

Citraat Synthase

Bijna alle levende cellen bevatten het enzym citraatsynthase, dat dient als gangmaker in de eerste stap van de citroenzuurcyclus en E.C. 2.3.3.1 (voorheen 4.1.3.7) wordt genoemd (of Krebs-cyclus).

Citraatsynthase bevindt zich in de mitochondriale matrix van eukaryote cellen, hoewel nucleair DNA, en niet mitochondriaal DNA, codeert.

Het wordt aangemaakt in het cytoplasma door cytoplasmatische ribosomen en vervolgens verplaatst naar de mitochondriale matrix.

Een typische kwantitatieve enzymmarker voor het bestaan van intacte mitochondriën is citraatsynthase. De piekactiviteit van citraatsynthase geeft aan hoeveel mitochondriën er in de skeletspier aanwezig zijn.

Intervaltraining met hoge intensiteit kan de maximale activiteit meer verhogen dan duurtraining of intervaltraining met hoge intensiteit.

Acetylco-enzym A heeft een acetaatresidu van twee koolstofatomen en een molecuul van vier koolstofatomen condenseert tot zes koolstofatomen citraat, dat wordt geproduceerd door de condensatiereactie die wordt gekatalyseerd door citraatsynthase.

Tryptofaan Synthase

De laatste twee stappen in de productie van tryptofaan worden gekatalyseerd door het enzym tryptofaansynthase, ook bekend als tryptofaansynthetase.

Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi, en Plantae zijn frequente gastheren. Animalia heeft het echter niet. Meestal verschijnt het als een 2 2 tetramer.

De subeenheden katalyseren de omkeerbare omzetting van indool-3-glycerolfosfaat in indool en glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P) (IGP).

In een van pyridoxaalfosfaat (PLP) afhankelijk proces katalyseren de subeenheden de onomkeerbare condensatie van indool en serine tot tryptofaan.

Een intern hydrofoob kanaal van 25 angstroms lang in het enzym verbindt elke actieve plaats met de aangrenzende actieve plaats.

Dit bevordert substraat channeling, een mechanisme waarbij indool geproduceerd op actieve sites direct diffundeert naar andere actieve sites. Tryptofaan synthase bevat allosterisch gekoppelde actieve sites.

Bij Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi en Plantae wordt vaak tryptofaan synthase ontdekt. Bij mensen en andere dieren ontbreekt het.

Tryptofaan is een van de negen noodzakelijke aminozuren voor de mens. Tryptofaan is dus essentieel voor de menselijke voeding.

Het is ook bekend dat tryptofaansynthetase indoolanalogen, zoals gefluoreerde of gemethyleerde indolen, als substraat kan gebruiken om de equivalente tryptofaananalogen te produceren.

Pseudouridine

De Griekse letter psi- wordt gebruikt om pseudouridine af te korten, een isomeer van het nucleoside uridine waarbij het uracil met het koolstofatoom is verbonden door een koolstof-koolstofverbinding in plaats van een stikstof-koolstof-glycosideverbinding. (Uracil wordt soms "pseudouracil" genoemd in deze opstelling).

De meest voorkomende RNA-verandering in cellulair RNA is pseudouridine. RNA kan meer dan 100 chemisch unieke veranderingen ondergaan tijdens transcriptie en synthese.

Naast de vier conventionele nucleotiden kunnen deze de RNA-expressie post-transcriptief beïnvloeden en een aantal functies in de cel hebben, waaronder RNA translatie, lokalisatie en stabiliteit.

Een daarvan is pseudouridine, een C5-glycoside isomeer van uridine met een C-C binding tussen de C1 van de ribose suiker en de C5 van uracil in plaats van de typische C1-N1 binding in uridine.

Bovendien bezit de N1-positie van pseudouridine een extra waterstofbrugdonor.

Pseudouridine, ook wel 5-ribosyluracil genoemd, is een bekend maar mysterieus bestanddeel van structurele RNA's (overdracht, ribosomaal, klein nucleair (snRNA) en klein nucleair). Het is onlangs ook gevonden in coderend RNA.

Het was de eerste die werd ontdekt, is de meest voorkomende, en kan worden gevonden in alle drie evolutionaire domeinen van het leven. In de gist tRNA, pseudouridine maakt ongeveer 4% van de nucleotiden

Door de vorming van extra waterstofbruggen met water kan deze baseverandering het RNA stabiliseren en de base-stacking verbeteren.

Het aantal pseudouridines neemt toe met de complexiteit van een organisme. Er zijn 11 pseudouridines in het rRNA van Escherichia coli, 30 in het cytoplasmatisch rRNA van gist, één wijziging in het mitochondriaal 21S rRNA, en ongeveer 100 in het rRNA van de mens.

Aangetoond is dat pseudouridine in rRNA en tRNA de regionale structuur verfijnt en stabiliseert en bijdraagt tot het behoud van hun rol in mRNA-decodering, ribosoomassemblage, verwerking en translatie.

Aangetoond is dat pseudouridine in snRNA de interface tussen pre-mRNA en het spliceosomale RNA verbetert om de splicing te helpen reguleren.

Vetzuursynthase

Het FASN-gen bij de mens codeert voor het enzym vetzuursynthase (FAS). Een multi-enzymproteïne genaamd vetzuursynthase katalyseert de synthese van vetzuren.

Het is een heel enzymatisch systeem, niet slechts één enzym, bestaande uit twee identieke 272 kDa multifunctionele polypeptiden die substraten overbrengen van het ene functionele domein naar het andere.

Zijn voornaamste taak is NADPH te gebruiken om de vorming van palmitaat (C16:0, een verzadigd vetzuur met lange keten) uit acetyl- en malonyl-CoA te katalyseren.

Acetyl-CoA en malonyl-CoA worden omgezet in vetzuren via een reeks decarboxylatieve Claisen-condensatieprocessen.

Na elke elongatieronde werken achtereenvolgens een ketoreductase (KR), dehydratase (DH) en enoylreductase om de bèta keto groep te reduceren tot de volledig verzadigde koolstofketen (ER).

Wanneer de vetzuurketen een lengte van 16 koolstofatomen heeft bereikt, komt hij vrij door de werking van een thioesterase (TE), die covalent verbonden is met de fosfopantetheïne-prothetische groep van een acyl-dragereiwit (ACP) (palmitinezuur).

Cellulose Synthase (UDP-vorming)

Het primaire enzym dat cellulose produceert is cellulose synthase (EC 2.4.1.12) in zijn UDP-vorm. Het wordt algemeen aangeduid als UDP-glucose: (1→4) 4-D-glucosyltransferase voor D-glucan.

GDP-glucose wordt gebruikt door een verwant enzym dat cellulosesynthase (GDP-vorming) heet (EC 2.4.1.29). Zowel bacteriën als planten hebben leden van deze familie van enzymen.

Bacteriële leden kunnen ook bekend staan als BcsA (bacterieel cellulose synthase) of CelA, terwijl plantaardige leden typisch bekend staan als CesA (cellulose synthase) of het speculatieve CslA (cellulose synthase-achtig) (gewoon "cellulose").

CesA werd door planten verworven als gevolg van de endosymbiose waaruit de chloroplast ontstond. Familie 2 van de glucosyltransferasen omvat deze (GT2).

Het grootste deel van de biomassa op aarde wordt geproduceerd via biosynthese en hydrolyse door enzymen die glycosyltransferases worden genoemd.

Van de planten-CesA-superfamilie is bekend dat zij zeven subfamilies omvat, en de gecombineerde plant-algal-superfamilie tien.

De enige dierlijke groep die dit enzym bezit, zijn de urochordaten, die het meer dan 530 miljoen jaar geleden via horizontale genoverdracht hebben verkregen.

Cellulose Synthase (GDP-vormend)

Dit enzym is lid van de hexosyltransferase subfamilie van glycosyltransferases. Deze enzymklasse wordt aangeduid met zijn wetenschappelijke naam, GDP-glucose:1,4-beta-D-glucan 4-beta-D-glucosyltransferase.

Andere veelgebruikte namen zijn cellulosesynthase (guanosinedifosfaatvormend), cellulosesynthetase, en guanosinedifosfoglucose-1,4-bèta-glucosyltransferase. Dit enzym is betrokken bij het metabolisme van sucrose en zetmeel.

Wat is Synthetase?

De term "synthetase", soms "ligase" genoemd, verwijst naar één van een klasse van ongeveer 50 enzymen die chemische energiebesparende reacties katalyseren en bemiddelen tussen energieverslindende afbraakprocessen en productieve synthetische processen.

Door een energetische fosfaatbinding te splitsen, genereren zij de nodige energie om de samenvoeging van twee moleculen te katalyseren (in veel gevallen door de gelijktijdige omzetting van adenosinetrifosfaat [ATP] in adenosinedifosfaat [ADP]).

Een ligase die bekend staat als een aminozuur-RNA ligase is een ligase die de vorming van een koolstof-zuurstofverbinding tussen een transfer-RNA en een aminozuur katalyseert.

Wanneer bepaalde enzymen, zoals amidesynthetases en peptidesynthetases, actief zijn, ontstaan er koolstof-stikstofverbindingen (C-N).

Synthetase is ook bekend als Ligase

Verschil tussen synthetase en synthase

Een synthetase is een enzym dat de verbinding van twee grote moleculen kan katalyseren door een nieuwe chemische binding tot stand te brengen, gewoonlijk met gelijktijdige hydrolyse van een kleine chemische groep op een van de grotere moleculen, of het kan de verbinding van twee verbindingen katalyseren, zoals de verbinding van C-O, C-S, C-N, enz.

Een ligase veroorzaakt typisch de volgende reactie:

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

Ligase kan enkelstrengsbreuken repareren die ontstaan in dubbelstrengs DNA tijdens de replicatie en kan twee complementaire nucleïnezuurfragmenten met elkaar verbinden.

Anderzijds is synthase een enzym dat het syntheseproces in de biochemie katalyseert. Ze vallen in de categorie lyases volgens de indeling in EC-nummers.

Nomenclatuur

Vergeet niet dat de biologische nomenclatuur aanvankelijk onderscheid maakte tussen synthetases en synthases. Volgens de oorspronkelijke definitie gebruiken synthetases nucleosidetrifosfaten (zoals ATP, GTP, CTP, TTP en UTP) als energiebron, terwijl synthases dat niet doen.

Volgens de Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN) kan "synthase" echter worden gebruikt voor elk enzym dat synthese katalyseert (ongeacht of het nucleosidetrifosfaten gebruikt), maar mag "synthetase" alleen worden gebruikt voor "ligase".

Het primaire onderscheid tussen Synthase en Synthetase is dat Synthetase een familie van enzymen is die bindingen tussen moleculen kunnen genereren, terwijl Synthase een enzym is.

Synthase vs Synthetase Vergelijkingstabel

Bekijk deze video om meer te weten te komen over synthase vs synthetase

Conclusie

• Synthetases hebben geen NTP's nodig om te functioneren, omdat zij synthetische processen katalyseren waarvoor de hydrolyse van nucleosidetrifosfaten (en niet gewoon ATP) nodig is.
• Het nomenclatuurcomité van de Internationale Unie voor Biochemie veranderde de definitie van synthase in de jaren tachtig om alle synthetische enzymen te omvatten, ongeacht of zij al dan niet NTP's gebruiken, en synthetase werd synoniem met ligase.
• Ligase is een enzym dat twee kleinere moleculen samenvoegt door gebruik te maken van de energie van NTP-hydrolyse (meestal via een condensatiereactie).