هولوآنزیم و آنزیم چیست؟ راهنمای کامل هولوآنزیم به همراه مثال به زبان ساده

امروزه نقش آنزیم‌ها در حیات کاملا شناسایی شده و این ترکیبات برای در حفظ حیات موجودات زنده ضروری هستند. آنزیم ها به دلیل داشتن خواص منحصربفردشان وارد دنیای صنعت نیز شده اند. استفاده از آنزیم ها در صنعت موجب بهبود فرآیند تولید و همین طور بهبود کیفیت محصولات خواهد شد. هولوآنزیم آنزیمی کامل و بسیار کاربردی است. از مزایا هولوآنزیم می توان به این اشاره نمود که از لحاظ کاتالیزوری فعال است. درواقع خواص هولوآنزیم دارای تمامی زیر واحدهای لازم برای عملکرد مطلوب یک آنزیم است. از این رو کاربرد هولوآنزیم در انجام بسیاری از فرآیندها پرواضح است. هولوآنزیم از اجزایی تشکیل شده است که در ادامه مطلب به کاربرد آن ها پرداخته ایم. با ما همراه باشید.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی آنزیم هایی همچون لیپاز، پروتئاز، آمیلاز و… نیز پرداخته است. در ادامه این مطلب با بررسی نحوه عملکرد هولوآنزیم و اجزای سازنده آن همراه ما باشید.

آنزیم چیست

آنزیم ها ترکیباتی ساخته شده از پروتئین هستند. این ترکیبات بر مولکول هایی تاثیر می گذارند که سوبسترا نامیده می شوند. آنزیم ها به تنظیم سرعت تقریبا همه واکنش های متابولیکی سلولی منجر می شوند. آنزیم ها برای ادامه زندگی ترکیباتی ضروری هستند و نقش بسیار مهمی در عملکرد سلول ها دارند. بیش از ۵۰۰۰ نوع واکنش بیوشیمیایی وجود دارد. جالب است بدانید که این آنزیم ها هستند که در آن ها نقش کاتالیزور ایفا می کنند. البته این مولکول ها تفاوت هایی با سایر کاتالیزورها دارند. مولکول های فعال کننده و بازدارنده می توانند موجب افزایش یا کاهش سرعت و کارایی آنزیم ها شوند. درست مانند برخی از داروها یا سموم که می توانند بازدارنده یا فعال کننده آنزیمی های بدن باشند.

این ترکیبات از جنس پروتئین هستند و بنابراین همانند سایر پروتئین ها از زنجیر های پلی پپتیدی ساخته شده اند که از جنس آمینو اسید هستند. این ترکیبات ساختاری سه بعدی دارند. ساختار آنزیم ها با توجه به نوعشان ممکن است تنها از یک زنجیر پلی پپتیدی و یا چندین زنجیر پلی پپتیدی تشکیل شده باشند. آنزیم ها اغلب از زیر لایه ای که به آن متصل می شوند بزرگ تر بوده و قسمت کوچکی از آن ها به سوبسترا متصل می شود. درواقع آنزیم ها دارای جایگاه فعال هستند. جایگاه فعال آنزیم محلی است که در آن آنزیم با سوبسترا  پیوند برقرار می نماید.

انواع آنزیم

انواع مختلفی از آنزیم ها شناسایی شده اند. در ادامه به برخی از این آنزیم ها اشاره شده است.

• آمیلازها: این آنزیم ها قادرند تا کربوهیدرات نشاسته را به قند تجزیه نمایند.
• پروتئازها: این آنزیم ها قادرند تا پروتئین ها را به آمینو اسیدها تجزیه کنند.
• لیپازها: این آنزیم لیپیدها را به اسید های چرب و گلیسرول تجزیه خواهد نمود.

هولوآنزیم چیست

هولوآنزیم‌ یا آنزیم کامل برای توصیف و معرفی آنزیمی به کار گرفته می شود که به کوآنزیم‌ها و کوفاکتورهای خود متصل شده است. درواقع هولوآنزیم مولکولی است که آنزیمی کامل و فعال را تشکیل داده است. هولوآنزیم یک آنزیم کامل و کاملا کاربردی بوده و از لحاظ کاتالیزوری فعال است. هولوآنزیم از یک آپوآنزیم و کوفاکتورهای آن تشکیل یافته است. از مزایا هولوآنزیم این است که تمام زیرواحدهای مورد نیاز برای عملکرد یک آنزیم را داراست. DNA پلیمراز III و RNA پلیمراز مثال هایی از انواع هولوآنزیم هستند. بعلاوه هولوآنزیم به عنوان آنزیمی مزدوج نیز شناخته می شود.

قسمت پروتئینی آنزیم، آپوآنزیم است. این بخش ازنظر آنزیمی بدون کوفاکتور غیرفعال است. کوفاکتور نیز همان بخش غیر پروتئینی هولوآنزیم است. این بخش از هولوآنزیم برای فعالیت آن ضروری است. کوفاکتورها می توانند یون های فلزی (⁺Mg^۲+، Fe^۳+، Zn^۲) یا مولکول های آلی به نام کوآنزیم باشند. اکثر کوآنزیم ها از ویتامین ها به دست می آیند. آن ها به عنوان یک حامل گروه ها عمل کرده و موجب انتقال این گروه ها در یک واکنش بیوشیمیایی می شوند.

نقش و خواص هولوآنزیم چیست

یک نقش موثر هولوآنزیم تبدیل سوبسترا به محصول است و این عملکردی مهم در واکنش هاست. هولوآنزیم ها نیاز به یک کوفاکتور دارند. انواع هولوآنزیم ها از بخش های پروتئینی کوچک تری به نام واحدهای فرعی ساخته شده اند.

 اجزای هولوآنزیم

کوآنزیم یکی از اجزای سازنده هولوآنزیم

آنزیم ماده ای پروتئینی است. این ماده به عنوان یک کاتالیزور یا واسطه و جهت سرعت بخشیدن به یک واکنش شیمیایی استفاده می شود. ماده ‌ای که موجب تقویت عملکرد آنزیم می شود، کوآنزیم نامیده می شود. کوآنزیم‌ ها مولکول‌ هایی کوچک هستند که به تنهایی قادر به کاتالیز واکنش ها نیستند. اما می ‌توانند به آنزیم‌ ها در پیشرفت واکنش‌ ها کمک کنند. کوآنزیم‌ ها درواقع مولکول‌های غیر پروتئینی آلی بوده و با مولکول پروتئینی آپوآنزیم به هم متصل می گردند. در صورت وقوع این رویداد آنزیم فعال یا هولوآنزیم تشکیل می گردد. ویتامین‌های محلول در آب مانند: ویتامین‌ های B6، B2، B1 ازجمله کوآنزیم های شناخته شده هستند.

بنابراین می توان اینطور تفسیر نمود که هولو آنزیم یا آنزیم فعال زمانی بوجود می آید که یک آنزیم به یک کوآنزیم اتصال ‌یابد. با کاربرد هولوآنزیم ها می توان سوبستراها یا واکنش‌ دهنده‌ها را به محصولاتی تغییر داد که یک ارگانیسم (چه شیمیایی یا فیزیولوژیکی) به آن‌ها نیاز دارد تا عملکرد اساسی خود را انجام دهد. کوآنزیم‌‌ها نیز مانند آنزیم‌‌ ها، بدون اینکه در سرعت انجام عملکرد یا اثربخشی خود تغییری ایجاد نمایند، قابل استفاده مجدد و بازیافت خواهند بود. کوآنزیم ها با اتصال به بخشی از جایگاه فعال، در روی آنزیم اتصال یافته و موجب کاتالیز واکنش و انجام آن می شوند.

نکته قابل توجه محدوده فعالیت در بازه دمایی است. وقتی آنزیمی در اثر درجه حرارت شدید یا pH نامناسب قرار گیرد، ساختار عملکردی خود را از دست خواهد داد. در این مواقع کوآنزیم دیگر نمی ‌تواند به جایگاه فعال متصل شود و بنابراین هولو آنزیم ایجاد نخواهد شد.

نقش کوفاکتور در‌ هولوآنزیم چیست

کوفاکتورها گونه ‌های معدنی یا ترکیبات غیرپروتئینی هستند. این ترکیبات موجب افزایش سرعت کاتالیز شده و بنابراین به عملکرد آنزیم کمک خواهند نمود. کوفاکتور‌ها اغلب یون‌ های فلزی هستند. البته برخی از عناصر فلزی هستند که ارزش غذایی خاصی ندارند. اما برخی عناصر کمیاب در واکنش ‌های بیوشیمیایی مانند آهن، مس، روی، منیزیم و کبالت و همین طور مولیبدن به عنوان عامل مؤثر در واکنش‌ ها عمل خواهند نمود. این عناصر کمیاب که به عنوان کوفاکتور عمل می کنند را باید از طریق رژیم های غذایی دریافت نمود. برخی از عناصر کمیاب که برای تغذیه مهم هستند نیز ممکن است به عنوان کوفاکتور در واکنش‌ های سلولی عمل کنند. کروم، ید و کلسیم ازجمله این عناصر هستند.

درنهایت همه اجزای آلی و غیرآلی برای عملکرد یک آنزیم ضروری محسوب می‌شوند و استفاده از اصطلاح کوفاکتور برای انواع مولکول‌ های کمک کننده آنزیمی به کار گرفته می شود.

آپوآنزیم چیست

به آنزیمی که بدون کوآنزیم است، آپوآنزیم گفته می شود. بدون کوآنزیم ‌‌ها یا کوفاکتور‌ ها، آنزیم‌‌ها قادر نخواهند بود تا واکنش‌ها را به طور موثر کاتالیز نمایند. می توان گفت بدون حضور انواع کوآنزیم‌، آنزیم ها به هیچ عنوان عملکردی نخواهند داشت. بنابراین کوآنزیم ها نقشی اساسی در کارکرد آنزیم ها دارند. درصورتی که واکنش ‌ها با سرعت مناسبی کاتالیز نشوند و ترکیبات حاصل از واکنش‌ به موقع تولید نشوند، ارگانیسم ها در حفظ حیات با مشکلات جدی مواجه خواهد شد. آپوآنزیم نامی است که به آنزیم غیرفعال نسبت داده می‌شود. درواقع یک آپوآنزیم فاقد کوآنزیم‌ یا کوفاکتورهاست. بنابراین کمپلکسی از آپوآنزیم کوفاکتور فعال کاتالیزوری به عنوان یک هولوآنزیم یا آنزیم مزدوج یا آنزیم فعال شناخته می شود.

جایگاه فعال در هولوآنزیم

در علم زیست ‌شناسی، ناحیه ‌ای از آنزیم که در آن مولکول‌ های بستر به هم متصل می ‌شوند و تحت واکنش شیمیایی قرار می‌گیرند را جایگاه فعال می نامند. جایگاه فعال از باقیمانده آمینو اسیدی است که پیوندهای موقتی با بستر داشته و باقیمانده‌ای را ایجاد خواهد نمود تا واکنش را کاتالیز کند. جایگاه فعال تنها ۱۰ تا ۲۰ درصد از حجم آنزیم را اشغال می‌کند. با این وجود یکی از مهم ترین بخش ها در ساختار هر آنزیم است. زیرا این قسمت است که واکنش شیمیایی را کاتالیز خواهد نمود. این ماده از سه تا چهار اسید آمینه تشکیل یافته است.

توجه نمایید که هر جایگاه فعالی برای اتصال به یک بستر خاص و کاتالیز یک واکنش خاص بهینه شده و تکامل یافته‌ است. در نتیجه جایگاه فعال در یک هولوآنزیم از ویژگی و اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. البته گاهی آنزیم‌ها برای انجام عملکرد خود به اتصال با برخی از کوفاکتورها نیاز دارند.

یک جایگاه فعال قادر است تا یک واکنش را به‌ طور مکرر کاتالیز کند. زیرا در پایان واکنش تغییر نمی ‌کند. البته امکان تغییر در طول واکنش وجود دارد، اما در پایان دوباره تولید خواهد شد.

انواع هولوآنزیم را بشناسید

RNA پلیمراز

RNA پلیمراز آنزیمی است که ساخت mRNA را از روی DNA رونویسی می ‌کند. سلول های پروکاریوتی فقط یک نوع آنزیم RNA پلیمراز دارند. سه نوع آنزیم RNA پلیمراز در سلول های یوکاریوتی یافته می شود. این انواع با علامت‌های I و II و III معرفی می شوند. تنها رونویسی ژن‌ های rRNA توسط RNA پلیمراز I انجام می‌ شود. RNA پلیمراز II نیز رونویسی پیشسازهای mRNA ها و همین طور برخی از RNA های کوچک را عهده دار است. RNA پلیمراز III نیز قادر است تا رونویسی ژن‌های tRNA و همین طور بعضی از RNA های کوچک را کاتالیز نماید.

هنگام برهمکنش RNA پلیمراز و فاکتور سیگما، گروه پروتئین‌ های حاصل شده به عنوان یک هولوآنزیم RNA پلیمراز معرفی می ‌شوند. رونویسی در چندین مرحله صورت می پذیرد. در ابتدا هولوآنزیم RNA پلیمراز جهت تشکیل هولوآنزیم RNA پلیمراز مکان یابی شده و برای اتصال پروموترها، هسته RNAP با فاکتور شروع رونویسی سیگما مرتبط می گردد. میل ترکیبی RNAP برای DNA غیراختصاصی توسط سیگما کاهش داده شده و این در حالیست که ویژگی برای پروموترها افزایش خواهد یافت. بنابراین رونویسی در مکان های صحیح شروع شده و به DNA پروموتر متصل می گردد.

DNA پلیمراز نمونه ای از یک هولوآنزیم

DNA پلیمراز III یک هولوآنزیم است. این ترکیب دارای دو آنزیم اصلی است که البته هر یک از سه زیر واحد تشکیل یافته اند. این واحدها یک گیره کشویی که دارای دو زیر واحد بتا و همین طور یک کمپلکس بارگیری گیره که دارای چندین زیر واحد است را شامل می شوند.

DNA پلیمراز آنزیم اصلی کاتالیز کننده تکثیر DNA در پروکاریوت ها بشمار می آید. این آنزیم اولین بار در سال ۱۹۷۰ توسط دانشمندی به نام توماس کورنبرگ کشف شد. این آنزیم بخشی از چنگال همانند سازی بوده و می تواند در ثانیه، ۱۰۰۰ نوکلئوتید را به رشته DNA تازه پلیمریزه شده بیافزاید. DNA پلیمراز III یک هولوآنزیم بوده که از ده پروتئین مجزا تشکیل یافته است. این آنزیم دارای سه مولکول عملکردی به نام ‌هایα ، ε و θ است. این سه مولکول عملکردی به طور جداگانه مسئول سه عملکرد آنزیم هستند.

1. α پلیمریزاسیون DNA را مدیریت می کند.
2. ε فعالیت تصحیح اگزونوکلئاز آنزیم های پلیمراز III را مدیریت می کند.
3. θ به زیر واحد ε برای تصحیح کمک رسانی می کند.

کاربرد هومو آنزیم

همان طور که گفته شد هالوآنزیم همان آنزیم فعال است و آماده تبدیل پیش ماده به محصول است. بنابراین با استفاده از هالوآنزیم اختصاصی می توان محصول مورد نظر را با روشی کاملا بهینه سازی شده بدست آورد. هالوآنزیم های مختلفی وجود دارند که موجب پیشرفت بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی و… خواهند شد.

سخن آخر

در این مطلب از جهان شیمی فیزیک به بررسی خواص و ویژگی‌ های هولوآنزیم و نحوه عملکرد و نقش بیولوژیکی آن در ارگانیسم پرداختیم. هولو آنزیم همان آنزیم فعال و کامل است که می تواند به ایجاد محصول جدید منجر شود. این ترکیبات بسیار مهم هستند و خواصی بی نظیر دارند.