Tietoa isomeraasista:
Isomeraasi on nimitys entsyymien luokalle, jotka pystyvät muuntamaan molekyylejä isomeeristä toiseen. Nämä isomeraasit ovat avainasemassa molekyylinsisäisten uudelleenjärjestelyjen muodostumisessa ja hajoamisessa.
Tällöin yhdestä substraatista saadaan vain yksi tuote. Vaikka tuotteella on yhteinen molekyylikaava substraatin kanssa, se eroaa sidosten kytkeytyneisyydessä tai tilajärjestyksessä.
Isomeraasien mekanismi
Isomeraasit ovat avainasemassa katalysoimassa erilaisia reaktioita monissa biologisissa prosesseissa. Yleisiä esimerkkejä voivat olla hiilihydraattien aineenvaihdunta ja glykolyysi.
Isomeraaseilla on erilaisia mekanismeja.
Epimerisaatio, Calvinin syklissä esimerkiksi, kun D-ribuloosi-5-fosfaatti muuttuu ribuloosafosfaatti-3-epimeraasin toimesta D-ksyluloosi-5-fosfaatiksi. Ainoa stereokemiallinen ero substraatin ja tuotteen välillä on ketjun kolmannessa hiilessä. Taustalla oleva mekanismi edellyttää kolmannen hiilen deprotonoitumista reaktiivisen enolaattivälituotteen muodostamiseksi.
Intramolekulaarinen siirto, Chorismate mutase on intramolekulaarinen transferaasi, joka katalysoi chorismaten muuntamista prefenaatiksi. Tätä käytetään joskus L-tyrosiinin ja L-fenyylialaniinin esiasteena tietyissä bakteereissa ja kasvistossa. Tämä reaktio on Claisenin uudelleenjärjestely, joka voi tapahtua isomeraasin kanssa tai ilman sitä. Nopeus kasvaa kuitenkin eksponentiaalisesti korismataattimutaasin läsnä ollessa. Reaktio kulkee tuolin siirtymätilan kautta, jossa substraatti on trans-diaksiaalisessa asennossa, ja isomeraasi sitoo selektiivisesti tuolin siirtymätilaa. Katalyysin tarkkaa mekanismia ei vielä tunneta.
Intramolekulaarinen oksidoreduktio, Isopentenyylidifosfaatin (IPP) isomeraasi nähdään kolesterolisynteesissä, erityisesti kun se katalysoi isopentenyylidifosfaatin (IPP) muuntumista dimetyyliallyylidifosfaatiksi (DMAPP). Tällöin vakaa hiili-hiili-kaksoissidos järjestäytyy uudelleen luodakseen erittäin elektrofiilisen allylisen isomeerin.
Renkaan avautuminen ja supistuminen, Erittäin havainnollinen esimerkki renkaan avautumisesta ja supistumisesta on glukoosin isomeroituminen fruktoosiksi. Toisin sanoen aldehydin, jolla on kuusirenkainen rengas, isomerisaatio ketoniksi, jolla on viisirenkainen rengas. D-glukoosi-6-fosfaatin muuntumista D-fruktoosi-6-fosfaatiksi katalysoi glukoosi-6-fosfaatti-isomeraasi, joka on intramolekulaarinen oksidoreduktaasi. Reaktio edellyttää renkaan avautumista aldoosin muodostamiseksi happo-/emäskatalyysin avulla. Tämä johtaa myöhemmän cis-endiolin välituotteen muodostumiseen. Näin muodostuu ketoosi, jonka jälkeen rengas jälleen sulkeutuu.
Isomeraasin toiminta
Isomeraasilla on monenlaisia tehtäviä lääkkeistä elintarvikkeiden valmistukseen. Isomeraasien puutosten tiedetään johtavan ihmisillä sairauksiin, kuten fosfoheksoosi-isomeraasin puutokseen ja triosfosfaatti-isomeraasin puutokseen.
Isomeraasin ehkä yleisin käyttökohde on kuitenkin pöytäsokerin valmistus, jossa glukoosi-isomeraasi katalysoi D-ksyloosin ja D-glukoosin muuntamista D-ksyluloosaksi ja D-fruktoosiksi.
Isomeraasin rakenne
Rakenteelliset isomeerit eroavat toisistaan sidosten erilaisella järjestyksellä ja/tai sidosten erilaisella liitettävyydellä. Otetaan esimerkiksi heksaani ja sen neljä muuta isomeerimuotoa; 2,2-dimetyylibutaani ja 2,3-dimetyylibutaani, 2-metyylipentaani, 3-metyylipentaani.
Stereoisomeerit ovat isomeerejä, joilla on sama yksittäisten sidosten järjestys ja sama liitettävyys. Sidottujen atomien kolmiulotteinen järjestys on kuitenkin erilainen. Esimerkiksi 2-buteenia esiintyy kahdessa isomeerisessä muodossa: cis-2-buteeni ja trans-2-buteeni.
Isomeraasien alaluokat ovat esimerkkejä entsyymeistä, jotka katalysoivat stereoisomeerien muuntumista keskenään. Intramolekulaariset lyaasit, oksidoreduktaasit ja transferaasit puolestaan katalysoivat rakenneisomeerien keskinäistä muuntumista.