ISOMERASES: PROCESSOS, FUNCIONS, NOMENCLATURA I SUB-CLASSES - BIOLOGIA - 2025

Les isomerasas són una classe d'enzims involucrats en el re-arranjament estructural o posicional d'isòmers i estereoisòmers de diferents molècules. Estan presents virtualment en tots els organismes cel·lulars complint funcions en diversos contextos.

Els enzims d'aquesta classe actuen sobre un sol substrat, tot i que algunes puguin estar associades covalentment amb cofactors, ions, entre d'altres. La reacció general, per tant, es pot veure com segueix:

XY → YX

Les reaccions catalitzades per aquests enzims impliquen un reordenament intern dels enllaços, que pot significar canvis en la posició de grups funcionals, en la posició de dobles enllaços entre carbonis, entre d'altres, sense canvis en la fórmula molecular d'el substrat.

Mecanisme d'acció de la isopentenil pirofosfat isomerasa catalitzant la isomerització de l'isopentenil pirofosfat a dimetilalil pirofosfat (Font: Yjlu22 via Wikimedia Commons)

Les isomerasas compleixen diverses funcions en gran varietat de processos biològics, dins de les quals cal incloure les rutes metabòliques, la divisió cel·lular, la replicació de l'ADN, per citar algunes.

Les isomerasas van ser les primeres enzims utilitzades industrialment per a la producció de xarops i altres aliments ensucrats, gràcies a la seva capacitat de interconvertir els isòmers de diferents tipus de carbohidrats.

Processos biològics en els quals participen

Les isomerasas participen en múltiples processos cel·lulars vitals. Entre els més destacats hi ha la replicació i empaquetament de l'ADN, catalitzats per les topoisomerases. Aquests esdeveniments són crucials per a la replicació de l'àcid nucleic, així com per a la seva condensació abans de la divisió cel·lular.

La glucòlisi, una de les rutes metabòliques centrals en la cèl·lula, inclou a l'almenys tres enzims isòmeres, a saber: la fosfoglucosa isomerasa, la triosa-fosfat isomerasa i la fosfoglicerat mutasa.

La conversió d'UDP-galactosa en UDP-glucosa a la via de l'catabolisme de la galactosa és aconseguida per l'acció d'una epimerasa. En humans aquest enzim es coneix com la UDP-glucosa 4-epimerasa.

El plegament de proteïnes és un procés essencial per al funcionament de molts enzims en la naturalesa. L'enzim proteïna-disulfur isomerasa assisteix el plegament de proteïnes que contenen ponts disulfur a l'modificar la posició dels mateixos en les molècules que empra com a substrat.

funcions

La funció principal dels enzims pertanyents a la classe de les isomerasas es pot veure com la de la transformació d'un substrat a través d'un petit canvi estructural, per tal de fer-ho susceptible a un processament ulterior per enzims aigües avall en una ruta metabòlica, per exemple.

Un exemple d'isomerització és el canvi de el grup fosfat en posició 3 a el carboni en posició 2 de l'3-fosfoglicerat per convertir-lo en 2-fosfoglicerat, catalitzat per l'enzim fosfoglicerat mutasa a la ruta glucolítica, amb la qual cosa es genera un compost de major energia que és substrat funcional de l'enolasa.

Nomenclatura

La classificació de les isomerasas segueix les regles generals de la classificació dels enzims proposades per la Comissió d'Enzims (Enzyme Commission) l'any 1961, en la qual cada enzim rep un codi numèric per a la seva classificació.

La posició dels nombres en aquest codi indica cadascuna de les divisions o categories en la classificació i aquests números estan precedits per les lletres "EC".

Per a les isomerasas el primer número representa la classe enzimàtica, el segon denota el tipus d'isomerització que realitzen, i el tercer el substrat sobre el qual actuen.

La nomenclatura de la classe de les isomerasas és EC.5. Posseeix set subclasses, de manera que es trobaran enzims amb el codi des EC.5.1 fins al EC.5.6. Hi una sisena "sub-classe" de isomerasas coneguda com "altres isomerases", el codi és EC.5.99, ja que inclou enzims amb diverses funcions isomerasas.

La denotació de les subclasses es realitza principalment d'acord amb el tipus d'isomerització que aquests enzims realitzen. Tot i això, també poden rebre noms com racemasas, epimerasas, cis-trans -isomerasas, isomerases, tautomerasas, mutasas o cicle isomerasas.

subclasses

Existeixen 7 classes d'enzims dins de la família de les isomerasas:

EC.5.1 Racemasas i epimerasas

Catalitzen la formació de mescles racèmiques basades en la posició de l'carboni α. Poden actuar sobre aminoàcids i derivats (EC.5.1.1), sobre grups hidroxiàcids i derivats (EC.5.1.2), sobre carbohidrats i derivats (EC.5.1.3) i altres (EC.5.1.99).

EC.5.2

Catalitzen la conversió entre les formes isomèriques cis i trans de diferents molècules.

EC.5.3 isomerasas intramoleculars

Aquests enzims s'encarreguen de la isomerització de porcions internes en una mateixa molècula. Hi ha algunes que realitzen reaccions d'oxidoreducció, on el donador i acceptor d'electrons és la mateixa molècula, de manera que no es classifiquen com oxidorreductasas.

Poden actuar inter convertint aldoses i cetosas (EC.5.3.1), sobre grups ceto- i enol- (EC.5.3.2), canviant la posició de dobles enllaços CC (EC.5.3.3), d'enllaços disulfur SS (EC.5.3.4) i altres "oxidorreductasas" (EC.5.3.99).

EC.5.4 Transferasas (mutasas) intramoleculars

Aquests enzims catalitzen els canvis de posició de diversos grups dins de la mateixa molècula. Es classifiquen d'acord a el tipus de grup que "mouen".

Hi ha les Fosfomutasas (EC.5.4.1), les que transfereixen grups amino (EC.5.4.2), les que transfereixen grups hidroxil (EC.5.4.3), i les que transfereixen altres tipus de grups (EC.5.4. 99).

EC.5.5 liasas intramoleculars

Catalitzen la "eliminació" d'un grup que forma part d'una molècula, però que no deixa d'estar unit covalentment a aquesta.

EC.5.6 isomerasas que alteren la conformació macromolecular

Poden actuar alterant la conformació de polipèptids (EC.5.6.1) o d'àcids nucleics (EC.5.6.2).

EC.5.99 Altres isomerasas

Aquesta subclasse reuneix enzims com la tiocianat isomerasa i la 2-hidroxicromeno-2-carboxilat isomerasa.

referències

1. Adams, I. (1972). Amino Acids Racemases and Epimerases. The Enzymes, 6, 479-507.
2. Boyce, S., & College, T. (2005). Enzyme Classification and Nomenclature. Encyclopedia of Life Sciences, 1-11.
3. Cai, CZ, Han, LY, Ji, ZL, & Chen, YZ (2004). Enzyme Family Classification by Support Vector Machines. Proteins: Structure, Function and Bioinformatics, 55, 66-76.
4. Dugave, C., & Demange, L. (2003). Cis - Trans Isomerization of Organic Molecules and biomolècules: Implications and Applications. Chemical Reviews, 103, 2475-2532.
5. Encyclopedia Britannica. (2018). Retrieved March 3, 2019, from britannica.com
6. Freedman, RB, Hirst, TR, & Tuite, MF (1994). Protein disulphide isomerase: building bridges in protein folding. TIBS, 19, 331-336.
7. Murzin, A. (1996). Structural classification of proteins: new superfamílies Alexey G Murzin. Structural Classification of Proteins: New superfamílies, 6, 386-394.
8. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Principis de Bioquímica. Edicions Omega (5th ed.).
9. Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Retrieved from qmul.ac.uk
10. Thoden, JB, Frey, PA, & Holden, HM (1996). Molecular Structure of the NADH / UDP-glucose Abortive Complex of UDP-galactose 4-Epimerase from Escherichia coli: Implications for the Catalytic Mechanism. Biochemistry, 35, 5137-5144.