آنزیم ایزوکوریسیمات پیراوات لیاز: نقش در سنتز اسید سالیسیلیک

آنزیم ایزوکوریسیمات پیراوات لیاز (IPL): نقشی حیاتی در بیوشیمی

آنزیم ایزوکوریسیمات پیراوات لیاز (Isochorismate pyruvate lyase)، که با نام اختصاری IPL و شناسه EC 4.2.99.21 نیز شناخته می‌شود، یکی از اعضای مهم خانواده آنزیم‌های لیاز است. وظیفه اصلی این آنزیم، کاتالیز کردن بخشی از مسیر بیوشیمیایی پیچیده تولید اسید سالیسیلیک است. به طور دقیق‌تر، IPL با استفاده از مولکول ایزوکوریسیمات به عنوان سوبسترا، آن را به دو مولکول سالیسیلات و پیرووات تبدیل می‌کند.

این آنزیم که از ژن pchB در باکتری Pseudomonas aeruginosa منشأ گرفته و به عنوان آنزیم PchB نیز شناخته می‌شود، در دسته‌بندی آنزیم‌های PchB قرار می‌گیرد.

نام‌گذاری و طبقه‌بندی

ایزوکوریسیمات لیاز، یا همان PchB، به خانواده وسیع‌تر آنزیم‌های لیاز تعلق دارد. این دسته از آنزیم‌ها معمولاً مسئول افزودن یا حذف گروه‌های عاملی از سوبستراها هستند. نام سیستماتیک این آنزیم ایزوکوریسیمات پیرووات-لیاز (تشکیل‌دهنده سالیسیلات) است. همانطور که از نامش پیداست، سوبسترای اصلی آن ایزوکوریسیمات می‌باشد. علاوه بر نام‌های ذکر شده، این آنزیم با نام‌های زیر نیز شناخته می‌شود:

• پروتئین سنتز سالیسیلات PchB
• پروتئین بیوسنتز پایوخلین PchB
• ایزوکوریسیمات پیرووات لیاز
• PchB
• IPL

واکنش کاتالیز شده

تنها سوبسترای شناخته شده برای ایزوکوریسیمات لیاز، مولکول ایزوکوریسیمات است. این آنزیم با حذف زنجیره انول‌پیراویل از ایزوکوریسیمات، مولکول سالیسیلات را تولید می‌کند. سالیسیلات خود پیش‌ساز مهمی برای سنتز پایوخلین، یک نوع سیدروفور (ترکیب پیونددهنده آهن)، محسوب می‌شود.

نکته جالب: این واکنش احتمالاً یک واکنش پری‌سیکلیک (pericyclic reaction) است. در طول این واکنش، آنزیم حالت گذار (transition state) را با انتقال هیدروژن از کربن C2 به کربن C9 پایدار می‌کند. شکستن و تشکیل پیوندها به صورت همزمان (conjoint) رخ می‌دهد، هرچند لزوماً با سرعت یکسان نیست.

این آنزیم در دمای بهینه 25 درجه سانتی‌گراد و در محدوده pH 6.8 تا 7.5 فعالیت می‌کند، اما دامنه فعالیت آن گسترده‌تر بوده و در pH بین 4 تا 9 نیز فعال است. جالب است که گونه Pseudomonas aeruginosa برای انجام این واکنش به هیچ کوفاکتور یا یون فلزی خاصی نیاز ندارد.

ساختار آنزیم

ساختار IPL به صورت یک دیمر درهم‌تنیده (intertwined dimer) است که دارای دو جایگاه فعال (active site) یکسان می‌باشد. هر مونومر از سه مارپیچ (helix) تشکیل شده است و جایگاه‌های فعال، از باقی‌مانده‌های آمینواسیدی هر دو مونومر تشکیل شده‌اند. یک حلقه (loop) بین مارپیچ اول و دوم، مسیری را برای ورود سوبسترا و خروج محصول فراهم می‌کند.

در این حلقه، یک باقی‌مانده لیزین با بار مثبت در موقعیت 42 (Lys42) قرار دارد که مانند یک درپوش برای جایگاه فعال عمل می‌کند. این لیزین برای حداکثر کارایی آنزیم در تولید سالیسیلات ضروری است. بار مثبت لیزین 42، به همراه سازماندهی سوبسترا پس از ورود به جایگاه فعال، به پایداری حالت گذار آنزیم کمک می‌کند. پیش از اتصال به سوبسترا، جایگاه فعال IPL با مولکول‌های نیترات پیوند برقرار می‌کند.

مسیر بیوشیمیایی

ایزوکوریسیمات لیاز، دومین آنزیم در مسیر سنتز سالیسیلات I است. این مسیر بلافاصله پس از سنتز کوریسیمات I آغاز می‌شود. ابتدا، آنزیم PchA، کوریسیمات تولید شده را به ایزوکوریسیمات تبدیل می‌کند. سپس، IPL با شکافتن ایزوکوریسیمات، پیرووات را جدا کرده و محصول نهایی یعنی سالیسیلات را به جای می‌گذارد.

نقش سالیسیلات

سالیسیلات یک ترکیب آروماتیک است که در گونه‌های مختلف گیاهی و باکتریایی یافت می‌شود. کاربردهای آن بسته به گونه متفاوت است:

• در باکتری‌ها: به عنوان بلوک ساختمانی برای سنتز انواع سیدروفورها (ترکیبات پیونددهنده یون آهن سه‌ظرفیتی) استفاده می‌شود. نمونه‌هایی از این سیدروفورها عبارتند از: یِرسینیاباکتین (yersiniabactin) در باکتری‌های Yersinia pestis و Yersinia enterocolitica، مایکوباکتین (mycobactin) در Mycobacterium tuberculosis، و پایوخلین (pyochelin) در Pseudomonas aeruginosa.
• در گیاهان: در تنظیم فرآیند گلدهی و ایجاد مقاومت در برابر عفونت‌های پاتوژنی نقش دارد.

همولوگ‌ها (آنالوگ‌ها)

ایزوکوریسیمات لیاز از نظر ساختاری با آنزیم کوریسیمات موتاس (chorismate mutase) در باکتری E. coli همولوگ است و حتی فعالیت کوریسیمات موتاس غیرفیزیولوژیکی (با کارایی بسیار پایین‌تر) را نیز نشان می‌دهد.

علاوه بر این، IPL همولوگ‌های دیگری در ارگانیسم‌های دیگر دارد، از جمله:

• Irp9 در Yersinia enterocolitica
• Mbtl یا سالیسیلات سنتاز (salicylate synthase) در Mycobacterium tuberculosis

منبع: EC 4.2.99