הבדלים בין גרסאות בדף "קרבוניק אנהידראז"

קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
הוסרו 1,075 בתים ,  לפני 12 שנים
אין תקציר עריכה
[[Image:Carbonic anhydrase.png|thumb|350px|מבנה מרחבי של האנזים קרבוניק אנהידראז]]
{{בעבודה אקדמית|קורס= מבוא לביוכימיה א', מכללת אחווה |יעד=24.2.08}}
'''קרבוניק אנהידראז (CA)''' שייך למשפחת המטלואנזיםהמטלואנזימים ([[אנזים|אנזימים]] המכילים [[אטום]] מתכת אחד או יותר כמרכיבהחיוני תפקודיפעילות שלהאנזים). ה[[אנזיםאתר פעיל|האתר הפעיל]]) האנזים זה מכיל יון אבץ. אנזים זה [[קטליזה|מקטלזיםמזרז באופן קטליטי]] את הפיכת [[דו תחמוצת הפחמן]] ל[[ביקרבונט]] ו[[פרוטון|פרוטונים]]. זוהי ריאקציה המתרחשת לאט למדי בהעדר [[זרז|קטליזטור]].
[[Image:Carbonic anhydrase.png|thumb|350px]]
קרבוניק אנהידראז מגדיל במידה רבה את קצב הריאקציה, כאשר קצב ריאקציה אופייני לכמה צורות שונות של האנזים נע בין 10<sup>4</sup> ל 10<sup>6</sup> תגובות לשניה. [[אתר פעיל|האתר הפעיל]] של רוב הCA מכיל יוני אבץ.
'''קרבוניק אנהידראז (CA)''' שייך למשפחת המטלואנזים ([[אנזים|אנזימים]] המכילים [[אטום]] אחד או יותר כמרכיב תפקודי של ה[[אנזים]]) ה[[קטליזה|מקטלזים]] את הפיכת [[דו תחמוצת הפחמן]] ל[[ביקרבונט]] ו[[פרוטון|פרוטונים]]. זוהי ריאקציה המתרחשת לאט למדי בהעדר [[זרז|קטליזטור]].
קרבוניק אנהידראז מגדיל במידה רבה את קצב הריאקציה, כאשר קצב ריאקציה אופייני לכמה צורות שונות של האנזים נע בין 10<sup>4</sup> ל 10<sup>6</sup> תגובות לשניה. [[אתר פעיל|האתר הפעיל]] של רוב הCA מכיל יוני אבץ.
 
===מבנה ותפקוד===
ישנם כמה צורות שונות של קרבוניק אנהידראז המופיעות בטבע. לדוגמא, צורת ה ''α-carbonic anhydrase'' הנוכחת בבעלי חיים. התפקיד העיקרי של [[אנזים]] זה בבעלי חיים הוא להמיר את [[דו תחמוצת הפחמן]] וה[[ביקרבונט]] על מנת לשמור על ש"מ של חומצה-בסיס בדם, ברקמות השונות ובכדי להוות עזרהלעזור בהוצאת [[דו תחמוצת הפחמן]] מהרקמות השונות. <br />
צמחים מכילים צורת אחרת של CAהאנזים הנקראת ''β-carbonic anhydrase'' . זהו אנזים השונה במקצת מ-''α-carbonic anhydrase'' אך משתתף באותן הריאקציות וגם כן משתמש ביוניביוו האבץ בבאתר הפעיל שלו. בצמחים, קרבוניק אנהידראז עוזר להעלות את ריכוז הCO<sub>2</sub> בתוך ה[[אתרכלורופלסט]] פעיל|אתרבמטרה הפעיללהגביר את קצב הקרבוקסילציה (קיבוע פחמן דו חמצני) של האנזים [[רוביסקו]]. שלוזוהי ריאקציה המביאה CO<sub>2</sub> ליצירת סוכרים של פחמן אורגני במהלך ה[[פוטוסינתזה]]. הריאקציה תוכל להתקיים רק כאשר יהיה שימוש בצורת הCO<sub>2</sub> ולא בצורה של חומצה פחמנית או [[ביקרבונט]].<br />
כמו כן נמצא כי אנזים ממשפחת הקרבוניק אנהידראז מ[[צורניות]] ימיות משתמש ביון[[קדמיום]], בעת מחסור באבץ. דבר זה יכול לאפשר גדילת [[פיטופלנקטון]] (כמו [[צורניות]]) באוקיאנוסים בהם ריכוז האבץ עשוי להיו נמוך מאוד. לפני גילוי זה, [[קדמיום]] נחשב כמתכת כבדה ורעילה מאד ללא תפקוד ביולוגי מסוים.
 
==ריאקציה==
בצמחים, CA עוזר להעלות את ריכוז הCO<sub>2</sub> בתוך ה[[כלורופלסט]] במטרה להגביר את קצב הקרבוקסילציה (קיבוע פחמן דו חמצני) של האנזים [[רוביסקו]]. זוהי ריאקציה המביאה CO<sub>2</sub> ליצירת סוכרים של פחמן אורגני במהלך ה[[פוטוסינתזה]]. הריאקציה תוכל להתקיים רק כאשר יהיה שימוש בצורת הCO<sub>2</sub> ולא בצורה של חומצה פחמנית או [[ביקרבונט]].
קצב הריאקציה של קרבוניק אנהידראז נחשב מהיר מאוד יחסית להרבה אנזימים אחרים, ולמעשה אנזים זה נחשב ל''אנזים מושלם'' כיוון שקצב הריאקציה שלו כל כך מהיר כך שהוא מוגבל רק ע"י קצב ה[[דיפוזיה]] של ה[[סובסטרט]] שלו.<br />
* בשנת 2000, [[קדמיום]], המכיל CA נמצא כשהוא מופרש מ[[צורניות]] ימיות בזמן מחסור באבץ.
ברקמות בהם יש ריכוז גבוה של CO<sub>2</sub> (לדוגמא, בכלי הדם בקרבת שרירים) תזורז הריאקציה:
בים הפתוח, אבץ לעיתים קרובות נמצא בריכוזים נמוכים מאוד שזה יכול להגביל את גדילת ה[[פיטופלנקטון]] - כמו [[צורניות]].
לכן, הCA, המשתמש ביוני מתכת שונים יהיה מאוד מועיל בסביבה כזו.
לפני גילוי זה, [[קדמיום]] נחשב כמתכת כבדה ורעילה מאד ללא תפקוד ביולוגי מסויים.
 
:<math>\rm HCO_3^-CO_2 + H^+H_2O \rightarrow H_2CO_3 \rightarrow CO_2HCO_3^- + H_2OH^+</math>
* ריאקציות המקוטלזות ע"י קרבוניק אנהידראז:
:<math>\rm CO_2 + H_2O \rightarrow^{Carbonic\ anhydrase} HCO_3^- + H^+</math>
 
בעוד שהריאקציה ההופכית תזורז כאשר ריכוז CO<sub>2</sub> יהיה נמוך (בריאות).
זוהי ריאקציה המתרחשת ברקמות בהם יש ריכוז גבוה CO<sub>2</sub> ומתארת פירוק CO<sub>2</sub> לקרבוניק אנהידראז.
 
קצב הריאקציה של קרבוניק אנהידראז נחשב מהיר מאוד יחסית להרבה אנזימים אחרים, והקצב הריאקציה שלו בד"כ מוגבל ע"י קצב ה[[דיפוזיה]] של ה[[סובסטרט]] שלו. הריאקציה ההופכית, היא גם כן איטית באופן יחסי שזו גם הסיבה מדוע כאשר אנו פותחים מיכל בעל נוזל מוגז (כדוגמת בקבוק קולה) הגזים אינם נעלמים כליל באופן מיידי. אך כאשר יגיעו לפה ויתערבבו עם נוזלי הפה בנוכחות קרבוניק אנהידראז הגזים יעלמו יחסית מהר.
:<math>\rm HCO_3^- + H^+ \rightarrow H_2CO_3 \rightarrow CO_2 + H_2O</math>
ריאקציה זו מתרחשת ב[[ריאות]] וב[[נפרון|נפרוני]] ה[[כליות]] ששם ריכוז הCO<sub>2</sub> נמוך יחסית, כמו גם בתאי צמחים ומתארת פירוק קרבוניק אנהידראז ליצירת CO<sub>2</sub>.
 
===מנגנון פעולה===
ה[[קבוצה פרוסטטית|קבוצה הפרוסטטית]] באבץ(אבץ מסודרתבדרך ב3כלל) מיקומיםקשורה שוניםבשלוש ע"יעמדות שרשראותעל הצדידי טבעות ה[[אימידזול]] של [[חומצת אמינו|חומצת האמינו]] [[היסטידין]]. המיקוםלעמדה הרביעיהרביעית תפוסנקשרת ע"ימולקולת מולקולת מים. סידור זה, גורם ל[[קוטביות|קיטוב]] (פולריזציה) של מולקולת המים, כל שיכול להיווצר יון [[הידרוקסיד]], שהינו [[נוקלאופיל]] חשוב בתגובה זו. בנוסף, [[היסטידין]] רביעי ממוקם קרוב למקום קישור המים ויכול לקבל [[פרוטון|פרוטון]] ([[קטליזה|קטליזת]] חומצה-בסיס) ולכן לסייע ליצירת ההידרוקסיד באתר הפעיל.
ה[[אתר פעיל|אתר הפעיל]] מכיל גם כיס מיוחד עבור [[דו תחמוצת הפחמן]] המביא אותו קרוב לקבוצת ה[[הידרוקסיד]] מה שמאפשר לאלקטרון העשיר בל[[הידרוקסיד]] לתקוף את [[דו תחמוצת הפחמן]] ליצירת [[ביקרבונט]].
סידור זה, גורם לפולריזציה (יצירת [[קוטב]] מסויים) של קשרי ה[[מימן]]-[[חמצן]], הגורם לחמצן להיות שלילי מעט במטענו וע"י כך מחליש את קשריו עם מולקולת המימן.
[[היסטידין]] רביעי ממוקם קרוב ל[[סובסטרט]] של המים ויכול לקבל [[פרוטון|פרוטונים]] כדוגמת [[קטליזה|קטליזת]] חומצה-בסיס. תהליך זה משאיר את ה[[הידרוקסיד]] קשור לאבץ.
ה[[אתר פעיל|אתר הפעיל]] מכיל גם כיס מיוחד עבור [[דו תחמוצת הפחמן]] המביא אותו קרוב לקבוצת ה[[הידרוקסיד]] מה שמאפשר לאלקטרון העשיר ב[[הידרוקסיד]] לתקוף את [[דו תחמוצת הפחמן]] ליצירת [[ביקרבונט]].
 
==משפחות הקרבוניק אנהידראז (CA)==
ישנם לפחות חמישה משפחות שונות של קרבוניק אנהידראז - α, β, γ, δ, ε.
לכל המשפחות הללו, אין דמיון משמעותי ברצפי ה[[חומצת אמינו|חומצות האמינו]] שלהם, וברוב המקרים, נחשבים כדוגמא טובה ל[[אבולוציה מתכנסת]].
 
===α-CA===
אנזימי הקרבוניק אנהידראז הנמצאים ביונקים, מתחלקים ל4 תתי קבוצות רחבות שכל אחד מהם מורכב מכמה איזופורמים שונים:
* [[ציטוזול]] CA
* [[מיטוכונדריה]] CA
* CA מופרש
* CA הקשור ל[[ממברנה]]
 
===β-CA===
רוב הCA של ה[[פרוקריוטים]] ושל ה[[כלורופלסט]] בצמחים שיכיים למשפחה זו. ישנם 2 תבניות שזוהו עבור משפחה זו:
* [C-[SA]-D-S-R-[LIVM]-x-[AP
* EQ]-[YF]-A-[LIVM]-x(2)-[LIVM]-x(4)-[LIVMF](3)-x-G-H-x(2)-C-G]
 
===γ-CA===
מחלקת הגמא נמצאה ב[[בקטריה]] הגדלה באביב החם, ומייצרת את הגז [[מתאן]].
 
===δ-CA===
מחלקת הדלתא נמצאה ב[[צורניות]]. אך קיומה של מחלקה זו הוטל לאחרונה בספק.
 
==משפחותמשפחת הקרבוניק אנהידראז (CA)==
===ε-CA===
ישנם לפחות חמישה תתי-משפחות שונות של קרבוניק אנהידראז - α, β, γ, δ, ε.
מחלקת האפסילון של CA מתרחשת באופן בלעדי ב[[בקטריה]], בכמה כמוליטוטרפים (יצורים הצורכים חומרים [[אנאורגני|אנ-אורגניים]] ומקבעים CO<sub>2</sub> בנשימה [[אירובי|אירובית]] ו[[אנאירובי|אנ-אירובית]])וב[[כחוליות]] ימיות המכילות קרבוקסיזום (בקטריה קטנה מאוד). אנליזות תלת מימדיות שבוצעו לאחרונה גילו שε-CA נושא דמיון מבני לβ-CA בעיקר ליד מיקום יוני המתכת. לכן, ייתכן ו2 המחלקות הללו קשורות אחת לשניה באופן אבולוציוני מרוחק למרות שרצפי [[חומצת אמינו|חומצות האמינו]] הבסיסיות שלהם השתנו מאז בצורה רבה.
לכלבין המשפחות הללו,אלו אין דמיון משמעותי ברצפי ה[[חומצת אמינו|חומצות האמינו]] שלהם, וברוב המקרים, נחשבים כדוגמא טובה ל[[אבולוציה מתכנסת]].
*'''α-CA''' - אנזימי הקרבוניק אנהידראז הנמצאים ביונקים, מתחלקים ל4 תתי קבוצות רחבות שכל אחד מהם מורכב מכמה [[איזופורם (חלבון)|איזופורמים]] שונים: ב[[ציטוזול]], ב[[מיטוכונדריה]], אנזים מופרש ואנזים הקשור ל[[ממברנה (ביולוגיה)|ממברנה]].
*'''β-CA''' - רוב הCAאנזימי הקרבוניק אנהידראז של ה[[פרוקריוטים]] ושל ה[[כלורופלסט]] בצמחים שיכיים למשפחה זו. ישנם 2 תבניות שזוהו עבור משפחה זו:
*'''γ-CA''' - מחלקת הגמא נמצאה ב[[בקטריה]] הגדלה באביב החם, ומייצרתהמייצרת את הגזגז ה[[מתאן]].
*'''δ-CA''' - מחלקת הדלתא נמצאה ב[[צורניות]]. (אך קיומה של מחלקה זו הוטל לאחרונה בספק).
*'''ε-CA''' - מחלקת האפסילון של CA מתרחשתקיימת באופן בלעדיבעיקר ב[[בקטריה]], בכמה כמוליטוטרפים (יצורים הצורכים חומרים [[אנאורגני|אנ-אורגניים]] ומקבעים CO<sub>2</sub> בנשימה [[אירובי|אירובית]] ו[[אנאירובי|אנ-אירובית]])וב[[כחוליות]] ימיות המכילות קרבוקסיזום (בקטריה קטנה מאוד)מסוימות. אנליזות תלת מימדיות שבוצעו לאחרונה גילו שε-CA נושא דמיון מבני לβ-CA בעיקר ליד מיקום יוני המתכת. לכן, ייתכן ו2 המחלקות הללו קשורות אחת לשניה באופן אבולוציוני מרוחק למרות שרצפי [[חומצת אמינו|חומצות האמינו]] הבסיסיות שלהם השתנו מאז בצורה רבה.
 
[[קטגוריה: ביוכימיה]]
[[קטגוריה:אנזימים]]
 
[[en:Carbonic anhydrase]]
393

עריכות

תפריט ניווט