9- الأنزيمات كبروتينات Enzymes as proteins

لقد عرف حتى الآن أكثر من ألف انزيم ودرس منها بالتفصيل أكثر من مئة، ومن هذا العدد جرى تحليل خمسة عشر انزيماً لمعرفة بناءها الفراغي بواسطة استعمال نظام انحراف أشعة (X). واستناداً إلى ما أمكن معرفته من تلك الدراسات تبين أن البروتينات الانزيمية يمكن أن تقسم إلى ثلاث مجموعات رئيسية:

أ- الأنزيمات (الأحادية) المؤلفة من سلسلة ببتيد عديد واحدة تحوي المركز الفعال في الانزيم. ويطلق على هذه المجموعة الانزيمات الوحيدة Monomeric Enzymes أي انها مؤلفة من تحت وحدة واحدة لا ترتبط بغيرها.

ب- الأنزيمات المركبة Oligomeric Enzymes وهي تلك التي تتألف من عدد من تحت الوحدات (الحد الأدنى اثنتان وقد يصل عدد تحت الوحدات إلى 60) ترتبط مع بعضها بشكل قوي لتؤلف الجزيء الانزيمي الفعال حيوياً.

ج- المعقدات متعددة الأنزيمات Multienzyme Complexes، وفيها يشترك عدد من الانزيمات في سلسلة متواصلة من التفاعلات لتحول مادة واحدة (أو عدة مواد) إلى نواتجها. وهنا أيضاً نرى أن مجموعة الانزيمات في المعقد مترابطة مع بعضها بشكل قوي بحيث أن جميع المحاولات التي تبذل لفصلها عن بعضها كانت تؤدي دائماً إلى فقدان المعقد لنشاطه الحيوي.

وفيما يلي سنلقي نظرة سريعة ومختصرة على كل من تلك المجموعات الثلاث.

أ- الأنزيمات الوحيدة Monomeric Enzymes

تضم هذه المجموعة عدداً نسبياً من الانزيمات، تشترك جميعها في تفاعلات التحليل المائي Hydrolytic Reactions. ويتراوح وزنها الجزيئي من 13000 إلى 35000 كما يظهر من الجدول التالي:

الانزيم	الوزن الجزيئي	عدد الأحماض الأمينية
Lysozyme (بياض البيض)	14600	129
Ribonuclease	13700	124
Lapain	23000	203
Trypsin	23800	223
Carboxypeptidase A	34600	307

بعض الأنزيمات المؤلفة من تحت وحدة واحدة (Monomeric)

ويلاحظ أن مثل هذه الانزيمات لا يمكن تحليلها إلى تحت وحدات أصغر. وأن عدداً من هذه البروتينات انما هي انزيمات محللة للبروتينات Proteases نشطة جداً ونتيجة بذلك فإنه إذا ما جرى تصنيعها حيوياً على الصورة الفعالة ذلك قد يحدث ضرراً بالغاً للخلية، ولهذا السبب فإنها تصنع حيوياً (بواسطة النظام الخاص بصنع البروتينات الذي سيرد في حينه) على صورة غير نشطة تسمى عادة مولد الانزيم Zymogen، ومن ثم يجري نقلها خارج الخلايا إلى الجهاز الهضمي حيث تتحول بسرعة إلى الصورة النشطة أي الانزيم الفعال. ويبين الجدول التالي عدداً من مولدات الانزيمات التي تصنع في الخلايا ثم طريقة تحويلها إلى الصورة النشطة.

مولد الانزيم Zymogen	عامل التنشيط	الانزيم الفعال	الجزء المعيق للنشاط
Pepsinogen	+ H Pepsin	Pepsin	+ أجزاء متفرقة Fragments
Trypsinogen	Enterokinase Trypsin	Trypsin	+ ببتيد سداسي
Chymotry psinogen A	Trypsin +Chemotrypsin	- Chemotrypsin	+ متبقي أحماض أمينية مختلفة
Procarboxypeptidase A	Trypsin	Carboxypeptidase A	+ أجزاء متفرقة
Prolastase	Trypsin	Elastase	+ أجزاء متفرقة

وقد تبين أن المركز الفعال Active Site في بعض الأنزيمات المحللة للبروتينات (وهي تريبسين، كيموتريبسين والاستاز) هو متبقي حمض السيرين ولذلك تسمى Serine proteases. وقد عرف هذا الأمر – جزيئاً – من الاستنتاج المبني على ملاحظة أن الغاز السام جداً والمسمى غاز الأعصاب Nerve gas (وهو عبارة عن داي ايسو بروبيل فلوروفوسفات) يتفاعل بشكل محدد وبمنتهى الدقة مع الوظيفة الكحولية في متبقي السيرين.

ب- الأنزيمات المركبة Oligomeric Enzymes

وهذه المجموعة من الانزيمات تشمل بروتينات يتراوح وزنها الجزيئي من 35000 إلى عدة ملايين وتتألف من عدد من تحت الوحدات (كل تحت وحدة عبارة عن سلسلة ببتيد عديد ذات شكل فراغي خاص) متجمعة ومرتبطة مع بعضها بشكل فريد عجيب بحيث تؤلف – بتجميعها – الانزيم الفعال حيوياً. ولا بد أن نوضح هنا ثلاثة تعابير تستعمل في وصف هذه المجموعة من الانزيمات وهي:

1- تحت الوحدة Subunit وهي سلسلة الببتيد العديد الواحدة في الانزيم الكامل الفعال حيوياً، وتكون عادة غير مرتبطة (بروابط تشاركية عبر مجموعة الاميد) إلى الوحدات الببتيدية الأخرى وبذلك يمكن فصلها عن تحت الوحدات الأخرى.

2- Protomer وهو الذي يحوي على نفس تحت الوحدة متكررة في البروتين الكامل. وقد يوجد عدد كبير من تحت الوحدات المتشابهة تماماً.

3- Oligomer وهو البروتين الذي يضم تحت وحدات متشابهة أو مختلفة (Protomers) لتشكل الجزيء الانزيمي الكامل وهو الفعال حيوياً.

وأحسن مثال على هذه المجموعة من الأنزيمات هو أنزيمات التحلل اللاهوائي للكربوهيدرات (Glycolysis) الذي سيرد ذكره بالتفصيل فيما بعد. ويبين الجدول التالي بعض هذه الانزيمات والذي يتفحص بامعان هذه الانزيمات يلاحظ بأن كل انزيم فيها مؤلف من عدد متفاوت من تحت الوحدات أي أنه من النوع المركب وليس من النوع الأحادي البسيط.

الانزيم	تحت الوحدات	الوزن الجزيئي
	العدد	الوزن الجزيئي
Phosphorylase a	4	92500	370000
Hexokinase	4	27500	102000
Phosphofructokinase	2	78000	190000
Fructose Diphosphates	2 2	29000) 37000)	130000
Aldolase (عضلات)	4	40000	160000
Glyceroldehyde – 3 – P dehydrogenase	2	72000	140000
Enolase	2	41000	82000
Lactic Dehydrogenase	4	35000	150000
Pyruvic kinase	4	57200	237000

وتؤيد الدلائل المتوفرة الآن وجهة النظر القائلة بأن الانزيمات المركبة هي القاعدة في حين أن الانزيمات الاحادية (المجموعة أ) هي الشذوذ.

ج- أنزيمات متعددة المعقدات Multienzyme Complexes 

لقد تمكن الباحثون في موضوع البروتينات الانزيمية من وصف عدد من المعقدات التي تتألف من عدد من الانزيمات منظمة بشكل هندسي فراغي هائل (وكأنها الفسيفساء) بحيث يوضع كل أنزيم من مكونات المعقد بشكل يسمح بترابط فعال مع التفاعلات الافرادية التي تلامسها هذه الانزيمات. وأحسن مثال على هذه المجموعة من الانزيمات تلك المعقدات التي تشمل نازعة الهيدروجين من الاحماض الفلكيتونية (Keto acid degydrogenase-α) في البكتيريا والأنسجة الحيوانية، بالإضافة إلى معقدات التصنيع الحيوي للأحماض الدهنية (Fatty acid syathetase) في الخلايا الحيوانية والخمائر.

وقد درس كل من REED (في تكساس) و HENNING (في ألمانيا) النوع الأول من هذه المعقدات وهو المؤكسد للأحماض α – كيتونية بالتفصيل. وعلى سبيل المثال فإن المعقد المؤكسد لحمض البيروفيك Pyruvic dehydrogenase المستخرج من البكتيريا E. Coli – وهو الذي يقوم بأكسدة حمض البيروفيك الى المشتق السيسيلي لمرافق الانزيم A (Acetyl Co - A) وثاني اوكسيد الكربون – هذا المعقد وزنه الجزيئي حوالي أربعة ملايين ويتألف من ثلاثة مراكز للنشاطات الحيوية (يرمز إليها E_i, E_ii, E_iii) يقوم كل منها بملامسة إحدى مراحل ذلك التفاعل. أي أن هذا المعقد يتألف من ثلاثة انزيمات مرتبطة مع بعضها بالشكل الفراغي المناسب كما يتمكن كل انزيم من القيام بالتفاعل الافرادي الذي يلامسه ضمن التفاعل الكلي. 

ولدى محاولة إعادة ربط هذه الانزيمات الثلاثة مع بعضها لتكوين المعقد الانزيمي الكامل تبين أن E_i و E_iii لا يمكن أن يرتبطا مع بعضهما الا بوجود E_ii، مما يشير إلى أن الانزيم المتوسط E_ii يقوم بدور مركز الربط بين E_i و E_iii اللذين يتحدا معه بطريقة هندسية محددة. ولعل النظام الانزيمي الآخر (المصنع للاحماض الدهنية في الخلايا الحيوانية والخمائر) أكثر تعقيداً من سابقه، ولكن المجال لا يتسع للدخول في التفاصيل.