Cyanase
એન્ઝાઇમ સાયનેઝ (, જેને સાયનેટ હાઇડ્રેટેઝ અથવા સાયનેટ લાઇઝ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે), એમોનિયા અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું ઉત્પાદન કરવા માટે સાયનેટના બાયકાર્બોનેટ આધારિત ચયાપચયને ઉત્પ્રેરિત કરે છે. આ ઉત્સેચકનું વ્યવસ્થિત નામ કાર્બામેટ હાઇડ્રોલાઇઝ છે. ઇ. કોલીમાં, સાયનેઝ એક ઇન્ડ્યુસિબલ એન્ઝાઇમ છે અને તે સાઇન એસ જનીન દ્વારા એન્કોડ કરવામાં આવે છે. સાયનેટ એક ઝેરી આયન છે, અને સાયનેઝ ચયાપચયને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને એમોનિયાના સૌમ્ય ઉત્પાદનોમાં ઉત્પ્રેરિત કરે છે. ઉત્સેચક પ્રતિક્રિયા સાયનેઝ ઝેરી સાયનેટના કાર્બામેટ (H2NCOO−) માં ચયાપચય પરિવર્તનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે. ઉત્સેચક પહેલા સ્યાનેટના કાર્બામેટમાં રૂપાંતરને ઉત્પ્રેરિત કરીને આ કરે છે, જે પછી સ્વયંભૂ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને એમોનિયામાં વિઘટિત થાય છેઃ સ્યાનેટ (ઓસીએન-) + એચસીઓ3-+ એચ + કાર્બામેટ (એચ2એનસીઓઓ-) + સીઓ2 કાર્બામેટ (એચ2એનસીઓઓ-) + એચ + એનએચ3 + સીઓ2 (સ્વયંસ્ફુરિત) પરિણામી ચોખ્ખી પ્રતિક્રિયા છેઃ સ્યાનેટ (ઓસીએન-) + એચસીઓ3-+ 2એચ + એનએચ3 + 2સીઓ2 ગતિશીલ પદ્ધતિ એ ઝડપી સંતુલન છે જ્યાં બાયકાર્બોનેટ અને સ્યાનેટ બંને સબસ્ટ્રેટ્સ તરીકે કાર્ય કરે છે. બાયકાર્બોનેટ ઉત્પાદન કાર્બામેટમાં સાયનેઝ માટે રિસાયક્લિંગ સબસ્ટ્રેટનું કાર્ય કરે છે જે પછી હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિક્રિયા દ્વારા ચયાપચયને બદલે ચયાપચયને પૂર્ણ કરવા માટે વિઘટિત થાય છે, જે અગાઉ માનવામાં આવતું હતું. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સક્રિય સ્થળ બે આયન બંધનકર્તા સ્થળો સાથે પોકેટ બનાવે છે, જે આયનીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા બંધાયેલ હોય છે. સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ એમિનો એસિડ જે પ્રોટીન બનાવે છે તે પેટા એકમો વચ્ચે આ સ્થળની રચના કરવામાં મદદ કરે છે. આ સંલગ્ન આયન બંધનકર્તા સ્થળ માળખું સાયનેટ અને બાયકાર્બોનેટના સંકુલને સમાવી લે છે, જે કાર્બામેટ ઉત્પન્ન કરતી પ્રતિક્રિયાને આગળ વધવા દે છે. ઉત્સેચક માળખું કેટલાક બેક્ટેરિયા આ ઉત્સેચક દ્વારા તેનું અધઃપતન કરીને પર્યાવરણીય સાયનેટની ઝેરી અસરને દૂર કરી શકે છે. સાયનેટ હાઇડ્રેટેઝ બેક્ટેરિયા અને છોડમાં જોવા મળે છે. સાયનેઝ કાર્યાત્મક રીતે હોમોડેકેમર તરીકે સક્રિય છે, જે ડાયમરના 5 સંકુલથી બનેલું છે. આ દરેક મોનોમર પેટા એકમો 17 kDa છે અને સબસ્ટ્રેટ્સના અર્ધ-સાઇટ બંધનને ટેકો આપે છે. સાયેનેઝ મોનોમર બે ક્ષેત્રોથી બનેલું છે. એન-ટર્મિનલ ડોમેન ડીએનએ-બંધનકર્તા આલ્ફા-હેલિક્સ બંડલ મોટિફ સાથે માળખાકીય સમાનતા દર્શાવે છે. સી-ટર્મિનલ ડોમેનમાં 'ઓપન ફોલ્ડ' હોય છે જેમાં અન્ય પ્રોટીન માટે કોઈ માળખાકીય સમરૂપતા નથી. ડાયમર માળખું દર્શાવે છે કે સી-ટર્મિનલ ડોમેન્સ એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે, અને આ ડાયમરના પેન્ટામર દ્વારા ડિકેમર રચાય છે. ઉત્સેચકનું સક્રિય સ્થળ ડાઇમર્સ વચ્ચે સ્થિત છે અને તે હોમોડેકેમરના ચાર નજીકના પેટા એકમોના અવશેષોથી બનેલું છે. મોનોમરમાં આ બે ક્ષેત્રોને જોડવું એ એક માત્ર સિસ્ટીન અવશેષ છે. ડાયસલ્ફાઇડ બોન્ડ 156 એમિનો એસિડ એકમોને જોડે છે. પેન્ટામર અને ડિકેમરના મોટા સંકુલની રચના કરવા માટે સાયનેટ અથવા એઝાઇડ જેવા સબસ્ટ્રેટ એનાલોગની હાજરી જરૂરી છે. અંતિમ મૂળ ઉત્સેચક સંકુલ 5 ડાયમરનું સંકુલ છે. સાયનેઝનું સ્ફટિકીકરણ દર્શાવે છે કે સાયનેઝ સ્ફટિકો અસમપ્રમાણ એકમમાં એક હોમોડેકેમર સાથે ટ્રાઇક્લિનિક છે. સાયનેઝની સક્રિય સાઇટ બે આયન, બાયકાર્બોનેટ અને સાયનેટને સમાવી લે છે. ત્રણ ઉત્પ્રેરક અવશેષો, આર્ગ96, ગ્લુ99 અને સેર122, આ પોકેટ બનાવે છે જે આયનીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સાથે એનાયનોને સ્થિર કરે છે. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ અને ધ્રુવીય એમિનો એસિડ અવશેષો સક્રિય સ્થળને એનાયનોને બાંધવાની મંજૂરી આપે છે. સક્રિય સ્થળ ડાઇમર્સ વચ્ચે બેસે છે, જે દરેક મોનોમરમાં આર્ગ96 દ્વારા નજીકમાં હોવાનું નોંધવામાં આવ્યું છે. સાયેનેઝની રચના તેના પ્રોકેરીયોટિક અને યુકેરીયોટિક સ્વરૂપોમાં સમાન હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ઉત્સેચક પ્રવૃત્તિ સાયનેઝ ટ્રાન્સક્રિપ્શન અને તેની ઉત્સેચક પ્રવૃત્તિ બંનેમાં નિયંત્રિત થાય છે. સાયનેઝનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન એક્સ્ટ્રાસેલ્યુલર સાયનેટ, એક ઝેરી આયનની હાજરી સાથે ઉન્નત થાય છે, પરંતુ ઉત્પ્રેરક એમિનો એસિડ, વધારાની આર્જિનિનની હાજરી દ્વારા પણ નિયંત્રિત થાય છે. સાયનેઝને સાયનેટ પરમીઝ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદનની જરૂર પડે છે. સાયનેઝની પ્રવૃત્તિ તેના સબસ્ટ્રેટ્સ, સાયનેટ અને બાયકાર્બોનેટની સાંદ્રતા પર પણ આધારિત છે. કારણ કે બાયકાર્બોનેટ પોતે રિસાયક્લિંગ સબસ્ટ્રેટ છે અને સાયનેઝના ગતિશાસ્ત્રમાં ઝડપી અને અવ્યવસ્થિત સંતુલનનો સમાવેશ થાય છે, બાયકાર્બોનેટ એન્ઝાઇમ અવરોધક તરીકે પણ કાર્ય કરી શકે છે. ઓછી સાંદ્રતામાં, બાયકાર્બોનેટ બિન-સ્પર્ધાત્મક અવરોધ દર્શાવે છે, જ્યાં તે એન્ઝાઇમના એનાયોનિક બંધનકર્તા સ્થળોમાંથી એક સાથે જોડાય છે, અને સાયનેટ બંધનને અટકાવે છે, અથવા બાયકાર્બોનેટ ફરી એકવાર જોડાઈ શકે છે જેથી એન્ઝાઇમ સંકુલ તેના ડબલ એનાયન સક્રિય સ્થળે બે બાયકાર્બોનેટ સાથે બંધાયેલું હોય. ઉચ્ચ સાંદ્રતા પર, વલણ બિન-સ્પર્ધાત્મક અવરોધ તરફ આગળ વધે છે, જ્યાં બંધનકર્તા ક્રિયા ફરીથી શરૂ થાય તે પહેલાં ખોટા, ડેડ-એન્ડ કોમ્પ્લેક્સને પ્રારંભિક અલગ એકમોમાં વિઘટિત થવું આવશ્યક છે. સબસ્ટ્રેટ અવરોધ પેદા કરતા ઉત્સેચક સાથે સાયનેટ અને બાયકાર્બોનેટ સંકુલના આ અવ્યવસ્થિત સંતુલનને પિંગ પૉંગ અવરોધ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. કાર્યાત્મક સુસંગતતા સાયનેઝ એ છોડ અને માઇક્રોબેક્ટેરિયા માટે એક મહત્વપૂર્ણ ઉત્સેચક છે કારણ કે સાયનેટ એક ઝેરી પદાર્થ છે જે ઘણા વાતાવરણમાં પ્રચલિત છે. વધુ સાઇનેઝ પ્રવૃત્તિ સીએનએચમાં એન્કોડ કરવામાં આવી હોવાનું જાણવા મળ્યું છે, જે જનીન માત્ર દરિયાઈ સાયનોબેક્ટેરિયામાં જોવા મળે છે. એક ડોડેકેપેપ્ટાઇડ છે, જે સાયનેટના એન-ટર્મિનસની નજીકનો આંશિક પ્રદેશ છે, જે સી. એલ. <આઇ. ડી. 1> દ્વારા ઓળખાતા નવીન કેટયોનિક α-હેલિકલ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ પેપ્ટાઇડ તરીકે છે. નાઇટ્રિફિયર્સમાં નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવા માટે ઊર્જા ચયાપચય તરીકે સાયનેઝ પણ મહત્વપૂર્ણ છે. સાયનેટ એ જળચર અને પાર્થિવ ઇકોસિસ્ટમ્સમાં ઘટાડેલા નાઇટ્રોજનનો એક મહત્વપૂર્ણ સ્રોત છે, અને તે ઝેરી આયન હોવા છતાં, તેને સાયેનેઝ એન્ઝાઇમ દ્વારા એમોનિયમ અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, જે જીવતંત્રને ઊર્જાસભર નાઇટ્રોજન સંયોજનો પૂરા પાડે છે. સાયનેઝની પ્રવૃત્તિ બાયકાર્બોનેટની હાજરી પર ભારે નિર્ભર છે, અને આ અવરોધને દૂર કરવા માટે, એક અભ્યાસમાં સાયનેઝ અને કાર્બોનિક એનહાઇડ્રેઝના સંયુક્ત ઉપયોગનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. સંદર્ભો પ્રોટીન ક્ષેત્રો ઇસી 4.2.1