الليباز هي المجموعة الأكثر استخدامًا من المحفزات الحيوية في التخليق العضوي، وتم استخدام الليباز الميكروبي في الصناعات الكيميائية الزيتية لإجراء مجموعة من التفاعلات المختلفة، بما في ذلك التحلل المائي والأسترة والأسترة التحويلية والأسترة الداخلية.
ما هو إنزيم الليباز
تُعرَّف الليباز بشكل كلاسيكي على أنها إنزيمات، أحادية المونومر وقابلة للذوبان في الماء بشكل عام، والتي تحفز التحلل المائي لركائز الإستر غير القطبية، وبالتالي فهي غير قابلة للذوبان في الماء بشكل عام، وعلى الرغم من أن هذا التعريف يشير إلى ما تفعله الليباز، إلا أنه لا يكشف عن كيفية القيام بذلك، ويكون المفتاح لفهم كيفية عمل الليباز هو تقدير دور الواجهة بين مرحلتي الزيت والماء كعامل تمكين للحفز.
نظرية الركيزة
وجود مجموعات وظيفية استر، الليباز تعتبر الركائز قطبية أكثر من الهيدروكربونات البسيطة، ولديها بعض الميل للفصل بين طور الزيت السائب والواجهة، وبالمثل، سوف تنقسم الليباز أيضًا إلى واجهة بين الزيت والماء من الطور المائي، ونتيجة تفاعلات التقسيم هذه هي توجيه وتركيز الركيزة والإنزيم معًا في مرحلة شبه ثنائية الأبعاد.
تُعرف هذه الظاهرة باسم “نظرية الركيزة” التي تفسر سبب كون الليباز أكثر نشاطًا على الركائز غير القابلة للذوبان أكثر من تلك القابلة للذوبان، ومن تحلل الدهون تفترض الواجهة جزءًا من الدور الذي يلعبه الارتباط الكلاسيكي للركيزة الإنزيمية في المحلول، ولكن بطريقة غير محددة، وتتمثل أهم نتيجة لتقسيم الإنزيم والمتفاعلة في أن المعدل اللحظي لتحلل الدهون يعتمد على التركيزات ثنائية الأبعاد للإنزيم والمتفاعلات في الواجهة بدلاً من تركيزاتها في أي من المراحل السائبة.
التكيف الهيكلي لليباز في الواجهات
قد يُفترض أن الليباز يمتلك قابلية عالية للواجهات البينية الدهنية والمائية، أي أنها ستكون شديدة البرمائيات، ومع ذلك، فإن صلاتهم تجاه السطوح البينية التي تهيمن عليها الدهون الأمفيباثية، مثل الفسفوليبيدات، غالبًا ما لا تكون أعلى من تلك الموجودة في البروتينات الكروية الأخرى القابلة للذوبان في الماء، وفي الواقع يمكن عزل العديد من الليباز كبروتينات أحادية قابلة للذوبان لا تظهر ميلًا للتجمع.
ومع ذلك، إذا تم تعريضه لسطح ركيزة نقية، مثل ثلاثي الجلسرين، فإن الليباز يرتبط بدرجة عالية من التقارب، وترتبط بهذه الملاحظة قدرتها على التحفيز الفعال للتحلل المائي للركائز غير القابلة للذوبان، ولكن ليس الركائز القابلة للذوبان، ولشرح هذه الملاحظة.
وقد تم اقتراح في وقت مبكر أن الليباز يتم تنشيطه بطريقة ما في الواجهات، وفي التسعينيات، كشف تحديد هياكل الليباز في ظل ظروف مختلفة عن الأساس المادي لهذه الظاهرة، وفي محلول مائي، لا يتعرض الموقع النشط لمعظم الليباز إلى الوسط ولكنه يقع في الجزء الداخلي من البروتين تحت هيكل “غطاء” أو “رفرف”.
نظرية الإنزيم
هذا يحافظ على ركائز استر قابلة للذوبان بعيدا عن الثالوث الحفاز، وكما يوحي اسمه، يمكن فتح الغطاء للكشف عن الموقع النشط، وفي نفس الوقت، لإنشاء وفضح مساحة كبيرة تتكون من أحماض أمينية كارهة للماء، وفي حين أن هذا التشكل المفتوح غير موات بقوة في الطور المائي، فقد يتم تحريضه أو احتجازه بسبب وجود سطح قطبي.
يرتبط الليباز بعد ذلك بتقارب كبير مع الواجهة، ويمكن الوصول إلى الموقع النشط لنشر جزيئات الركيزة فيه ويمكن أن يستمر التحفيز، وإن تشكيل هذا الشكل المفتوح من الإنزيم هو الذي يحدد خصوصية ركائز معينة، ويُعرف تغيير التشكل بواسطة الليباز بالقرب من السطح البيني باسم “نظرية الإنزيم” التي تفسر سبب كون الليباز أكثر نشاطًا على الركائز غير القابلة للذوبان من تلك القابلة للذوبان.
السطح الذي يحتاجه الليباز
تميل الواجهات الطبيعية إلى أن تهيمن عليها الدهون الفوسفورية والبروتينات، وتعتبر ضرورية لاستحلاب الركيزة الشحمية القطبية، أي لتثبيتها في حالة تشتت مع مساحة سطح عالية، ولكنها تميل إلى تثبيط ارتباط الليباز بالواجهة، وتشير الأبحاث إلى أن الليباز تحتاج إلى خلل أو رقعة خالية من مثبط الربط في الواجهة لبدء تحلل الدهون.
بمجرد الارتباط، يستمر توليد تحلل الدهون وتزيد نواتج التفاعل الخاصة به من عدد مواقع الارتباط ويمكن أن يرتبط المزيد من جزيئات الليباز، وبالتالي، وغالبًا ما يبدو أن تحلل الدهون يكون محفزًا ذاتيًا في وجود الدهون الفسفورية أو البروتينات المثبطة، أي أن هناك تأخرًا أوليًا في تحلل الدهون يليه انفجار، وفي الجسم الحي، ولكن أيضًا في تطبيقاتها، على سبيل المثال، تحسين كفاءة المنظفات.
