Translocase คืออะไร? ทำความรู้จักเอนไซม์ขนส่งสารข้ามเมมเบรน

สรุปใจความสำคัญ

Translocase ถูกจัดเป็นเอนไซม์คลาสที่ 7 (EC 7) ซึ่งถูกเพิ่มเข้ามาในปี 2018
ทำหน้าที่เร่งการเคลื่อนย้ายไอออนหรือโมเลกุลข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ โดยมักเป็นแบบ Active Transport
ตัวอย่างที่สำคัญ ได้แก่ ATP synthase และ Na+/K+ pump

Translocase เป็นคำทั่วไปที่ใช้เรียกโปรตีนที่ช่วยในการเคลื่อนย้ายโมเลกุลหรือไอออนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ (Cell Membrane) โดยเอนไซม์เหล่านี้จะทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการเคลื่อนที่ของสารจาก "ด้านที่ 1" ไปยัง "ด้านที่ 2" เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนในการใช้คำว่า "ภายใน" และ "ภายนอก" ซึ่งอาจมีความหมายกำกวมในบางบริบท

นอกจากนี้ ในทางประวัติศาสตร์ คำว่า Translocase ยังเคยถูกใช้เรียกโปรตีนที่ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ elongation factor G ซึ่งทำหน้าที่เคลื่อนย้าย transfer RNA (tRNA) และ messenger RNA (mRNA) ผ่านไรโบโซม

ประวัติการจำแนกประเภท

ระบบการจำแนกเอนไซม์และชื่อเรียกได้รับการอนุมัติครั้งแรกโดย International Union of Biochemistry ในปี 1961 โดยในตอนแรกมีการแบ่งเอนไซม์ออกเป็น 6 กลุ่มหลัก ได้แก่ oxidoreductases (EC 1), transferases (EC 2), hydrolases (EC 3), lyases (EC 4), isomerases (EC 5) และ ligases (EC 6)

อย่างไรก็ตาม พบว่าไม่มีกลุ่มใดที่สามารถอธิบายการทำงานของเอนไซม์ที่เร่งการเคลื่อนที่ของไอออนหรือโมเลกุลข้ามเมมเบรนได้อย่างถูกต้อง แม้ว่าหลายตัวจะมีการสลาย ATP (ATPases) แต่การสลาย ATP ไม่ใช่หน้าที่หลักของมัน ในเดือนสิงหาคม ปี 2018 International Union of Biochemistry and Molecular Biology จึงได้จัดกลุ่มเอนไซม์เหล่านี้ให้อยู่ในคลาสใหม่ คือ Translocases (EC 7)

กลไกการเร่งปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาส่วนใหญ่ที่ Translocase เร่งจะอยู่ในรูปแบบ: AX + B_{side 1} || = A + X + || B_{side 2}

ตัวอย่างที่ชัดเจนคือ H⁺-transporting two-sector ATPase ซึ่งจะสลาย ATP ให้เป็น ADP และฟอสเฟต พร้อมกับขนส่งโปรตอน (H⁺) ไปยังอีกด้านหนึ่งของเมมเบรน

อย่างไรก็ตาม มีเอนไซม์บางชนิดที่ไม่ได้ใช้รูปแบบปฏิกิริยานี้ เช่น ascorbate ferrireductase ซึ่งทำหน้าที่เพียงขนส่งอิเล็กตรอนในปฏิกิริยา oxidoreductase ระหว่างโมเลกุลและแคตไอออนอนินทรีย์ที่อยู่คนละด้านของเมมเบรน

หน้าที่และความสำคัญทางชีวภาพ

หน้าที่พื้นฐานของ Translocase คือการเร่งการเคลื่อนที่ของไอออนหรือโมเลกุลข้ามเมมเบรน ซึ่งจัดอยู่ในประเภท Active Membrane Transport หรือการขนส่งแบบใช้พลังงาน เพื่อปั๊มโมเลกุลและไอออนข้ามเมมเบรนในทิศทางที่สวนทางกับความเข้มข้น (Against a concentration gradient)

การจำแนกประเภทของ Translocase — แผนผังการจำแนกประเภทของเอนไซม์กลุ่ม Translocase

การจำแนกประเภท (Classification)

การแบ่งกลุ่มย่อยของ Translocase จะพิจารณาจากประเภทของสารที่ถูกขนส่งและกระบวนการที่ให้พลังงานในการขนส่ง ดังนี้:

EC 7.1 การขนส่งไฮดรอน (Hydrons)

กลุ่มนี้ประกอบด้วย Translocase ที่เร่งการขนส่งไฮดรอน โดยแบ่งย่อยได้เป็น:

EC 7.1.1: การขนส่งไฮดรอนหรือการแยกประจุที่เชื่อมโยงกับปฏิกิริยา oxidoreductase
EC 7.1.2: การขนส่งไฮดรอนที่เชื่อมโยงกับการสลาย nucleoside triphosphate
EC 7.1.3: การขนส่งไฮดรอนที่เชื่อมโยงกับการสลาย diphosphate

ตัวอย่างที่สำคัญในกลุ่มนี้คือ ATP synthase (EC 7.1.2.2)

โครงสร้าง ATP synthase — ATP synthase เป็นตัวอย่างสำคัญของเอนไซม์ในกลุ่ม EC 7.1

EC 7.2 การขนส่งแคตไอออนอนินทรีย์และคีเลต

กลุ่มนี้ทำหน้าที่ขนส่งแคตไอออนของโลหะ โดยแบ่งย่อยเป็น:

EC 7.2.1: เชื่อมโยงกับปฏิกิริยา oxidoreductase
EC 7.2.2: เชื่อมโยงกับการสลาย nucleoside triphosphate
EC 7.2.4: เชื่อมโยงกับการ decarboxylation

ตัวอย่างที่สำคัญคือ Na⁺/K⁺ pump (EC 7.2.2.13)

EC 7.3 การขนส่งแอนไอออนอนินทรีย์

กลุ่มนี้ทำหน้าที่ขนส่งแอนไอออนอนินทรีย์ โดยปัจจุบันมีกลุ่มย่อยที่สำคัญคือ EC 7.3.2 ซึ่งเชื่อมโยงกับการสลาย nucleoside triphosphate เพื่อขนส่งสาร เช่น ฟอสเฟต, ฟอสโฟเนต, ซัลเฟต, ไนเตรต และโมลิบเดต

คำถามที่พบบ่อย

Translocase คืออะไร?

คือโปรตีนหรือเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ช่วยเคลื่อนย้ายไอออนหรือโมเลกุลข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ โดยมักใช้พลังงานในการขนส่งสารสวนทางกับความเข้มข้น

ทำไมถึงต้องมีการสร้างคลาส EC 7 ขึ้นมา?

เพราะเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ขนส่งสารข้ามเมมเบรนไม่สามารถจัดเข้ากลุ่มเอนไซม์ 6 กลุ่มเดิมที่มีอยู่ได้อย่างถูกต้อง แม้ว่าบางตัวจะมีการสลาย ATP แต่หน้าที่หลักของไม่ใช่การสลายพันธะเคมีแต่เป็นการขนส่งสาร

ตัวอย่างของ Translocase ที่สำคัญมีอะไรบ้าง?

ตัวอย่างที่โดดเด่นคือ ATP synthase ซึ่งขนส่งโปรตอนเพื่อสร้าง ATP และ Na+/K+ pump ซึ่งรักษาความต่างศักย์ไฟฟ้าของเซลล์