Кіріспе

Меланин өндірісін бақылайтын фермент – тирозиназа. Тирозиназа – меланин өндірісін бақылаудың шекті жылдамдықты анықтайтын фермент. Бұл фермент негізінен меланин синтезінің екі ерекше реакциясына қатысады, бұл процестер Raper-Mason жолы деп аталады. Біріншіден, монофенолдың гидроксилденуі, екіншіден, о-дифенолдың сәйкес о-хинонға айналуы. О-хинон бірнеше реакциядан өтіп, нәтижесінде меланин пайда болады. Тирозиназа – өсімдіктер мен жануарлар тіндерінде кездесетін, құрамында мыс бар фермент, ол тирозиннен меланин және басқа пигменттерді тотығу арқылы катализдейді. Ол терідегі меланоциттерде синтезделетін меланосомалардың ішінде табылсады. Адамдарда тирозиназа ферменті TYR генімен кодталады.

Катализацияланған реакция

Тирозиназа тирозин және дофамин сияқты фенолдарды диоксигенді (О2) пайдаланып тотықтырады. Катехол қатысқанда бензохинон пайда болады (төмендегі реакцияны қараңыз). Катехольдан алынған сутектер оттегімен бірігіп су түзеді. Сүтқоректілердің тирозиназасының субстратқа қатысты таңдаулылығы күрт шектеледі, ол тек L формалы тирозин немесе DOPA-ны субстрат ретінде пайдаланады және кофактор ретінде L-DOPA-ға шектеулі талап қояды.

Белсенді сайт

Тирозиназа ферменттерінің белсенді орнындағы екі мыс атомы диоксигенмен өзара әрекеттесіп, өте реактивті химиялық аралық қосылыс түзеді, ол кейін субстратты тотықтырады. Тирозиназаның активтілігі катехоль оксидазаға, оған жақын мыс оксидазасының класына ұқсас. Тирозиназалар мен катехоль оксидазалары жиынтығында полифенол оксидазалары деп аталады.

Құрылымы

Тирозиназалар өсімдіктердің, жануарлардың және саңырауқұлақтың кең ауқымды түрлерінен оқшауланып, зерттелді. Әртүрлі түрлердің тирозиназалары құрылымдық қасиеттері, тіндерде таралуы және жасушалық орналасуы тұрғысынан әртүрлі. Барлық түрлерде кездесетін тирозиназаның ортақ белок құрылымы табылмады. Өсімдік, жануар және саңырауқұлақ тіндерінде табылған ферменттер көбінесе бастапқы құрылымы, мөлшері, гликозилдеу үлгісі және белсендіру сипаттамалары бойынша ерекшеленеді. Дегенмен, барлық тирозиназалардың белсенді орындарында екі ядролы, 3-типті мыс орталығы болады. Бұл орталықта екі мыс атомы әрқайсысы үш гистидин қалдығымен байланыстырылған.

Өсімдік

In vivo, өсімдік ППО-лары шамамен 64–68 кДа салмақты үш доменнен тұратын ақуыздар болып табылады: хлоропластқа транзит пептиді (ішінде ~49 кДа тилакоид сигнал пептиді бар), динуклеарлы мыс орталығын қамтитын каталитикалық белсенді домен (~37–42 кДа) және белсенді орынды қорғайтын C-терминалды домен (~15–19 кДа).

сүтқоректілер

Сүтқоректілер тирозиназасы – бір мембраналық трансмембраналық ақуыз. Адамдарда тирозиназа меланосомаларға сұрыпталады, ал ақуыздың каталитикалық белсенді домені меланосомалардың ішінде орналасады. Ақуыздың ферменттік маңызы жоқ, тек шағын бөлігі ғана меланоциттің цитоплазмасына дейін созылады. Саңырауқұлақ тирозиназасынан өзгеше, адам тирозиназасы мембранаға байланысқан гликопротеин болып табылады және 13% көмірсутектерден тұрады.

Бактериялық

Торфты жерлерде бактериялық тирозиназалар фенолдық қосылыстарды жою арқылы көміртегінің сақталуын реттеуші негізгі факторлар болып табылады, себебі бұл қосылыстар органикалық көміртегінің ыдырауын тежейді.

Гендік реттеу

Тирозиназа гені микрофтальмиямен байланысты транскрипция факторы (MITF) арқылы реттеледі.

Эволюция

Тирозиназа – жануарларда жоғары сақталған ақуыз, және бактерияларда пайда болған сияқты. Тирозиназаға байланысты ақуыз (Tyrp1) және допахром таутомеразасы (Dtc) меланин синтезіне қатысқан ақуызды кодтайды, олар экзон/интрон құрылымының жалпы реттеуші элементтері болып табылады. Омыртқалы жануарлардың үш түрінің пигменттік жасушаларының дамуы әртүрлі болғанымен, меланин пигменттерін өндіру үшін тирозиназа отбасының мүшелерінің экспрессиясын қамтамасыз ету үшін белгілі бір нүктеде бірігеді. Тирозиназа отбасына жататын гендер пигменттік жасушалардың эволюциясында, генетикасында және даму биологиясында маңызды рөл атқарады, сондай-ақ омыртқалы жануарларда олардың синтезіндегі, реттелуіндегі немесе функциясындағы бұзылыстармен байланысты адам ауруларын зерттеуге көмектеседі. Меланин өндіретін пигменттік жасушалардың үш түрі эмбриональды кезеңде – нейрондық гребен, нейрондық түтік және эпифизден пайда болады. Олардың барлығы меланин пигментін өндіруге қабілетті. Олардың биосинтезі тирозиназа отбасының эволюциялық тұрақты ферменттері (tyr, tyr1 және tyr2), сондай-ақ допахром таутомеразасы (dct) арқылы басқарылады. Олардың ішінде Tyr меланин өндірісінде маңызды рөл атқарады. Дегенмен, эволюциялық талдау үшін әртүрлі таксондардың геномдық тізбектерін терең зерттеу қазіргі зерттеуде маңыздырақ болып келеді. Сонымен қатар, 3-типті мыс ақуыздар отбасы пигменттердің қалыптасуы, туа біткен иммунитет және оттегі тасымалы сияқты әртүрлі биологиялық функцияларды атқарады. Жалпы генетикалық-филогенетикалық және құрылымдық талдаулар нәтижесінде бастапқы 3-типті мыс ақуызы бір пептидке ие болғаны және α-кіші класына жатқаны анықталды. Ататек ақуыз гені екі есе көбейді: біріншісі белгісіз эукариоттық желінің дивергенциясына дейін, екіншісі әртараптануға дейін болды. Бірінші көбейіс цитозолдық (β) түрін, ал екіншісі мембраналық (Γ) түрін тудырды. Құрылымдық салыстыру нәтижесінде α және γ формаларының белсенді орталықтары алифалық аминқышқылдарымен, ал β формасы ароматты қалдықтармен қамтылғаны анықталды. Осылайша, осы гендер отбасының эволюциясы көпжасушалы эукариоттардың дамуымен байланысты, себебі үш субкласстың бірі немесе бірнешесі жоғалды және қалған субкласс(тар)тың бірінің немесе екеуінің де ерекшеліктері кеңейді. Қақа, жылан және адам сияқты омыртқалы жануарлар отбасындағы тирозиназаның геномдық тұрақты нуклеотидтік сәйкестігі оның бір ататек тирозиназа генінен пайда болғанын көрсетеді. Бұл геннің көбеюі мен мутациясы тирозиназаға байланысты геннің пайда болуына ықпал еткен болуы мүмкін.

Азық-түлік өнеркәсібінде

Тамақ өнеркәсібінде тирозиназаны тежеу қажет, себебі тирозиназа жемістер мен көкөністерде кездесетін фенолдық қосылыстардың хинондарға тотығуын катализдейді, бұл жағымсыз дәм мен түс береді, сондай-ақ кейбір маңызды аминқышқылдарының қолжетімділігін және өнімдердің қорытылуын төмендетеді. Осылайша, ауыл шаруашылығы мен тамақ өнеркәсібінде жоғары тиімді тирозиназа тежегіштері де қажет. Тирозиназаның белгілі тежегіштеріне кожик қышқылы, трополон, кумариндер, ваниллик қышқыл, ванилин және ваниллик спирті жатады.

Косметика өнеркәсібінде

Түсі ашық тері әртүрлі Азия мәдениеттерінде жастық пен сұлулықтың символы саналған. Косметикалық компаниялардың соңғы зерттеулері тирозиназа ферментінің активтілігін таңдамалы түрде басып, гиперпигментацияны азайтатын, бірақ сау меланоциттерге цитотоксикалық әсер тигізбейтін жаңа ағартушы заттарды әзірлеуге бағытталған. Кортикостероидтар, гидрохинон және аминномерлік хлорид сияқты дәстүрлі фармакологиялық препараттар меланоциттердің қалыпқа келуін тежей отырып, теріні ағартады. Дегенмен, бұл препараттардың жанама әсерлері бар. Косметикалық компаниялар тирозиназаның активтілігін селективті түрде басып, гиперпигментацияны азайтуға мүмкіндік беретін жаңа ағартушы заттарды әзірлеуге ұмтылып келеді, сонымен қатар меланоциттерге цитотоксикалық әсерін болдырмақ, себебі тирозиназа меланогенез процесінің шектеуші кезеңі болып табылады.

Бөжәктерде

Тирозиназа жәндіктерде жараны жаууы, склеротизация, меланин синтезі және паразиттерді қаптау сияқты кең ауқымды функцияларды атқарады. Осының салдарынан, ол жәндіктердің қорғаныс механизмі болғандықтан маңызды фермент болып табылады. Кейбір инсектицидтер тирозиназаның әрекетін тежеуге арналған.