Классы ферментов и их характеристика

1. Оксидоредуктазы. Катализируют окислительно-восстановительные реакции. Общая схема их действий может быть представлена следующим образом:

A∙2H + B А + B ∙2H

донор акцептор донор акцептор

(red) (ox) (ox) (red)

«red» – восстановленный;

«ox» – окисленный.

Окисление протекает как процесс отнятия атомов H (электронов) от субстрата (А), а восстановление – как присоединение атомов H (электронов) к акцептору (В).

Характерной особенностью деятельности оксидоредуктаз в живой клетке является их способность образовывать цепи о-в (ox- red) ферментов, в которых осуществляется многоступенчатый перенос атомов водорода или электронов от первичного субстрата к конечному акцептору, которым является, как правило, кислород, так что в результате образуется вода.

Различают следующие основные группы оксидоредуктаз:

– анаэробные дегидрогеназы (ускоряют перенос атомов водорода на промежуточный акцептор, но не на кислород; в тех случаях, когда донор водорода точно не установлен, используют термин редуктаза);

– аэробные дегидрогеназы (ускоряют перенос атомов водорода непосредственно на кислород – оксидазы);

– реакции прямого присоединения молекулярного кислорода к субстрату катализируются оксигеназами.

Оксидоредуктазы подразделяются на 17 подклассов в зависимости от природы доноров атомов водорода, т.е. окисляемых субстратов.

Если акцепторами атомов водорода служат окисленные коферменты НАД⁺, НАДФ⁺ и ФАД, то различают, в зависимости от природы субстратов – доноров атомов водорода, следующие подклассы анаэробных дегидрогеназ:

1.1. \ 1.2.\ // O 1.3. – CH₂ – CH₂ –

CH – OH C = O или – C

/ / \ Н

1.4. – CH – NH₂ 1.5. – C = NH.

| |

– Если акцептором атомов водорода в группе аэробных дегидрогеназ служит молекулярный кислород, то такие ферменты называют оксидазами подкласс 1.1.3. Общая схема их действия следующая:

A∙2H + O₂ A + H₂O₂

донор акцептор донор акцептор

(red) (ox) (ox) (red)

– Если донором атомов водорода служат восстановленные коферменты НАДФН, НАДН, то ферменты из группы анаэробных дегидрогеназ относятся к подклассу 1.6.

– Если акцептором атомов водорода в группе аэробных дегидрогеназ служит пероксид водорода, то такие ферменты называют пероксидазами относятся к подклассу 1.11. Общая схема их действия может быть представлена следующим образом:

A ∙ 2H + H₂O₂ A + 2H₂O

донор акцептор донор акцептор

(red) (ox) (ox) (red)

– Оксидоредуктазы, катализирующие реакции прямого включения двух атомов кислорода в окисляемый субстрат (донор атомов водорода), т.е. диоксигеназы относятся к подклассу 1.13. Общая схема их действия может быть представлена следующим образом:

A ∙ 2H + O₂ → A(OH)₂

Оксидоредуктазы, катализирующие включение одного атома кислорода в два окисляемых субстрата, т.е. монооксигеназы (или гидроксилазы) относятся к подклассу 1.14. Общая схема их действия может быть представлена следующим образом:

A ∙ 2H + O₂ + НАДН…Н⁺ A–OH + НАД⁺ + H₂O

донор акцептор донор донор донор акцептор

(red) (ox) (red) (ox) (ox) (red)

2. Трансферазы. Катализируют перенос группы с одной молекулы на другую. Общая схема их действия может быть представлена следующим образом:

А – В + С А + С – В

Деление на подклассы в классе трансфераз основано на химической природе переносимых групп:

2.1. Переносят одноуглеродные остатки (С₁ – фрагменты): // О

– СН₃ (метил), – СН₂ОН (гидроксиметил), – СОО^– (карбоксил), – С

(формил). \ Н

2.2. Переносят С₂ и С₃ – фрагменты (альдегидные или кетонные остатки):

CH₂OH гидроксиацетил CH₂OH дигидроксипропионил

| (гликоальдегидная | (группа дигидрокси-

C=O группа) C=O ацетона)

| |

CHOH

|

2.3. Ацилтрансферазы (донор – ацил – КоА) – переносят остатки карбоновых кислот: CH₃CO – (ацетил) и др.

2.4. Гликозилтрансферазы – переносят гликозильные остатки моносахаридов (гексоз и пентоз).

2.5. Алкил- и арилтрансферазы – переносят алкильные (кроме – СН₃) и арильные группы.

2.6. Аминотрансферазы (трансаминазы) – переносят аминогруппу (– NH₂).

2.7. Фосфотрансферазы (киназы) – переносят фосфорсодержщие группы.

3. Гидролазы. Катализируют реакции расщепления органических соединений при участии воды (гидролиз). Общая схема их действия может быть представлена следующим образом:

А – В + HOH А –H + B – OH

Деление на подклассы в классе гидролаз основано на природе связи, подвергающейся гидролизу:

3.1. Эстеразы – гидролизуют сложноэфирные связи в эфирах карбоновых кислот и эфирах фосфорной кислоты (фосфатазы):

R – CO – O – R′ и OH

R – O – P = O

OH

3.2. Гликозидазы – гидролизуют гликозидные связи (например, в углеводах связи между остатками олиго- и полисахаридах):

3.3. Гидролизуют простые эфирные связи: R – O – R′.

3.4. Пепетидгидролазы (пептидазы) – гидролизуют пептидные связи:

– CO – NH –.

3.5. Амидазы – гидролизуют амидные связи, отличные от пептидных:

O O

– C , – C

NH₂ NHR′.

4. Лиазы (синтазы). Катализируют расщепление или образование химических соединений, при этом образуются или исчезают двойные связи без участия окислителя или воды. Общая схема их действия может быть представлена следующим образом:

А + В А – В

Деление на подклассы в классе лиаз основано на природе образуемой или расщепляемой связи:

4.1. С – С – лиазы – образуют или расщепляют связи углерод – углерод:

декарбоксилазы R – C – COOH , альдегид-лиазы H₂NCHCOOH.

|| |

O CH₂OH

4.2. С – О-лиазы – образуют или расщепляют связи углерод – кислород (гидролиазы: гидратазы и дегидратазы).

4.3. C – N-лиазы – образуют и расщепляют связи углерод – азот (аммиак-лиазы).

5. Изомеразы. Катализируют превращения в пределах одной молекулы без изменения общей формулы. Общая схема их действия может быть представлена следующим образом:

АВ ВА

Деление на подклассы в классе изомераз основано на типе изомеризации:

5.1. Рацемазы или эпимеразы – катализируют изменение пространственного расположения атомных группировок, связанных с асимметрическим атомом углерода (оптическая стереометрия).

5.2. цис-транс-Изомеразы – катализируют превращение одного из геометрических изомеров.

5.3. Внутримолекулярные оксидоредуктазы – катализируют:

– взаимопревращения альдоз и кетоз:

O CHOH CH₂OH

C || |

| H C – OH C = O

CHOH | |

|

– взаимопревращение кетонных и енольных групп (кето-енольная таутомерия):

CH₃ CH₂

| ||

C = O C – OH

| |

– перемещение С = С связей.

5.4. Внутримолекулярные трансферазы (мутазы) – катализируют перенос группы внутри молекулы (фосфатной, ацильной групп).

6. Лигазы (синтетазы). Катализируют энергозависимые реакции синтеза, их действие сопряжено с гидролизом АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Общая схема их действия может быть представлена следующим образом:

• A + B + АТФ → A – B + АМФ + H₃PO₄;

• A + B + АТФ → А – В + АМФ + H₄P₂O₇

Деление на подклассы в классе синтетаз основано на типе образующейся связи:

6.1. Образуют С–О–связи; O

||

6.2. Образуют С–S–связи: – C – SKoA ;

6.3. Образуют C–N–связи: – C – NH₂ , – C – NHR.

|| ||

O O

6.4. Образуют С–С-связи (карбоксилазы).