Классификация и характеристика отдельных классов ферментов

По мере открытия новых ферментов, изучения их свойств возникала необходимость в классификации ферментов. В зависимости от типа катализируемой реакции все ферменты делятся на 6 классов:

1) оксидоредуктазы;

2) трансферазы;

3) гидролазы;

4) лиазы;

5) изомеразы;

6) лигазы (синтетазы).

Классы ферментов делятся на подклассы, а те в свою очередь на подподклассы. Подкласс уточняет действие фермента, так как указывает в общих чертах на природу химической группы субстрата, атакуемой ферментом. Подподкласс еще более конкретизирует действие фермента, уточняя природу атакуемой связи субстрата или природу акцептора, который участвует в реакции.

Ферменты класса оксидоредуктаз катализируют окислительно-восстановительные реакции.

К этому классу относятся ферменты дегидрогеназы, участвующие в переносе атомов водорода. Они подразделяются на анаэробные:

H H

/ /

схема реакции: S₁ + S₂ ¾¾¾® S₁ + S₂

\ \

H H

перенос атомов Н₂ на любой S кроме О₂

 

 

и аэробные:

 

H

/

S + O₂ ¾¾¾®S + H₂O₂ акцептором Н₂ служит О₂

\

H

К классу оксидоредуктаз также относятся цитохромы. Эти ферменты участвуют в переносе электронов. Например, цитохромы a, b, c. Цитохромоксидаза (цитохром a₃) переносит электроны на О₂.

Ферменты каталаза и пероксидаза, относящиеся к классу оксидоредуктаз, участвуют в переносе атомов водорода на акцептор, которым является пероксид водорода:

 

каталаза

Н₂О₂ + Н₂О₂ ¾¾¾®2 Н₂О+О₂

 

Н

/ пероксидаза

S + Н₂О₂ ¾¾¾¾® S + 2Н₂О

\

Н

 

Трансферазы катализируют реакции межмолекулярного переноса различных групп и остатков.

В зависимости от типа переносимой группировки различают:

- метилтрансферазы (перенос групп -СН₃);

- ацилтрансферазы (перенос ацильных групп R-C=O);

\

- гликозилтрансферазы (перенос остатков углеводов, например, фермент гликогенфосфорилаза переносит остаток глюкозы с гликогена на фосфорную кислоту с образованием глюкозо-1-фосфата в процессе расщепления гликогена);

- аминотрансферазы (перенос аминогрупп -NH₂ с аминокислоты на кетокислоту в процессе синтеза заменимых аминокислот):

 

СООН СООН аланин- СООН СООН

½ ½ аминотран- ½ ½

СНNH₂ C=O сфераза C=O + CHNH₂

½ ½ <=========> ½ ½

CH₃ СH₂ CH₃ CH₂

I I

CH₂ CH₂

½ ½

COOH COOH

a-аланин a- кетоглутаровая пировиноградная глутамино-

кислота кислота вая кислота

 

- фосфотрансферазы (перенос фосфатных групп). Перенос фосфатных групп с АТФ на субстрат или с субстрата на АДФ осуществляют ферменты киназы (например, гексокиназа переносит фосфатную группу с АТФ на глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата в процессе гликолиза).

 

Гидролазы участвуют в расщеплении внутримолекулярных связей (кроме -С-С-) в органических веществах гидролитическим путем, т.е. с участием воды. Важное место среди ферментов этого класса занимают пищеварительные ферменты, участвующие в переваривании липидов(липазы), белков (пептидазы) и углеводов (гликозодазы).

Липазы, относящиеся к подклассу эстераз, осуществляют гидролиз сложноэфирных связей осуществляют в молекулах триглицеридов:

O

II

СН₂ - О - С - R₁ СН₂ - О - H R₁ - COOH

½ O + 3 Н₂О ½

½ II липаза ½

СН - О - С - R₂ ¾¾® СН - О - H + R₂ - COOH

½ O ½

½ II ½

СН₂ - О - С - R₃ СН₂ - О - H R₃ - COOH

триглицерид глицерин жирные кислоты

В данном случае расщепляются сложноэфирные связи, образованные спиртом и карбоновыми кислотами - такой гидролиз осуществляют карбоксиэстеразы.

К классу гидролаз относятся гликозидазы. Они расщепляют гликозидные связи в молекулах ди - и полисахаридов. Примеры: Сахараза расщепляет сахарозу на a- Д-глюкозу и b - Д-фруктозу, амилаза расщепляет крахмал до мальтозы.

Ферменты пептидазы осуществляют гидролиз пептидных связей в молекулах белков и пептидов:

дипептид аминокислоты

Эндопептидазы расщепляют пептидные связи внутри молекул (например, пепсин). Экзопептидазы делятся на карбоксипептидазы (расщепляют пептидные связи с С-конца цепи) и аминопептидазы (расщепляют пептидные связи с N-конца цепи).

 

Лиазы расщепляют внутримолекулярные связи в органических веществах (включая - С-С-) не гидролитическим путем, а также катализируют реакции присоединения группировок по месту разрыва двойных связей.

Примеры:

 

O

II

С - ОН

I пируват- O

C= O декарбоксилаза II

I ¾¾¾¾¾® C- H

CH₃ - CO₂ I

СH₃

пировиноградная кислота уксусный альдегид

 

 

CООH СООH

I + Н₂О I

C - H фумаратгидратаза HO - C - H

II ¾¾¾¾® I

H- C CH₂

I I

CОOH СООН

фумаровая L - яблочная

кислота кислота

 

 

Изомеразы катализируют реакции взаимопревращения изомеров.

 

Пример:

O

II

C - H триозофосфатизомераза СH₂ - OH

I ¾¾¾¾¾® I

H - C - OH OH C=O OH

I I I I

CH₂ - O - P=O CH₂ - O - P = O

I I

OH OH

глицеральдегид-3-фосфат дигидроксиацетонфосфат

 

Ферменты класса лигаз катализируют реакции присоединения 2-х молекул друг к другу сопряженное с разрывом пирофосфатной связи в молекуле АТФ или ее аналогов, т.е. они осуществляют синтез сложного вещества из более простых с использованием энергии АТФ или ее аналогов.

 

Пример:

 

АТФ, СО₂

CОOH пируваткарбоксилаза CОOH

I ¾¾¾¾¾® I

C=O - АДФ C=O

I Н₃РО₄ I

CH₃ СH₂

пировиноградная I

кислота CОOH

щавелево-уксусная кислота

Строение ферментов