Характеристика ферментов класса оксидоредуктаз и трансфераз (на примере обмена веществ)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика ферментов класса оксидоредуктаз и трансфераз (на примере обмена веществ)

Оксидоредуктазы -- отдельный класс ферментов, катализирующих лежащие в основе биологического окисления реакции, сопровождающиеся переносом электронов с одной молекулы (восстановителя -- акцептора протонов или донора электронов) на другую (окислитель -- донора протонов или акцептора электронов).

Катализируемые реакции

Реакции, катализируемые оксидоредуктазами, в общем виде выглядят так:

оксидоредуктаз трансфераз биохимический

A^? + B > A + B^?

Где A -- восстановитель (донор электронов), а B -- окислитель (акцептор электронов)

В биохимических превращениях окислительно-восстановительные реакции иногда выглядят сложнее. Вот, например, одна из реакций гликолиза:

Pн⁺ глицеральдегид-3-фосфат + НАД⁺ > НАД · H + H⁺ + 1,3-дифосфоглицерат

Здесь в качестве окислителя выступает НАД⁺, а глицеральдегид-3-фосфат является восстановителем.

Ферменты этого класса катализируют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления. Класс насчитывает 22 подкласса. Коферментами этого класса являются НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, убихинон, глутатион, липоевая кислота.

Примером подклассов могут служить ферменты, действующие на СН-ОН-группу доноров, на СH-СН-группу доноров, на СН-NН₂-группу доноров, на гемсодержащие доноры.

Если рассматривать класс полностью, то в подклассы выделяются группы ферментов, действующие на:

1.1. CH-OH группу доноров;

1.2. альдегидную или кетоновую группу доноров;

1.3. CH-СH группу доноров;

1.4. CH-NH₂ группу доноров;

1.5. CH-NН группу доноров;

1.6. НАДH или НАДФН в качестве доноров;

1.8. содержащие серу группы доноров;

1.9. гем-содержащие доноры;

1.10. дифенолы в качестве доноров;

1.11. пероксид водорода в качестве акцептора;

1.11. водород в качестве донора;

1.13. один донор с включением молекулярного кислорода;

1.14. два донора с включением молекулярного кислорода;

1.15. супероксидные радикалы в качестве акцептора;

1.17. СН₂-группу доноров;

1.18. ферредоксин в качестве донора;

1.19. флаводоксин в качестве донора;

1.20. фосфор или мышьяк в качестве донора;

1.21. на вещества Х-Н и Y-Н с образованием X-Y-связи;

1.22. галоген в качестве донора;

1.97. другие оксидоредуктазы.

На подподклассы деление производится в зависимости от акцептора - НАД+ или НАДФ⁺ (1.1.1., 1.2.1., 1.3.1., 1.4.1.), дисульфиды (1.2.4.), кислород (1.3.3.). Например, каталаза (КФ 1.11.1.6), пероксидаза (КФ 1.11.1.7).

Наиболее распространены следующие рабочие названия оксидоредуктаз:

1. Дегидрогеназы - оксидоредуктазы, катализирующие дегидрирование субстрата с использованием в качестве акцептора водорода любых молекул, кроме кислорода.

2. Если перенос водорода от молекулы донора трудно доказуем, то такие оксидоредуктазы называют редуктазами.

3. Оксидазы - оксидоредуктазы, катализирующие окисление субстратов с молекулярным кислородом в качестве акцептора электронов без включения кислорода в молекулу субстрата.

4. Монооксигеназы - оксидоредуктазы, катализирующие внедрение одного атома кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода.

5. Диоксигеназы - оксидоредуктазы, катализирующие внедрение 2 атомов кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода.

6. Пероксидазы - оксидоредуктазы, катализирующие реакции с пероксидом водорода в качестве акцептора электронов.

Систематическое название образуется:

Донор электронов : акцептор электронов - оксидоредуктаза.

Пример 1

Характеристика фермента

Систематическое название Алкоголь:НАД-оксидоредуктаза

Рабочее названиеАлкогольдегидрогеназа

Класс1. Оксидоредуктазы

Подкласс1.1. Действующие на СН-ОН-группу доноров

Подподкласс1.1.1. с НАД+ или НАДФ+ в качестве акцептора

Классификационный номер КФ 1.1.1.1.

Кофакторы Никотинамидадениндинуклеотид. Железо или цинк.

Трансферазы -- отдельный класс ферментов, катализирующих перенос функциональных групп и молекулярных остатков от одной молекулы к другой. Широко распространены в растительных и животных организмах, участвуют в превращениях углеводов, липидов, нуклеиновых и аминокислот.

Реакции, катализируемые трансферазами, в общем случае выглядят так:

A--X + B - A + B--X.

Молекула A здесь выступает в качестве донора группы атомов (X), а молекула B является акцептором группы. Часто в качестве донора в подобных реакциях переноса выступает один из коферментов. Многие из катализируемых трансферазами реакций являются обратимыми.

Подклассы трансфераз (их 8) различают по характеру групп, переносимых на акцептор. К подклассу трансфераз, катализирующих перенос одноуглеродных фрагментов, относятся метил-трансферазы, трансферазыгидроксиметильных, формальных и др. родственных групп, карбоксил- и карбамоилтрансферазы и др. Перенос группы СН₃ осуществляется, напр., с 5-метил-тетрагидрофолиевой к-ты на гомоцистеин HSCH₂CH₂CH(NH₂)COOH на последней стадии биосинтеза метионина. Универсальный донор групп СН₃ при трансметилировании - S-аденозилметионин - субстрат метил-трансфераз, модифицирующих нуклеиновые к-ты; эти ферменты играют важную роль в функционировании генетич. аппарата клетки. Известны также трансферазы, катализирующие метилирование жирных к-т, ненасыщ. фосфолипидов, полисахаридов и др. Многие трансферазы, катализирующие перенос гидроксиметильных и формильных остатков (напр., серин-гидрокси-метилтрансфераза), содержат в качестве кофермента пирид-оксальфосфат. Универсальные доноры в этих р-циях-5,10-метилен- или 5-формилтетрагидрофо-лиевая к-та. Донор карбамоильного остатка для многих трансфераз-карбамоилфосфат (HO)₂P(O)OC(O)NH₂ (метаболит в биосинтезе уридиновой к-ты и аргинина). Наиболее исследованный фермент этого подкласса - аспартат-карбамоилтрансфераза, катализирующая биосинтез К-карбамоил-L-аспарагиновой к-ты.

В отдельный подкласс объединяют трансферазы, катализирующие перенос альдегидных и кетонных групп (фрагментов молекул углеводов). В него входит, напр., транскетолаза, переносящая фрагмент НОСН₂С(О) в пентозофосфатном цикле.

Подкласс трансфераз составляют ацилтрансферазы, катализирующие перенос ацильной группы с образованием эфиров и амидов. Донором в этих реакциях обычно является ацилкофермент А. Реакции, катализируемые этими трансферазами, наиболее характерны для метаболизма жирных кислот. Акцепторами ацетила (донор ацетилкофермент А) м. б. аминокислоты, глюкозамин, остаток фосфорной к-ты и др.

Некоторые трансферазы этого подкласса при трансляции в качестве донора используют аминоацил-транспортную РНК. Пример трансфераз этого подкласса-фосфатацетилтрансфераза, катализирующая перенос ацетила на фосфорную к-ту с образованием ацетилфосфорной кислоты.

К отдельному подклассу относят трансферазы, катализирующие перенос гликозильных остатков (гликозилтрансферазы). Некоторые из этих трансфераз обладают также гидролитич. активностью, которая может рассматриваться как перенос гликозильного остатка на молекулу воды. Акцептором может служить также Н₃РО₄ в случае фосфорилаз. Наиболее распространен перенос остатка углевода от олигосахарида или богатого энергией метаболита на др. молекулу углевода. К наиболееизученнымтрансферазам этого подкласса можно отнести ферменты синтеза гликогена.

В отдельный подкласс объединяют трансферазы, катализирующие перенос алкильных групп (отличающихся от СН₃), как замещенных, так и не замещенных. Хорошо изученные трансферазы этого подкласса-глутатионтрансферазы, катализирующие перенос различных остатков на глутатион, а также метионин-аденозил- и енолпируват-трансфераза.

Отдельно рассматривают подкласс трансфераз, катализирующих перенос групп, содержащих атом N. Трансферазы этого подкласса ответственны за перенос аминогрупп. Аминотрансферазы катализируют перенос аминогруппы с аминокислот на 2-оксокислоты. Эта реакция является, по существу, окислительно-восстановительной. Однако из-за того, что основной функцией этих ферментов считается перенос групп NH₂, они классифицируются как трансферазы, а не как оксидоредуктазы. Наиболее изученный фермент этого подкласса-аспартатаминотрансфераза, содержащая в качестве кофермента пиридоксальфосфат.

Важный подкласс трансфераз- ферменты, катализирующие перенос групп, содержащих атом P (этот подкласс называетсякиназами). Большинство ферментов этого подкласса относятся к фосфатрансферазам, катализирующим перенос остатка фосфорной кислоты на различные акцепторы. Так, гексокиназа катализирует перенос остатка фосфорной кислоты с АТФ на группу ОН D-гексозы, 3-фосфоглицераткиназа-с АТФ на карбоксильную группу 3-фосфо-D-глицериновой кислоты. Трансферазы этого подкласса катализируют также перенос нуклеотидных фрагментов (нуклеотидилтрансферазы); напр., РНК-полимеразы осуществляют перенос остатков рибонуклеотидов при синтезе РНК. Среди трансфераз этого подкласса известны также ферменты, катализирующие перенос остатка Н₃РО₄ с регенерацией донора (реакции кажущегося внутримолекулярного переноса); напр., фосфоглюкомутаза переносит остаток этой к-ты с a-D-глюкозо-1,6-дифосфата на a-D-глюкозу-1-фосфат с образованием a-D-глюкозо-6-фосфата и молекулы исходного донора.

В подкласс трансфераз объединены также ферменты, катализирующие перенос фрагментов, содержащих атом S (например, арилсульфотрансфераза катализирует перенос сульфогруппы на производные фенола).

Размещено на Allbest.ru