II. Обзор литературы
2.1. Общие сведения о классе оксидоредуктаз
Оксидоредуктазы – это класс ферментов, катализирующих обратимые окислительно-восстановительный реакции, в которых происходит перенос восстановительных эквивалентов (двух атомов Н, двух электронов или гидрид-иона Н-) от восстановителя к окислителю (относительно неспецифический. субстрат, который может принимать участие и в других ферментативных реакциях), например:
АН2 - восстановитель, В - окислитель
Подклассы оксидоредуктаз (всего их 17) сформированы по типу окисляемого вещества (восстановителя), подподклассы - по типу окислителя (акцептора восстановительного эквивалента). Оксидоредуктазы всех подподклассов, для которых акцептором служит не молекула кислорода (О2), а любое другое соединение, называются дегидрогеназами, или редуктазами, если акцептор молекула кислорода (О2) – оксидазами. В тех случаях, когда атом кислорода включается в состав субстрата, ферменты называются оксигеназами (при включении в молекулу одного атома кислорода монооксигеназами, двух атомов кислорода – диоксигеназами), если атом кислорода включается в виде группы гидроксильной группы (ОН-) – гидроксилазами [1].
К оксидоредуктазам относится большая группа ферментов (около 20% от общего их числа). Многие оксидоредуктазы (около 170 ферментов) в качестве акцепторов используют никотинамидадениндинуклеотид (NAD+) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADP+). Эти дегидрогеназы (например, альдегиддегидрогеназа, лактатдегидрогеназа) выполняют важные функции, участвуя в гликолизе, дыхании, брожении, а также на начальном этапе окислительного распада аминокислот при деградации белков. Некоторые дегидрогеназы аминокислот (например, глутаматдегидрогеназа) могут катализировать синтез аминокислот, участвуя в ассимиляции аминогруппы микроорганизмами и растениями. Считается, что восстановительные эквиваленты от кофермента NADH переносятся в клетке на молекулу кислорода через дыхательную цепь переноса электронов, где свободная энергия этих эквивалентов расходуется для запасания энергии в виде макроэргической связи АТФ; восстановительные эквиваленты NADPH расходуются для биосинтетических целей [1].
Ряд оксидоредуктаз в качестве акцептора содержит химически прочно связанный с ферментом флавинмононуклеотид или флавинадениндинуклеотид. В таких флавопротеидах FMN или FAD восстанавливаются в результате окисления NADH или NADPH, а затем передают восстановительные эквиваленты другим компонентам цепи переноса электронов при дыхании, например цитохромам или непосредственно на О2. Другой продукт реакций, катализируемых флавопротеидными оксидоредуктазами - Н2О2. Ферменты, использующие Н2О2 в качестве акцепторов восстановительных эквивалентов (например, каталаза), называются пероксидазами [1].
Оксидоредуктазы, применяемые в синтезе оптических соединений, часто используют NAD(P)H в качестве кофактора. Введение NAD(P)H непосредственно в реакционную смесь сильно повышает себестоимость конечного продукта. Так, получение одного моля оптически активного соединения может обходиться в несколько десятков тысяч долларов [2]. Поэтому для удешевления процессов производства хиральных соединений используют различные способы регенерации кофактора.