Классификация ферментов

Название класса	Катализируемые реакции	Примеры
Оксидоредуктазы	Окислительно-восстановительные реакции: перенос атомов водорода или кислорода или электронов от одного вещества к другому	Каталаза разлагает пероксид водорода на воду и молекулярный кислород; цитохромы переносят и присоединяют электроны к атомам кислорода в процессе дыхания и к протонам в ходе реакций световой фазы фотосинтеза
Трансферазы	Перенос функциональных групп от одного вещества к другому	Под действием фосфотрансфераз происходит перенос остатков фосфорной кислоты от АТФ на глюкозу или фруктозу
Гидролазы	Гидролиз: реакции расщепления сложных органических веществ на более простые путем присоединения воды	Амилаза гидролизует крахмал до мальтозы; трипсин гидролизует белки и пептиды до аминокислот
Лиазы	Негидролитическое присоединение или отщепление функциональных групп	Отщепление карбоксильных групп декарбоксилазами
Изомеразы	Изомеризация, т.е. превращение изомеров друг в друга	Взаимопревращения глюкозы и фруктозы в растениях под действием глюкозофосфатизомеразы
Лигазы (синтетазы)	Реакции синтеза с использованием энергии АТФ	Карбоксилазы катализируют присоединение углекислого газа к органическим кислотам

Ферменты имеют очень важное биологическое значение, ибо практически каждая химическая реакция катализируется тем или иным ферментом.

Ферменты обнаруживаются практически во всех клетках организма. Причем распределение тех или иных ферментов в клетках зависит от биологической функции конкретной ткани, конкретного органа. Некоторые ферменты необходимы только одному – двум органам. В то же время ферменты, которые участвуют в жизнеобеспечении самой клетки (в биосинтезе нуклеиновых кислот и белков, сборке клеточных органелл, катализе каскадов реакций, обеспечивающих энергетический обмен и т.д.) присутствуют во всех органах и тканях.

Внутри клеток можно выделить области, различающиеся по набору ферментов, а следовательно, и по особенностям протекающих в них биохимических реакций. Многие ферменты в клетке организованы в так называемые мультиферментные системы (ансамбли). Они либо связаны с клеточными структурами, либо находятся в свободном состоянии в различных органеллах клетки. Мультиферментные ансамбли включают в себя десятки различных ферментов и катализируют превращения многих субстратов, составляющих биохимические циклы.

Собственно метаболизм, т.е. совокупность химических реакций в живых организмах, является результатом действия ферментов. В клетке содержится большое количество различных веществ, которые находятся в постоянном взаимодействии. Причем, как правило, одно вещество участвует в немногих реакциях, а часто только в одной.

Таким образом, ферментативный катализ в клетке служит инструментом отбора определенных реакций из множества возможных, поэтому такой целенаправленный отбор является важным этапом биологической эволюции.

Существуют также ферменты, способные катализировать одну и ту же реакцию, но различающиеся по ряду свойств (активности и др.). Такие ферменты называют изоферментами.

Пероксид водорода (Н₂О₂) – ядовитое вещество, образующееся в клетке в процессе жизнедеятельности (например, при дыхании). Принимая участие в обезвреживании ряда токсических веществ, он может вызвать самоотравление (денатурацию белков, в частности, ферментов). Накоплению Н₂О₂ препятствует фермент каталаза, распространенный в клетках, способных существовать в кислородной атмосфере. Фермент содержится в специальных органоидах – микротельцах (пероксисомах). Пероксисомы входят в число обычных органелл эукариотических клеток – клетки позвоночных животных, высших растений и простейших.

Каталаза ‑ фермент, катализирующий разложение пероксида водорода на воду и молекулярный кислород:

2Н₂О₂ = 2Н₂О + O₂,

играет защитную роль в клетке. Фермент функционирует с очень большой скоростью ‑ одна его молекула расщепляет за 1 с до 200 000 молекул Н₂О₂. Активность может быть снижена или вообще снята при воздействиях, приводящих к денатурации белка (нагревание, действие концентрированных кислот, солей тяжелых металлов).

Литература: [3, гл. 4]; [5, гл. 5].