Классификация ферментов.

В 1961 г. на международном биохимическом съезде была предложена классификация:

1. Оксидоредуктазы – это ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.

2. Трансферазы – это ферменты, катализирующие реакции переноса групп с одно субстрата на другой.

3. Гидралазы – это ферменты, катализирующие реакции гидролиза.

4. Лиазы – это ферменты, катализирующие присоединение групп к двойным связям или отщепление групп с образованием двойной связи.

5. Изомеразы – это ферменты, катализирующие реакции изомеризации.

6. Синтетазы (лигазы) – это ферменты, катализирующие реакции увеличения цепочки, образования связи CN CO CC и т.д.

Каждый класс ферментов разделяется на подкласс и подподкласс, в зависимости от индивидуальных превращений, при этом учитывается природа кофермента, тип связи, на который действует фермент.

Такая классификация позволяет идентифицировать индивидуальные ферменты с помощью шифра, состоящего из 4 цифр.

1-я цифра класс;

2-я цифра подкласс;

3-я цифра подподкласс;

4-я цифра порядковый номер фермента в данном подподклассе.

1. Класс Оксидоредуктазы

Дегидрогиназы – с помощью этих ферментов происходит отщепление атомов водорода от субстрата и переноса на другой субстрат.

Оксидазы – катализируют реакции окисления в результате переноса электронов с донора к акцептору.

1 – класс

1 – что является донором

1 – акцептором служит

НАД – никотинамидадениндинуклеотид – небелковая часть дегидрогиназы.

1 - класс

1

2 – акцептором служит цитохром

1– класс

1

3 – акцептором служит кислород

1 – класс

2 – донор альдегидная группа.

1 – акцептором служит НАД и НАДФ

Пример: 1-2-1-12 глицеральальдегидтрифосфат: НАД-оксидоредуктаза (фосфорилирующая).

2. Трансферазы.

2

2.1 – переносят одноуглеродные остатки

2 – трансферазы оксиметильных, формильных, метиленовых групп

Источником этих групп является тетрагидрофолевая кислота.

0. – трансферазы, которые переносят альдегидные и кетонные группы.

1. - ацилтрансферазы, переносят остатки кислоты

2.3.1 – ацетилтрансферазы переносят остатки уксусной килоты

Лекция №10

Коэнзим А (небелковой частью является ацетилтрансферазой)

Небелковая часть ацетилтрансферазы: Коеэнзим А

Ацетилхолинтрансфераза 2-3-1-6

2-6 ферменты: перенос азотистых групп, входит большое число ферментов аминотрансфераз. Небелковой частью является витамин B6 – фосфоперидаксаль.

Реакция переаминирования: глютаминовая кислота + пировиноградная кислота – перенос аминогруппы с глютаминовой кислоты на пировиноградную.

2-7 ферменты: переносят фостфатные группы.

2-7-1 – фосфокеназы.

Глюкофосфокеназа

Если перенос фосфатной группы осуществляется внутри одной молекулы – такой фермент называется фосфомутаза.

Гидралазы – ферменты, способствующие гидролитическому расщеплению.

3-1 – эстеразы, действюут на сложноэфирные группы.

3-1-1 – липаза, расщепляет сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.

3-1-1-4 – лецитиназа, расщепляет эфирные связи в фосфотидил производных.

3-1-1-4

3-1-1-5

3-1-3

Лецитиназа A2 отщепляет непредельную жирную кислоты R1-COOH, после этого образуется соединение лизолецитин, это вещество вызывает гемолиз эритроцитов. A2 входит в состав змеиного яда.

3-2 ферменты – гликозидазы, способствуют гидролизу гликозидных связей.

3-2-1-12 – амилаза, она действует на крахмал и расщепляет крахмал по 1,4-гликозидным связям.

Альфа- (3-2-1-20) и бета-гликозидазы (3-2-1-21) – расщепляет альфа гликозидные связи и бета-гликозидные связи соответственно.

К бета-гликозидазе относится фермент сахараза.

-гликозидазы

- гликозидазы

3-4 ферменты – пептидазы, действуют на пептидные связи, разделяются на эндопептидазы (пепсин, трепсин, хемотрепсин), которые расщепляют внутренние пептидные связи и экзопептидазы (аминопептидаза, карбоксипептидазы), расщепляют внешние пептидные связи.

3-4-1-1 – пепсин, он действует в желудке и проводит гидролиз пептидных связей, прилегающих к остаткам ароматических и дикарбоновых кислот с N-конца.

3-4-4-4 – трепсин, в кишечнике, гидролиз пептидных связей, амидов, сложно-эфирных связей у аргинина и лизина с С-конца.

3-4-4-5 – хемотрепсин, расщепляет полипептиды, белки по карбоксильным группам ароматических аминокислот.

3-5 ферменты – гидралазы, действующие на CN-связи, отличные от пептидных.

3-5-1-5 – уреаза, расщепляет мочевину на аммиак и углекислый газ.

Аргиназа, аргигнин расщепляется на орметин и мочевину.

3-6 ферменты, действуют на кислотно-ангидридные связи.

АТФ + H2O АМФ + пирофосфат.

Пирофосфат:

Лиазы.

4-1 – углерод углеродные лиазы

4-1-1 – декарбоксилиаза кетона и аминокислот.

Пировиноградная кислота превращается в уксусный альдегид и выделяется углекислый газ, т.е. происходит декарбоксилирование.

Небелковая часть фермента – витамин B1 – тиаминпирофосфат или (дифосфотиамин).

4-1-2 альдолаза.

фруктоза-1-6-дифостфат расщепляется и образуется фосфодиоксиацетон и фосфоглицериновый альдегид.

4-2-CO-лиазы, т.е. расщепляют углерод-кислородные связи.

Например, гидратаза.

Яблочная кислота образует фумаровую кислоту, отщепляя молекулу воды.

4-3-CN-лиазы

Изомерезы.

5-1 – рацемазы, способствуют переходу D в L форму.

5-1-1-1 – аланинрацемаза

5-2 – цис-транс-изомеразы, фумаровая в малеиновую и наоборот.

5-3 – эпимеразы, превращение эпимеров друг в друга.

Синтетазы (или лигазы).

6-1-1 аминоацил транспортной РНК синтетазы

6-2 образуются углерод-серные связи, кислотно-тиоловые лигазы.

6-4 ацетилкоэнзим-А-карбоксилаза, с помощью неё происходит образование углерод-углеродных связей.

Механизм ферментативного действия.

Превращение субстрата в продукты реакции под влиянием ферментов может быть выражено в общем виде

Образование промежуточных комплексов требует меньше энергии, чем непосредственное превращение субстрата.

Все молекулы в системе должны обладать каким-то запасом энергии, чтобы превратиться продукты реакции. Образование разных фермент-субстратных комплексов приводит к тому, что энергетический барьер каждого субстратного комплекса значительно ниже, чем общий барьер реакции.

Теория индуцированного состояния.

Согласно этой теории, фермент связывается с правильным субстратом и сам фермент приобретает в процессе некоторое изменение – индуцированное соответствие (состояние).

Образование фермент-субстратного комплекса происходит индуцированное соответствие – фермент и субстрат претерпевают структурные изменения, чтобы соответствовать друг другу.

Факторы, которые способствуют:

1. Сближении и ориентация фермента и субстрата, в результате этого атакуемая ферментом связь оказывается не только расположенной в непосредственной близости от каталитического центра, но и правильно ориентирована.

2. Общий кислотно-основной катализ. В активном центре фермента, как правило находятся группы специфических аминокислотных остатков, которые являются хорошими донорами протонов и хорошими акцепторами протонов (протонодонорные карбоксильная, гидрокси, сульфгидрильная; протоноакцепторные: карбокси-группа, NH₂, S^-, O^-; сульфгидрильная группа может быть как протонодонорной, так и протоноакцепторной).

3. Ковалентный катализ

Хемотрепсин – это полипептид, содержащий 245 аминокислотных остатков, имеет 5 дисульфидных мостиков.

57 – гистидин;

102 – аспарагиновая кислота;

195 – сирин;

Неактивный хемотрепсин превращается в активную форму превращается после того, как под действием фермента трепсина и активного хемотрепсина расщепляются 4 пептидные связи. Но удерживается дисульфидными связями.

Это был процесс расщепления пептидной связи под действием хемотрепсина в активном состоянии.

Лекция №11

Действие аминотрансферазы.

На первой стадии происходит образовании шиффового основания, далее происходит группировка.

Реакции переаминирования, протекают очень активно при отщеплении аминокислот.

Биологическое окисление, биэнергетика.

Все клетки такни потребляют кислород и выделяют углекислый газ и воду, т.е. все клетки дышат. При дыании во всех клетках и тканях окисляются питательные вещества, это осуществляется с помощью окислительно-восстановительных реакций. Процесс окисления и дегидрирования – это процессы эквивалентные. В одних случаях происходит окисление, в результате отщепления атомов водорода от субстрата, а в других случаях происходят переносы электронов.

Все дегидрогиназы можно разделить на два типа:

1. Анаэробные дегидрогиназы – переносят атомы водорода на какие-то промежуточные компоненты.

Всего анаэробных дегидрогиназ известно около 150. Впервые НАД и НАДФ были выявлены и идентифицированы с 1933 по 1936 Гварбургом и Эйлером. Многие клетки содержат трансгидрогиназы, катализирующие обратимый перенос атомов водорода с НАД восстановленного на НАД окисленный.

Больше всего в клетках находится НАД, в основном он присутствует в митохондриях, НАДФ – в митохондриях и цитоплазме. Связь кофермента с белковой частью в процессе катализа обратимо разрушается, т.е. связь не прочная.

2. Аэробные дегидрогиназы – переносят атомы водорода на атомы кислорода с образованием перекиси.

Это солжные белки, содержащие в качестве небелковой компоненты флавинмононуклеотид (у растений) и флавинадениндинуклеотид (у животных). Флавинмононуклеотид – это фосфорный эфир рибофлавина и является витамином В2.

ФМН

Были впервые выделены флавиновые ферменты Гварбургом и Куном в середине 30-х годов. У большинства дегидрогиназ этого типа влавиновые нуклеотиды очень прочно связаны с белковой частью и не отщепляются от нее в процессе катализа. В окисленной форме флавиновые дегидрогиназы интенсивно окрашены в красный, коричневый цвета. Восстановленный ФАД способен дальше реагировать:

Далее в процессе окисления или дыхания принимает участие коэнзим-Q (КоQ или убихинон). Он имеет углеводородную структуру и растворим в липидном слое мембран, он функционирует в этом слое от одной системы дыхания к другой, перенося атомы водорода. Все остальные ферменты белковой природы жестко связаны с мембраной, не растворимы.

Оксидазы, которые участвуют в процессе дыхания – это в основном цитохромы (тирозиназа, пероксиназа). Это ферменты, с помощью которых происходит еренос электронов с одного субстрата на другой. Цитохромы – это гем-содержащие белки, участвующие в процессе переноса электронов в аэробных услових. Они включаются в процесс переноса электронов в определенной последовательности и переносят электроны от флавиновых ферментов к молекуле кислорода. Все цитохромы содержат в качестве простетической группы железо-порфериновое кольцо, т.е. гемм. Отличаются все цитохромы природой белковой части и некоторыми радикалами в гемме.

Всего выделено 5 типов цитохромов: В, C, C1, A, A3. Участвуют в процессе дыхания.

Радикалы

	b каталаза, пероксидаза	с	а
X	CН2=СН-
XX	СН2=СН-		СН2=СН-
XXX	СН3

Все цитохромы обладают различными окислительно-восстановительными потенциалами. Перенос электронов осуществляется за счет изменения степени окисления железа.

В результате многочисленных экспериментальных данных было выяснено, что схема переноса электронов в дыхательной цепи осуществляется в следующей последовательности:

Цитохромы A и A3 – это цитохромоксидаза, она состоит из 6 или из 7 субъединиц в зависимости от суборганизмов, где она присутствует. Каждая из этих субъединиц содержит гиминовую группу и атом меди. Предполагают, что две субъединицы относятся к цитохрому А, а остальные к цитохрому А3. Восстановленный цитохром A3 – это единственный компонент митохондрий, который способен легко восстанавливать молекулярный кислород.

В цепи дыхания функционируют ещё и другие компоненты – железо-серные центры. Из митохондриальной мембраны удалось выделить структурно-обособленные комплексы функционально связанных между собой переносчиков электронов.

Комплекс 1 состоит из НАД восстановленной дегидрогиназы и её железо-серных центров, которые функционируют в тесной связи друг с другом.

Комплекс 2 включает сукцинат дегидрогиназу и железо-серные центры.

Комплекс 3 состоит из цитохрома A и B и железо-серных центров.

Комплекс 4 состоит из цитохромов A и A3 и железо-серных центров.

Убихинон служит связующим звеном между комплексами 1, 2, 3, а цитохром С связывает между собой комплекс 3 и 4.