Биохимия / Ферменты. Методичка. БХ

КФ 3.4.11. аминопептидазы КФ 3.4.13. дипептидазы

КФ 3.4.14. дипептидил-пептидазы и трипептидил-пептидазы КФ 3.4.15. пептидил-пептидазы КФ 3.4.16. сериновые карбоксипептидазы

КФ 3.4.17. металлокарбоксипептидазы КФ 3.4.18. цистеиновые карбоксипептидазы КФ 3.4.19. -пептидазы КФ 3.4.20. сериновые эндопептидазы

КФ 3.4.22. цистеиновые эндопептидазы КФ 3.4.23. аспартильные эндопептидазы КФ 3.4.24. металлоэндопептидазы КФ 3.4.25. треониновые эндопептидазы

КФ 3.4.99. эндопептидазы с неизвестным механизмом катализа

Лейцинаминопептидаза (КФ 3.4.11.1), относящаяся к подклассу 3.4. катализирует высвобождение N-терминальной аминокислоты, которая является преимущественно лейцином (а также другая аминокислота, но не аргинин и лизин), связанной с пролином. Фермент может также катализировать гидролиз амидов и метиловых эфиров аминокислот. Определение активности лейцинаминопептидазы в сыворотке крови используют в энзимодиагностике заболеваний печени.

Большинство протеиназ классифицируют в зависимости от строения активного центра. Различают металлоэндопептидазы – нейтрофильная коллагеназа (КФ 3.4.24.34), карбоксипептидаза А, содержащая Zn2+ (КФ 3.4.17.1); сериновые эндопептидазы – трипсин (КФ 3.4.21.4), плазмин (КФ 3.4.21.7), эластаза панкреатическая (КФ 3.4.21.36), лейкоцитарная эластаза (КФ 3.4.21.37), энтеропептидаза (КФ 3.4.21.9); аспартильные эндопептидазы – пепсин А (КФ

3.4.23.1), ренин (КФ 3.4.23.15), катепсин Д (КФ 3.4.23.5) и др.

Многие протеиназы синтезируются в виде неактивных предшественников. В результате ограниченного протеолиза, протекающего под действием специфических протеиназ, либо автокаталитически, происходит отщепление

строго определѐнные пептидные связи, что обусловлено структурой активного центра. Функции протеиназ разнообразные: пищеварительные ферменты, лизосомальные ферменты, факторы свѐртывания и фибринолиза, компоненты системы комплемента и др.

КФ 3.5. Действующие на углерод-азот связи, отличные от пептидных

Примером таких ферментов служит аргиназа (КФ 3.5.3.1) участвующая в синтезе конечного продукта распада азотсодержащих соединений (аминокислот, нуклеотидов) – мочевины.

21

Бактериальный фермент пенициллин амидаза (КФ 3.5.1.11) имеет синонимы пенициллин ацилаза, бензилпенилиллин ацилаза, семацилаза ампициллин ацилаза другие. Катализирует реакцию:

Пенициллин амидазу используют в качестве ферментного реагента при производстве пенициллинов.

Наличие лактамазы (КФ 3.5.2.6) у ряда бактерий также является причиной устойчивости к антибиотикам. Фермент катализирует реакцию:

Лактамаза представляет собой группу бактериальных ферментов, гидролизующих -лактамы, некоторые из лактамаз более быстро действуют на пенициллины, другие с большей скоростью катализируют гидролиз цефалоспоринов.

22

КФ 4. ЛИАЗЫ

К классу лиаз относят ферменты, катализирующие разрыв связей С-С, С-О, С-N и других, а также обратимые реакции отщепления различных групп от субстрата негидролитическим путѐм. Эти реакции сопровождаются образованием двойной связи или присоединением групп к месту разрыва двойной связи. Различают 7 подклассов лиаз:

КФ 4.1. Углерод-углерод лиазы

С-С-лиазы катализируют отщепление от молекулы субстрата СО2. Выделяют 4 подподкласса:

КФ 4.1.1 карбокси-лиазы КФ 4.1.2. альдегид-лиазы КФ 4.1.3. оксокислота-лиазы КФ 4.1.99 другие С-С лиазы

Подподкласс КФ.4.1.1 составляют ферменты, катализирующие отщепление СО2 от карбоновых кислот – декарбоксилазы. Важное значение имеют - декарбоксилазы, участвующие в синтезе биологически активных веществ – биогенных аминов, большинство из которых нейромедиаторы (ГАМК, гистамин, дофамин, норадреналин, адреналин, серотонин). Ниже приведена реакция синтеза дофамина при участии декарбоксилазы ароматических L-аминокислот (КФ 4.1.1.29), которая также катализирует образование серотонина из 5- гирокситриптофана:

Декарбоксилазы аминокислот в большинстве случаев являются пиридоксалевыми ферментами.

Фермент, участвующий в метаболизме кетоновых тел ацетоацетат декарбоксилаза (КФ 4.1.1.4) также относится к КФ.4.1.1 подподклассу лиаз и

23

катализирует реакцию образования ацетона:

К подклассу альдегид-лиаз (КФ.4.1.2) катализирующих разрыв С-С связи, сопровождающийся возникновением альдегидной группы, относится фермент гликолиза – альдолаза (фруктозо-дифосфат альдолаза, КФ 4.1.2.13).

Фруктозо-1,6-дифосфат 3-фосфоглицериновый альдегид + диоксиацетонфосфат

Ещѐ одним важным представителем С-С лиазы является фермент цикла трикарбоновых кислот – цитратсинтаза (КФ 4.2.1.4), катализирующая присоединение ацетильного остатка ацетил-SКоА по карбонильной группе оксалоацетата с образованием лимонной кислоты.

Процесс сопровождается гидролизом тиоэфирной группы, связывающей карбоксиметильный фрагмент, произошедший из ацетильной группы, с коферментом А.

КФ 4.2. Углерод-кислород лиазы

Гидролиазы, относящиеся к подклассу С-О лиаз, чаще всего катализируют присоединение воды по двойной связи или реакции дегидратации оксисоединений с образованием двойной связи. Выделяют 4 подподкласса:

КФ 4.2.1. гидролиазы КФ 4.2.2 действующие на полисахариды

КФ 4.2.3 действующие на фосфаты КФ 4.2.99 другие С-О-лиазы

Примером С-О лиазы (подкласс 4.2) является фермент цикла трикарбоновых кислот – фумаратлиаза (КФ 4.2.1.2), катализирующая превращение фумарата в малат.

24

КФ 5. ИЗОМЕРАЗЫ

Ферменты, относящиеся к этому немногочисленному классу ускоряют структурные изменения в пределах одной молекулы, то есть катализируют реакции изомеризации. К этому классу ферментов относят 6 подклассов:

КФ 5.1. Рацемазы и эпимеразы

В этот подкласс входят ферменты, катализирующие превращения оптических изомеров, то есть осуществляется обращение конфигурации при хиральном атоме С. Если такой центр в молекуле один, то происходит обращение конфигурации молекулы в целом. В подкласс рацемаз и эпимераз входит 4 подподкласса:

КФ 5.1.1 действующие на аминокислоты и их производные КФ 5.1.2 действующие на гидроксикислоты и их производные КФ 5.1.3 действующие на карбоксигидраты и их производные КФ 5.1.99 действующие на другие вещества

К 5.1. подподклассу относят пиридоксальзависимый фермент рацемаза аминокислот (КФ 5.1.1.10), которые катализируют реакции превращения L- изомеров аминокислот в D-изомеры:

L-аминокислота D-аминокислота

В реакциях взаимопревращения моносахаров важную роль играют эпимеразы, катализирующие реакции обращения конфигурации при нескольких хиральных атомах С. В качестве примера эпимеразы можно привести D- рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразу (КФ 5.1.3.22) – фермент неокислительного этапа пентозофосфатного пути окисления глюкозы, катализирующего реакцию взаимопревращения рибулозо-5-фосфат в ксилулозо-5-фосфат:

L-рибулозо-5-фосфат L-ксилулозо-5-фосфат.

5.2. Цис-транс-изомеразы

Отдельный подкласс образуют ферменты, катализирующие реакции цис- транс-изомеризации. В качестве примеров можно привести изомеразы, участвующие в метаболизме витамина А. Ретиналь изомераза (КФ 5.2.1.3) катализирует реакцию превращения полного транс-ретиналя в 11-цис-ретиналь.

26

Ретинол изомераза (КФ 5.2.1.7) катализирует аналогичную реакцию, но субстратом служит другой витамер витамина А – ретинол.

Полный транс-ретинол 11-цис-ретинол

Фермент принимает участие в фоторецепторной сигнальной системе зрительного анализатора.

КФ 5.3. Внутримолекулярные оксидоредуктазы

К подклассу КФ 5.3 относятся ферменты, катализирующие внутримолекулярные процессы окисления-восстановления. Выделяют 5 подподклассов:

КФ 5.3.1. взаимопревращающие альдозы и кетозы КФ 5.3.2. взаимопревращающие кето- и енольные группы КФ 5.3.3 перемещающие C=C связи

КФ 5.3.4. перемещающие S-S связи

КФ 5.3.99 другие внутримолекулярные оксидоредуктазы

Примером изомераз, взаимопревращающие альдозы и кетозы, является фермент гликолиза глюкозо-6-фосфат изомераза (КФ 5.3.1.9), катализирующая реакцию:

Глюкозо-6-фосфат изомераза является ферментом катаболизма глюкозы.

КФ 5.4. Внутримолекулярные трансферазы

Другим подклассом изомераз являются внутримолекулярные трансферазы

– ферменты, катализирующие перенос функциональных групп в молекуле субстрата. В зависимости от переносимой функциональной группы различают 5 подподклассов:

27

КФ 5.4.1 переносящие ацильные группы КФ 5.4.2 фосфотрансферазы (фосфомутазы) КФ 5.4.3 переносящие аминогруппы КФ 5.4.4 переносящие гидроксигруппы КФ 5.4.99 переносящие другие группы

Например, образование глюкозы-6-фосфата из глюкозы-1-фосфат происходит под действием трансферазы. Фосфоглюкомутаза (КФ 5.4.2.2), являющаяся одним из ферментов гликогенолиза катализирует реакцию изомеризации моносахаров:

α-D-глюкозо-1-фосфат D-глюкозо-6-фосфат

При катаболизме жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов, аминокислот с разветвлѐнным углеродным скелетом на одной из заключительной стадии происходит изомеризация метилмалоновой кислоты в янтарную. Эта реакция необходима для включения разветвлѐнных углеводородных скелетов в общий путь катаболизма. При этом изомеризации подвергается не сама кислота, а еѐ производное кофермента А.

Процесс катализируется метилмалонил-КоА-мутазой (КФ 5.4.99.2). Этот фермент, как и некоторые другие ферменты, катализирующие изомеризацию углеродного скелета, использует в качестве кофактора метилкобаламин – активную форму витамина В12.

КФ 6. ЛИГАЗЫ

Главной особенностью этого класса ферментов является сопряженность синтеза с распадом веществ, способных поставлять энергию для осуществления биосинтетических процессов. Лигазы – ферменты, катализирующие реакции конденсации или присоединения, сопряжѐнные с гидролизом одной из пирофосфатных связей в молекуле АТФ или ГТФ. Деление на подклассы основано по типу образуемой связи: лигазы, образующие С-О связи, образующие С-S связи, образующие С-N связи, образующие С-С связи и другие. Этот класс ферментов состоит из 6 подклассов:

28

КФ 6.1. Формирующие С-О связи

Этот подкласс состоит из единственного подподкласса (КФ 6.1.1), в который входят многочисленные аминоацил-тРНК-синтетазы, формирующих аминоацил-t-РНК. Эти ферменты катализируют реакцию конденсации аминокислоты, приводящую к присоединению еѐ в виде аминоацильного остатка по оксигруппе 3'-концевого аденозина одной или нескольких транспортных РНК (тРНК).

Аминокислота + тРНК + АТФ аминоацил-тРНК + АМФ + пирофосфат

В результате таких реакций, происходящих с каждой из 20 аминокислот, входящих в состав белков, аминокислоты оказываются рассортированными по соответствующими тРНК. Это имеет важное значение для последующего отбора аминокислот в синтезе белка на рибосомах.

КФ 6.2 Формирующие С-S связи

Подкласс лигаз, образующих С-S связи представлен ферментами, катализирующими образование тиоэфиров карбоновых кислот с коферментом А. Так, катаболизм жирных кислот в клетке начинается с их активации – превращения в ацилSКоА. Название фермента – ацилкофермент А-синтетаза

(КФ 6.2.1.3).

АцилкоферментА-синтетаза действует на большое количество насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, но ферменты из различных тканей показывают различие в специфичности. Субстратами для фермента печени являются жирных от С6 до С20 кислоты, тогда как фермент мозга показывает высокое сродство к жирным кислотам, содержащим до 24 атома углерода.

КФ 6.3. Формирующие С-N связи

Ферменты подкласса 6.3 катализируют в основном реакции введения азотсодержащих групп в органические соединения (органификации азота). В подкласс входят 5 подподклассов:

КФ 6.3.1. Амидсинтазы КФ 6.3.2 Пептидсинтазы КФ 6.3.3 Циклолигазы

КФ 6.3.4 Другие C-N лигазы

КФ 6.3.5 C-N лигазы с глутамином в качестве донора амидной группы

Примерами 6.3.1 подподкласса являются ферменты, катализирующие присоединение аммиака к дикарбоновым аминокислотам с формированием амидной связи – глутамат:аммиак лигаза (глутаминсинтетаза, КФ 6.3.1.2) и аспартат:аммиак лигаза (аспарагинсинтетаза, КФ 6.3.1.1):

29

К этому подклассу относят ферменты, участвующие в нерибосомальном синтезе пептидов. Например, ключевой фермент синтеза трипептида глутатиона – глутатионсинтаза (КФ 6.3.2.3), катализирующая реакцию:

ATФ + γ-L-глутамил-L-цистеин + глицин - AДФ + фосфат + глутатион Трипептид глутатион является коферментом глутатионпероксидазы,

участвует в транспорте через цитоплазматическую мембрану аминокислот, образует коньюгаты с ксенобиотиками и лекарственными веществами, с целью последующего транспорта с помощью АТФ-транспортѐров из клеток. Глутатион является водорастворимым антиоксидантом.

Другой важный представитель 6.3.2. подподкласса убиквитинпротеинлигаза (КФ 6.3.2.19, убиквитин активирующий фермент), катализирующая реакцию:

ATФ + убиквитин + лизин белка AMФ + дифосфат + белок N-убиквитиллизин

Убиквитин связывается с белком пептидной связью между С- терминальным глицином убиквитина и -аминогруппами остатков лизина белковой молекулы. Убиквитинирование необходимо для последующей деградации белка протеасомами 26S.

КФ 6.4. Формирующие С-С связи

К синтетазам, образующим С-С связи в основном относятся ферменты, катализирующие присоединение СО2 к углеродному скелету. К их числу, в частности, относится, пируваткарбоксилаза (КФ 6.4.1.1) при участии которой

30