3. Сопряженные ферментные системы их применение. Номенклатура, классификация ферментов (тривиальная, рациональная, систематическая). Принципы классификации.

С опряженные реакции – используются в случаях, если нет возможности прямо определить количество продукта исследуемой реакции. В таких случаях в реагирующую смесь добавляется фермент (Е₂) катализирующий превращение образующегося продукта в реакции, которую можно оценить количественно, одним из вышеперечисленных методов.

Если фермент Е₂ присутствует в избытке, скорость образования C отражает скорость образования В.

Например, сопряженное исследование активности глюкокиназы (используется избыток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы и НАДФ⁺)

Глюкоза + AТФ → глюкоза 6-Ф + AДФ : (катализируется глюкокиназой –Е₁) Глюкоза-6-Ф + НАДФ⁺  → 6-фосфоглюконолактон + НАДФН + H⁺  : ( катализируется глюкоза-6Ф –дегидрогеназой – Е₂):

Скорость образования  НАДФH (измеряется по поглощению при 340 нм) пропорциональна активности глюкокиназы (см выше)

В настоящее время известны и используются 3 вида классификации ферментов:

1. Тривиальная (исторически сложившаяся) номенклатура: (пепсин, трипсин).

2. Рациональная предложена французским физиологом П. Дюкло в 1883 году (к корню названия субстрата прибавляется суффикс

- аза (липид - липаза, протеин - протеаза и т.д.).

3. Современная классификация рассмотрена и утверждена V Всемирным биохимическим конгрессом в г. Москве в 1961 г. В основу ее положен тип катализируемой реакции (всего 6 классов):

1) Оксидоредуктазы: катализируют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления. Название дается по схеме: донор: « акцептор-оксидоредуктаза» ---> лактат: НАД-оксидоредуктаза.

Различают аэробные дегидрогеназы или оксидазы, катализирующие перенос протонов (е) непосредственно на кислород; анаэробные дегидрогеназы ускоряющие перенос протонов (е) на промежуточный S, но не на кислород; цитохромы - катализируют перенос только е. Сюда также относятся каталаза и пероксидаза.

2) Трансферазы: ферменты, катализирующие перенос (внутри- и межмолекулярный) различных групп атомов. Название дается по форме: «донор - транспортируемая группа - трансфераза ---> метил-, формилтрансферазы, аминотрансферазы.

Оба этих класса ферментов работают при участии коферментов, которые являются водорастворимыми витаминами: В6, В12, В1, В15.

3) Гидролазы: ферменты, катализирующие расщепление внутримолекулярных связей при участии молекулы воды.

Название: «субстрат-гидролаза». К ним относятся все ферменты ЖКТ; в частности: эстеразы - гидролиз сложных эфиров; гликозидазы - гидролиз гликозидных связей углеводов; пептидгидролазы - гидролиз пептидных связей.

4) Лиазы - ферменты, расщепляющие C-C, C-N, C-O связи не гидролитическим путем с образованием двойной связи. Название: «субстрат-лиаза». Они обеспечивают отщепление CO2, H2O, NH3. Декарбоксилазы.

5) Изомеразы: ферменты, катализирующие различные типы реакций изомеризации. Сюда относятся рацемазы и эпимеразы.

6) Лигазы (синтетазы) - ферменты, катализирующие синтез органических веществ из 2-х исходных молекул с использованием энергии АТФ. Название: «X-Y-лигаза». X и Y - исходные вещества. Например: глутомат-аммиак-лигаза.

Кроме всего этого все существующие ферменты (более 2000) имеют свой цифровой шифр, который присваивается по 4-х значному коду. Т. о. шифр каждого фермента состоит из 4-х цифр, разделенных точками и составляется по следующему принципу.

Первая цифра указывает на номер одногоиз классов ферментов.

Вторая цифра озночает подкласс, который характеризует тип связи, на которую действует фермент.

Третья цифра означает подподкласс, который характеризует химическую природу донора или акцептора, участвующего в реакции.

Четвертая цифра обозначает порядковый номер фермента.

Алкогольдегидрогеназа (АДГ); КФ: 1. 1. 1. 1.

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ); КФ: 1. 1. 1. 27.

В основе классификации ферментов - тип катализируемой реакции

Большое число ферментов уже в начале XX века поставило перед исследователями вопро­сы о номенклатуре и классификации ферментов. Отличительным признаком фермента в начале XX века стало окончание «аза», которое использовали, добавляя его вначале к на­званию субстрата (amylum -крахмал - амилаза), а затем к названию реакции (дегидрирова­ние - дегидрогеназы). Созданная Международным союзом химиков и биохимиков Ко­миссия по Ферментам (КФ) разработала основные принципы классификации и номенклатуры ферментов, которые были приняты в 1961 г. В основу классификации был положен тип катализируемой ферментом реакции. Все ферменты по этому признаку были разделены на 6 классов, в каждом из которых есть несколько подклассов.

1.Оксидоредуктазы - ферменты, которые катализируют реакции восстановления или окисления. Например алкогольдегидрогеназа, фермент, который окисляет этиловый спирт в уксусный альдегид. Второй фермент, известный как альдегиддегидрогеназа затем преобразовывает уксусный альдегид в ацетил КoA. Оксидоредуктазы часто требуют участия кофакторов, выполняющих роль промежуточных акцепторов водорода в приводимом ниже примере это НАД⁺.

О ксидазы – разновидность оксидоредуктаз. Так называются ферменты, использующие кислород в качестве конечного акцептора водородов. Примером может служить глюкозоксидаза, которая окисляет глюкозу в глюконовую кислоту. Промежуточным акцептором водородов служит ФАД.

Оксидоредуктазы (1.0.0.0.) 1.1.0.0. Действуют на СН-ОН группы доноров 1.1.1.0. НАД+ или НАДФ+ в качестве акцепторов 1.1.1.1. Алкогольдегидрогеназа 1.14.0.0. Действуют на парные доноры при включении в один из них кислорода 1.14.15.0. Один из доноров восстановленный железо-серный белок и включение одного атома кислорода 1.14.15.1. Цитохром Р-450 1.14.15.5. Кортикостерон 18-монооксигеназа

2.Трансферазы - ферменты, которые переносят функциональные группы от молекулы донора на молекулу акцептор. Примером могут служить метилтрансферазы, которые передает метиловую группу от S -аденозилметионина какому либо акцептору. Ниже показана реакция, катализируемая катехол-O-метилтрансферазой - ферментом, участвующим в метаболизме нейромедиаторов адреналина и норадреналина.

Еще один очень важный пример трансфераз – ферменты катализирующие перенос аминогруппы -трансаминазы.

Трансаминазы используют аминокислоту в качестве донора аминогруппы, которую они переносят на - кетокислоту, превращая соответственно аминокислоту – донор в  кетокислоту и кетокислоту – акцептор в аминокислоту. Это используется для взаимопревращения некоторых аминокислот и позволяет аминокислотам вступать в пути метаболизма углеводов или липидов.

Трансферазами, которые будут часто упоминаться в биохимии, являются киназы, катализирующие перенос фосфата от макроэргической молекулы АТФ на субстрат. Существует множество киназ, играющих важную роль в метаболизме клеток.

Трансферазы (2.0.0.0.) 2.1.0.0.Переносят одноуглеродные группы 2.1.1.0. Метилтрансферазы 2.1.1.1. Никотинамид метилтрансфераза 2.1.1.45. Тимидилат синтаза 2.3.0.0. Ацилтрансферазы 2.3.1.6. холинацетил трансфераза

3. Гидролазы -ферменты катализирующие биологические реакции гидролиза. Они разрывают ковалентные связи. присоединяя по месту разрыва элементы воды. Липазы, фосфатазы, ацетилхолинэстераза и протеазы - все это примеры гидролитических ферментов.

Гидролазы (3.0.0.0.) 3.1.0.0.Действуют на эфирные связи 3.1.1.0.Гидролазы эфиров карбоновых кислот 3.1.1.17. Ацетилхолинэстераза 3.2.1.0. Гликозидгидролазы 3.2.1.1. амилаза 3.2.1.2. -амилаза 3.4.0.0. Действуют на пептидные связи 3.4.21.0.Сериновые протеазы 3.4.21.1.Химотрипсин 3.4.21.4. Трипсин 3.4.21.5. Тромбин

4. Лиазы (десмолазы) –ферменты, которые катализируют распад C-C, C-O и C-N связями негидролитическим путем с образованием двойных связей. Примером может быть фермент ДОФА декарбоксилаза, которая является ключевым ферментом в синтезе биогенных аминов адреналина и норадреналина.

Лиазы(4.0.0.0) 4.1.0.0.Углерод-углерод лиазы 4.1.1.0.Карбокси лиазы 4.1.1.1. Пируватдекарбоксилаза 4.2.0.0. Углерод-кислород-лиазы 4.2.1.0. Гидролиазы 4.2.1.11. Енолаза 4.2.1.12. Фосфоглюконатдегидраза

5. Изомеразы - ферменты, которые катализируют внутримолекулярные перегруппировки. При этом происходит взаимопревращение оптических геометрических и позиционных изомеров. Эпимеразы и рацемазы - примеры ферментов этого класса.

Изомеразы (5.0.0.0.) 5.1.0.0. Рацемазы и эпимеразы 5.1.1.0. Действуют на аминокислоты и их производные 5.1.1.1. Аланинрацемаза 5.3.0.0. Внутримолекулярные оксидоредуктазы. 5.3.1.0.Взаимопревращают альдозы и кетозы 5.3.1.9. Фосфоглюкоизомераза 5.3.1.20. Рибозоизомераза

6. Лигазы катализируют образование C-O, C-S, C-N или C-C связей, используя энергию гидролиза АТФ. Фосфат может или не может ковалентно связываться с продуктом реакции.

Лигазы (6.0.0.0) 6.1.0.0. Образуют С-О связи 6.1.1.0.Образуют молекулы аминоацил-тРНК и родственные им соединения. 6.1.1.1. Тирозил-тРНК синтаза 6.5.0.0. Образуют фосфоэфирные связи 6.5.1.1. ДНК-лигаза (АТФ -зависимая) 6.5.1.2. ДНК-лигаза (НАД+-зависимая)

Комиссия по ферментам предложила и принципы номенклатуры ферментов. Рекомендуется использовать систематическую и рабочую номенклатуры. В основу систематической номенклатуры положен тот же принцип, что и для классификации – тип катализируемой реакции. На первый взгляд названия при этом становятся громоздкими, но зато из названия становится ясным, что делает фермент. Название состоит из двух частей: названия участников реакции ( в зависимости от класса это могут быть субстраты , промежуточные акцептоы) и типа катализируемой реакции с окончанием «аза».

Каждый фермент получает специфический кодовый номер-шифр фермента, отражающий его положение в классификации: первая цифра характеризует класс фермента, вторая –подкласс и третья подподкласс. Каждый подподкласс представляет собой список ферментов. Порядковый номер фермента в этом списке – четвертая цифра кода. На рис 1-1 показан шифр креатинфосфокиназы – КФ.2.7.3.2. Этот фермент катализирует реакцию фосфорилирования креатина. Систематическое название фермента АТФ: креатинфосфотрансфераза. Рабочее название этого фермента креатинкиназа или креатинфофокиназа

Ш ифр креатинфосфокиназы и место фермента в классификации ферментов

Заведующий кафедрой биологической химии, д.м.н., проф.

Грицук А. И.

___________

21.10.2006

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

УО «Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра биологической химии

Обсуждено на заседании кафедры (МК или ЦУНМС)

Протокол № _________________200__года

ЛЕКЦИЯ по биологической химии

наименование дисциплины

для студентов _2__ курса лечебного факультета

Тема Ферменты 5. Медицинская энзимология.

Время 90 мин.

Учебные и воспитательные цели:

Дать представление:

1. О медицинской энзимология: основные направления (энзимопатология, энзимодиагностика и энзимотерапия); применение ферментов в лабораторной диагностике; производственной практике и биотехнологии.

2. Об энзимопатиях: первичных и вторичных энзимопатии, степени клинического проявления; патогенезе энзимопатий – механизме развития вторичных метаболических блоков. Об энзимодиагностике: типы ферментов плазмы крови (клеточные, экскреторные, секреторные).

3. Об энзимотерапии: примеры; применении иммобилизованных ферментов, липосом, тенях эритроцитов, вирусных векторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 1990. С. 213–220; 1998. С. 345–353.

2. Николаев А. Я. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1989. С. 199–221.

Дополнительная

3. Марри Р. и др. Биохимия человека. М.: Мир, 1993. Т. 1. С. 111–126.

4. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М.: Высшая школа, 1993. С. 403–415.

5. Ленинджер А. Основы биохимии. М.: Мир, 1985. Т. 2. С. 477–507.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1. Мультимедийная презентация.

РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№ п/п	Перечень учебных вопросов	Количество выделяемого времени в минутах
	Медицинская энзимология. Основные направления (энзимопатология, энзимодиагностика и энзимотерапия). Применение ферментов в лабораторной диагностике, производственной практике и биотехнологии.	30
	Энзимопатии, классификации. Первичные и вторичные энзимопатии, степень клинического проявления. Патогенез энзимопатий – механизм развития вторичных метаболических блоков. Энзимодиагностика, цель, задачи. Типы ферментов плазмы крови (клеточные, экскреторные, секреторные).	30
	Энзимотерапия. Примеры. Иммобилизованные ферменты, липосомы, тени эритроцитов, вирусные векторы. Биотехнология.	30

Всего 90 мин