Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В отличие от небелковых катализаторов (Н", ОН, ионы металлов) каждый фермент способен катализировать лишь очень небольшое число реакций. часто только одну. Таким образом, ферменты представляют собой реакциоииоспецифические катализаторы. Практически все биохимические реакции катализируются ферментами. БИОМЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Ферменты совершенно необходимы для су~цествования жизни на Земле. Поэтому неудивительно, что мы встречаемся с ними во многих областях биомедицинских наук. Многие болезни (врожденные нарушения метаболизма) определяются генетически обусловленными нарушениями в синтезе ферментов.
При повреждении клеток (вызванном, например, недостатком кровоснабжения или воспалением) некоторые ферменты попадают в плазму крови. Измерение активности таких ферментов обычно используется для диагностики многих распространенных заболеваний (например, инфаркта миокарда). Диагностическая энзимология является областью медицины, использующей ферменты для диагностики и контроля за результатами лечения. Ферменты применяются и в терапии. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ И НОМЕНКЛАТУРА Первоначально ферментам давали названия, образуемые путем добавления окончания -аза к названию субстрата, на который данный фермент действует.
Так, ферменты, гидролизующие крахмал (амилон), были названы амилазами; ферменты, гид- ролизующие жиры (линос),— липазами; ферменты, гидролизуюшие белки (протеины),-- протеиназами. Позднее ферментам. катализируюшим сходные по типу реакции, стали давать название, указывающее тип соответствующей реакции---дегидрогеназы, оксидазы. декарбоксилазы, ацилазы и т.д. Многие из этих названий используются и теперь. Номенклатура„введенная Международным биохимическим соююм (П)В), на первый взгляд кажется сложной и громоздкой, но зато она является однозначной.
Главный ее принцип состоит в том, что ферменты называют и классифицируют в соответствии с типом катализируемой химической реакции и ее механизмом; это существенно облегчает систематизацию данных, относящихся к различным аспектам метаболизма. Основные черты системы, введенной 11.)В, состоят в следующем. 1. Реакции и ферменты, которые их катализируют, подразделяются на шесть классов, в каждом из которых имеется несколько подклассов (от четырех до 13). 2. Название фермента состоит из двух частей: первая часть †назван субстрата (или субстратов); вторая указывает тиц катализируемой реакции и оканчивается на -аза.
3. Дополнительная информация, если она необходима для уточнения, заключается в скобки. Например, фермент, катализирующий реакцию 1.-малат + ХА13" = Пируват + СО, + )КА13Н + Н ', имеет номер 1.1.1.37 и называется 1.-малат: ХА!3' оксидоредуктаза (декарбоксилирующая). 4. Каждый фермент имеет кодовый номер по классификации ферментов (КФ): первая цифра характеризует класс реакции, вторая"-подкласс и третья— подподкласс.
Четвертая цифра указывает порядковый номер фермента в его подподклассе. Таким образом, КФ 2.7.1.1 означает, что фермент относится к классу 2 (трансфераза), подклассу 7 (перенос фосфата) и подподклассу 1 (акцептором фосфата является спирт). Последняя цифра обозначает фермент гексокиназу, или АТР: !3-гексозо-6-фосфотрансферазу, т.е. фермент, катализирующий Глава 7 перенос фосфата с АТР на гидроксильную группу атома углерода в шестом положении глюкозы. Ниже представлены все шесть классов ферментов и некоторые конкретные примеры.
В скобках указано рекомендуемое название. 1. Оксидоредуктазы.Ферменты, катализирующие окислительно-восстановнтельные реакции с участием двух субстратов, Б и Б': Б +Б; =Б +Б' Катализируют реакции, в которых участвуют такие группы, как СН вЂ” ОН, СН вЂ” СН, С = О, СН— ХН, и — СН вЂ” ХН вЂ”.
Некоторые подклассы: 1.1. Ферменты, действующие иа группу СН— ОН (доыор электронов). Например: 1.1.1.1. Алкоголь: ХАР+ оксидоредуктаза 1алкогольдегидрогеназа] Спирт + ХАР' = Альдегид или кетон + ХАРН + Н'. 1.4. Ферменты, действуияцие ыа группу СН вЂ” ХН, (донор электронов). Например: 1.4.1.3. 1;Глутамат: ХАР(Р)" оксидоредуктаза (дезаминирующая) 1глутаматдегидрогеназа из печени животных]. Запись ХАР(Р)+ означает, что акцептором электронов может служить либо ХАР+, либо ХАРР'.
1=Глутамат + Н,О + ХАР(Р)' = = а-Кетоглутарат + ХН+, + ХАР(Р)Н + Н'. 2. Трансферазы. Ферменты, катализирующие перенос группы О (отличной от атома водорода) с субстрата Б на субстрат Б'.- Б — 4я + Б' = Б' — О + Б. Катализируют перенос одноуглеродных групп, альдегидных или кетонных остатков, а также ацильных, алкильных, гликознльных групп и групп, содержащих фосфор и серу. Некоторые подклассы: 2.3. Ацилтрансферазы.
Например: 2.3.1.6. Ацетил-СоА:холин О-ацетнлтрансфераза 1холин-ацетилтрансфераза] Ацетил-СоА + Холин = СоА + О-Ацетилхолин. 2.7. Ферменты, катализирующие перенос группы, содещквщей фосфор. Например: 2.7.1.1. АТР: Р-гексоза 6-фосфотрансфераза 1гексокиназа] АТР + Р-Гексоза = АРР + Р-Гексозо-б-фосфат. 3. Гидролазы.
Ферменты, катализирующие гидролиз эфирных, сложноэфирных, пептидных и гликозильных связей, кислотных ангидридов, связей С— С, С-галоида и Р— Х. Например: 3.1. Ферменты, действующие на сложноэфырыые связи. Например: 3.1.1.8. Ацнлхолин — ацилгидролаза 1псевдохолинэстераза] Ацилхолин + Н,О = Холин + Кислота. 3.2. Ферменты, действующие ыа гликозильные соеднненвя. Например: 3.2.1.23.
!3-Р-Галактозид — галактогидролаза !ргалактозидаза] !3-Р-Галактозид + Н,О = Спирт + Р-Галактоза. 3.4. Ферменты, действующие иа пептидиые связи. Классификация (с подразделением на 11 подклассов) учитывает различия между пептидазами и протеазами, выделяет ферменты, гидролизующие дипептиды нли более крупные пептиды, отшепляюшие одну или большее число аминокислот, атакующие связь на С- или Х-конце. Протеиназы в соответствии с механизмом катализа подразделяются на сериновые, тиоловые и металлозависнмые.
Например: 3.4.21. Сериновые иротеиназы. Например: химотрипсин, трипсин, плазмин, факторы свертывания крови 1Ха и Х1а. 3.4.23. Карбоксильыые (кыслые).протеиыазы. Например: пепсины А, В и С. 4. Лназы. Ферменты, отшепляюшие группы от субстратов по негидролитическому механизму, с образованием двойных связей. Х У ! ! С вЂ” С=Х вЂ” У+С=С Ферменты, действующие на связи С вЂ” С, С вЂ” О, С— Х, С вЂ” Б и С вЂ” галоид. Некоторые подгруппы: 4.1.2. Альдегнд-лиазы.
Например: 4.1.2.7. Кетозо-1-фосфат-альдолаза [альдолаза] Кетозо-1-фосфат = Дигидроксиацетонфосфат + Альдегид. 4.2. Углерод — кислород лиазы. Например: 4.2.1.2. 1=малат — гидро-лиаза 1фумараза] 1:малат = Фумарат + Н,О. 5. Изомеразы. В этот класс включены все ферменты, катализирующие взаимопревращения оптических, геометрических и позиционных изомеров. Некоторые подклассы; 5.2. Цис-трапе изомеразы.
Например: 5.2.1.3. все-транс-Ретиналь 11цис-транс-изомераза 1ретинальизомераза] все-транс-Ретиналь = 11-иис-Ретиналь. 5.3. Ферменты, катализнрующяе взаимопревращенне альдоз и кетоз. Например: 5.3.1.1. Р-Глицеральдегид-3-фосфаткетол-изомераза 1триозофосфатизомераза] Р-Глицеральдегнд-3-фосфат = Дигидроксиацетонфосфат. Ферменты: общие свойс"тва 65 ОН СН ОН,С С О 1 -Лактат О О Н,С С О Пируват НАО АРАОН+ Н КОФЕРМЕНТЫ Окислитель Пируват Лактат Ацетвльдегид Дигидроксиацетонфосфат Фрухтоза Гетероферментатнвные молочнокисые бактерии Маннитол 6.
Лигазы. (от лат. лигаре — связывать), Ферменты, катализирующие соединение двух молекул, сопряженное с разрывом пирофосфатной связи АТР или подобного соединения. В этот класс включены ферменты, катализирующие реакции, в ходе которых образуются связи С вЂ” О, С вЂ” 3, С вЂ” Х и С вЂ” С. Некоторые подклассы: 6.3. Ферменты, катализирующие образование связей С вЂ” Х.
Например: 6.3.1.2. 1.-Глутамат:аммиак лигаза (АОР) 1глутаминсинтетаза1 АТР+ 1.-Глутамат+ ХН, = АОР+ Ортофосфат + 1.-Глугамин. 6.4. Ферменты, катализирующие образоваяяе свямй С вЂ” С. Например: 6.4.1.2. Ацетил-СоА:СО, лнгаза (АОР) 1ацетилСоА — карбоксилаза1 АТР + Ацетил-СоА + СО, = АОР + Р, + Малонил-СоА. Многие ферменты оказывают каталитическое действие на субстраты только в присутствии специфического термостабильного низкомолекулярного органического соединения — кофермента. В таких случаях холофермевт (каталитически активный комплекс) состоит из апофермента (белковая часть) и связанно~о с ним кофермента.
Кофермент может быть связан с апоферментом ковалентными или неко вален тными связями. Термин «простетическая группа» относится к ковалентно связанному коферменту. К числу реакций, требующих присутствия коферментов, относятся окислительно-восстановительные реакции. реакции переноса групп и изомеризации, а также реакции конденсации (по системе ШВ это классы 1, 2, 5 и б). Реакции расщепления, например гидролитические реакции, катализируемые пищеварительными ферментами, протекают в отсутствие кофермента (по системе ШВ это классы 3 и 4).
Коферменты как вторые субстраты Кофермент можно рассматривать как второй субстрат, или косубстрат„по двум причинам. Вопервых, в ходе реакции кофермент претерпевает химические изменения, в точности противоположные изменениям, которые происходят в субстрате. Например, в окислительно-восстановительных дегидрогеназных реакциях молекула субстрата окисляется, а молекула кофермента восстанавливается (рис. 7.1). Подобным же образом в реакциях переаминирования пиридоксальфосфат выступает как второй суб- Рнс.
7 1. Пример окнслитсльно-восстановнтсльной реак- ции, в которой ХА0' выступает в роли косубстрвта. страт в двух сочетанных реакциях и как переносчик аминогруппы между различными а-амино- и акетокисло тами. Вторая причина, по которой кофермент можно считать равноправным участником реакции, заключается в том, что именно его участие может иметь фундаментальное физиологическое значение. Например, работа мышцы в анаэробных условиях сопровождается превращением пирувата в лактат.
Но в этом случае важны совсем не лактат и не пируват: предназначением реакции является превращение 1ЧАОН в ХАО+. В отсутствие ИАО' гликолиз продолжаться не может и анаэробный синтез АТР (а следовательно, и работа мышцы) прекращается. Восстановление пирувата до лактата в аназробных условиях обеспечивает окисление 1ЧАОН в ИАО', необходимый для синтеза АТР. Функцию образования ХАО+ могут выполнять и другие реакции. Значение этого процесса становится очевидным, если перейти от животных к другим формам жизни. У бактерий и дрожжей, растущих в анаэробных условиях, вещества, образующиеся из пирувата, служат окислителями для 1ЧАОН, при этом сами они восстанавливаются (табл. 7.1). Таблица 7.1.
Гистсмы анатробной Рсгспсратии1 1ЧА0- Восстановленный Организмы, ткани ноодухт Мышцы, гомо- ферментатнв- ныемолочнокислые бактерии Этанол Дровоки а-Глицсрофосфат Е. сой Роль коферментов как переносчиков груни на промежуточных стадиях метаболизма Биохимические реакции переноса можно представить в виде Р— О+ А~ А — (3+ Р. Здесь функциональная группа 0 переносится от молекулы донора, Р— С1, на молекулу акцептора А. Кофермент в этом случае может выступать либо как конечный акцептор (в реакциях отщепления водорода), либо как промежуточный переносчик (в реакциях переаминирования). Эту вторую функцию можно проиллюстрировать следующим образом: О-С СоЕ А-О 0 СоЕ-О А На этой схеме показан только один комплекс (СоЕ— О), но может участвовать и несколько таких промежуточных комплексов. Если переносимой группой является атом водорода, то обычно указывают лишь левую полуреакцию: о-н СоЕ о СоЕ-Н Реакции переноса водорода,.протекающие в живых клетках (табл.
7.1), идут по схеме О-Н СоЕ А-Н Р СоЕ Н А Можно предложить следующую классификацию коферментов: Коферменты, участвующие в переносе любых групп, кроме атомов водорода: Сахарофосфаты СоА.БН Тиаминпирофосфат Пиридоксальфосфат Фолиатные коферменты Биотин Кобамндные (В„) коферменты Липоевая кислота Коферменты, участвующие в переносе атомов водорода: ХАР', МАРР+ РМ)ч„РАР Липоевая кислота Кофермент Я Коферменты — производные витаминов группы В н АМР Витамины группы В входят как составная часть во многие коферменты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
