Оксидоредуктази

Ферменти, які каталізують окисно-відновні процеси. Оксидоредуктази – двокомпонентні ферменти. Функції кофакторів у яких можуть виконувати піридин– (НАД і НАДФ) і флавіннуклеотиди (ФМН і ФАД), залізопорфіринові комплекси (гем) і багато катіонів (Fe³⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Mo²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ та ін.). Хімічні реакції, в яких беруть участь оксидоредуктази, дають можливість клітинам одержувати хімічну енергію у вигляді макроергічних сполук.

Відомо понад 200 оксидоредуктаз. Вони об’єднані в 14 підкласів. За тривіальною номенклатурою ферменти розділяються відповідно до характеру каталітичної дії на дегідрази (відщеплюють від субстрата атоми водню або електрони і переносять їх на інший субстрат), оксидази (акцептором є кисень), гідроксилази (включають у відновлений субстрат один атом кисню) і оксигенази (вводять в субстрат, що окислюється, два атоми кисню).

За систематичною номенклатурою в назві ферменту вказується субстрат-донатор, субстрат-акцептор, слово „оксидоредуктаза” і шифр.

1.1. Оксидоредуктази, які діють на CH–ОН-групу донорів. Залежно від природи акцептора підклас ділиться на чотири підпідкласи. Прикладом, коли акцептором є НАД або НАДФ, може бути фермент спиртового бродіння – алкогольдегідрогеназа (алкоголь:НАД-оксидоредуктаза, КФ 1.1.1.1), що здійснює окислення спиртів з участю НАД і іонів Zn²⁺:

До другого підпідкласу відносяться ферменти, у яких акцептором є цитохром. Зокрема, лактатдегідрогеназа (L–лактат:цитохром С-оксидоредуктаза, КФ 1.1.2.3), яка каталізує окислення лактата з участю цитохрома С і наявності іонів Zn²⁺ як активаторів. Для ряду ферментів акцептором є кисень, зокрема, для гексозооксидази (D-гексоза:O₂-оксидоредуктаза, КФ 1,1.3.5).

1.2. Оксидоредуктази, які діють на альдегідну або кетонну групу донорів. Залежно від природи акцептора підклас ділиться на п’ять підпідкласів (акцептори – НАД або НАДФ, цитохроми, O₂, ліпоєва кислота та інші). Прикладом може бути гліцеральдегідфосфатдегідрогеназа (D-гліцеральдегід-3-фосфат:НАД-оксидоредуктаза (фосфорилуюча), КФ 1.2.1.12):

1.3. Оксидоредуктази, які діють на CH–СН-групу донорів. За участю ферментів даного підкласу CH–СН-групи перетворюються в С=С-групи:

Залежно від природи акцепторів (НАД або НАДФ, цитохроми, O₂, та інші) підклас ділиться на чотири підпідкласи.

Найбільше значення мають ацил-КоА-дегідрогеназа (ацил-КоА:(акцептор) –оксидоредуктаза, КФ 1.3.99.3), що каталізує окислення вищих жирних кислот, і сукцинатдегідрогеназа (сукцинат: (акцептор) – оксидоредуктаза, КФ 1.3.99.1):

1.4. Оксидоредуктази, які діють на CH–NH₂-групу донорів. Ферменти дезамінують аміни і амінокислоти. При цьому аміни перетворюються на альдегіди (або кетони), амінокислоти – в кетокислоти. В тканинах тварин широко поширена глутаматдегідрогеназа (L-глутамат:НАД-оксидоредуктаза (дезамінуюча), КФ 1.4.1.2.):

1.5. Оксидоредуктази, які діють на СН–NH-групу донорів. Ферменти, які каталізують окислення заміщених амінів без виділення аміаку.

1.6. Оксидоредуктази, які діють на відновлені НАД або НАДФ. Для цих ферментів донором водню є відновлені форми коферментів. Наприклад, фермент цистинредуктаза (НАДФ) (НАДФ:L-цистиноксидоредуктаза, КФ 1.6.4.1.) є донором водню для відновлення цистину:

1.7. Оксидоредуктази, які діють на інші азотисті сполуки донорів. До цього підкласу відносять ферменти, які каталізують окислення азоту, аміаку та деяких органічних нітросполук.

1.8. Оксидоредуктази, які діють на сірковмісні групи донорів. Ферменти окислюють тіолові групи до дисульфідних або сульфітів, а сульфіти – до сульфатів. Розрізняють шість підпідкласів залежно від природи акцептора. Загальний принцип дії більшості ферментів такий:

Типовим ферментом підкласу є цистеаміндегідрогеназа (цистеамін:НАД-оксидоредуктаза, КФ 1.8.1.1).

1.9. Оксидоредуктази, які діють на групи гема донорів. Підклас складається з шести підпідкласів. В організмі широко поширена цитохромоксидаза (цитохром С:O₂-оксидоредуктаза, КФ 1.9.3.1), яка окислює цитохром Спри перенесенні електронів на кисень:

4 Фероцитохром С + О₂ = 4 Ферицитохром С + Н₂О

1.10. Оксидоредуктази, які діють на дифеноли і близькі до них сполуки донорів. Ферменти цього підкласу каталізують окислення о - і n -фенолів до відповідних о - і n -хінонів. Сюди належить також фермент аскорбатоксидаза (L-аскорбат:О₂-оксидоредуктаза, КФ 1.10.3.3), яка окислює аскорбінову кислоту до дегідроаскорбінової:

1.11. Оксидоредуктази, які діють на Н₂О₂ як акцептор. Найбільш поширено два ферменти – пероксидаза і каталаза. Їх простетична група представлена гемом. Пероксидаза (донор:H₂O₂-оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.7) каталізує реакцію:

Донор + Н₂О₂ = Окислений донор + Н₂О

Каталаза (Н₂О₂:H₂O₂-оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.6) руйнує пероксид водню, що утворюється в ході окисно-відновних реакцій:

2H₂О₂ ® 2H₂O + O₂.

1.12. Оксидоредуктази, які діють на водень як захисники донора. Акцептором водню в цих ферментах є НАД⁺ або НАДФ⁺, цитохроми або залізосіркопротеїд.

1.13. Оксидоредуктази, які діють на окремі донори з включенням у них молекулярного кисню (оксигенази). Ферменти цього підкласу каталізують реакції включення в свої субстрати одного або двох атомів кисню з О₂. При цьому вони взаємодіють з однією молекулою донора (субстрату). Прикладом є ліпоксигеназа (лінолеат:О₂-оксидоредуктаза, КФ 1.13.11.12). цей фермент каталізує реакції окислення ненасичених жирних кислот (головним чином лінолевої та ліноленової) з утворенням гідроперекисних і перекисних сполук:

1.14. Оксидоредуктази, які діють на пару донорів, каталізуючи включення молекулярного кисню. Ферменти цього підкласу каталізують більш складні реакції, ніж підкласу 1.13. Вони прискорюють реакції, в яких два різних донори водню взаємодіють з О₂.

До наступних підкласів належать оксидоредуктази, які діють на перекисні радикали у вигляді акцептора (1.15), окислюють іони металів (1.16), діють на СН₂-групи (1.17), на відновлений фередоксин у вигляді донора (1.18) і на відновлений флаводоксин у вигляді донора (1.19).