Классы ферментов

Оксидоредуктазы.

Трансферазы (феразы).

Гидролазы.

Лиазы (десмолазы).

Изомеразы и мутазы.

Лигазы (синтетазы).

1. Оксидоредуктазы

Оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции с участием двух субстратов.

S_восст. + S^¢_окисл. = S_окисл + S^¢_восст.

Ферменты катализируют реакции, в которых участвуют такие группы, как СН-ОН, СН-СН, С=О, СН-NН₂, -СН-NН-.

Примеры оксидоредуктаз:

1. Ферменты дыхательной цепи – цитохромы.

2. Каталаза – фермент, катализирующий расщепление Н₂О₂; предохраняет организм от вредного воздействия Н₂О₂.

3. Пероксидаза – фермент, ускоряющий окисление Н₂О и О₂ до Н₂О₂.

4. К оксидоредуктазам относятся дегидрогеназы – ферменты, отнимающие водород от одних органических веществ и передающие другим органическим соединениям (анаэробные дегидрогеназы) или О₂ воздуха (аэробные дегидрогеназы).

Анаэробные дегидрогеназы содержат коферменты НАД (козимаза), НАДФ, аэробные – ФАД.

В клетке окислительные процессы происходят по нескольким механизмам:

1. Окисление по типу отнятия электронов:

A^{n+ электроны} A^m+

2. Окисление по типу отнятия водорода:

_-2Н

А₁ А₂

3. Окисление путем присоединения к субстрату кислорода:

А₁ +О₂ А₂

Оксидоредуктазы подразделяют на дегидрогеназы, оксидазы, оксигеназы. Кроме того, в митохондриях клеток содержится группа ферментов – промежуточных переносчиков электронов дыхательной цепи.

Дегидрогеназы – оксидоредуктазы, которые окисляют субстрат путем отнятия водорода.

Оксигеназы – ферменты, осуществляющие включение одного (оксигеназы) или двух (диоксигеназы) атомов кислорода в молекулу субстрата.

Оксидазы – ферменты, осуществляющие окисление путем передачи восстановительного эквивалента от субстрата, либо на молекулярный кислород, либо на кислород пероксида водорода или органических перекисей. К оксидазам относятся пероксидазы и полифенолоксидазы.

Пероксидазы – ферменты, окисляющие субстрат при помощи пероксида водорода:

Н₂О₂ + АН₂ А + 2 Н₂О₂,

где АН₂, А – восстановленный и окисленный субстраты соответственно.

Субстратами пероксидаз служат фенолы и ароматические соединения.

Пероксидазы – железосодержащие ферменты, гемом которых является феррипротопорфирин IX. Окисление субстратов осуществляется по одноэлектронному механизму. Первой стадией каталитического процесса является образование комплекса между железом фермента и пероксидом водорода. Следовательно, окисление субстрата осуществляется пероксидом водорода, который активирован ферментом.

Е-Н₂О + Н₂О₂ ® Е-Н₂О₂ + Н₂О

соединение 1

Е-Н₂О₂ + АН₂ ® соединение 2 + АН·

соединение 2 + АН· ® Е-Н₂О + А

Пероксидазы широко распространены в растительных тканях. Они находятся в клеточной стенке и пероксисомах. Известно более 20 изоформ пероксидаз с различной активностью. Роль пероксидаз в биохимии и физиологии растений окончательно не выяснена. Пероксидазы наряду с каталазой препятствуют накоплению пероксида водорода в клетке. Пероксидазы выполняют защитную функцию, играют важную роль в онтогенезе растений при патогенезе, противостоянии стрессу, повреждениях.

Пероксидазы участвуют в нейтрализации продуктов вторичного обмена (фенолов), в регуляции гормонального статуса растений через окисление индолилуксусной кислоты, образование этилена из метионина, участвуют в процессах синтеза лигнина в клеточной стенке. Образованные в пероксидазных реакциях активные формы кислорода могут использоваться растениями в защите от патогена. Пероксидазы могут разрушать комплексы, содержащие радионуклеиды, препятствовать их накоплению, это чрезвычайно важно с позиции экологии Севера.

Анализ ферментативной активности пероксидаз проводится фотоколориметрическим методом при длине волны 440 нм, рабочей длине кюветы – 2 см.

Определение активности пероксидазы основано на образовании красно-коричневых окрашенных продуктов при окислении фенола, бензидина, гваякола, катехола и других фенольных соединений.

Общая схема реакции:

Фенол + Н₂О₂ ^{пероксидаза} Хинон + Н₂О

^{красно-корич-}

^{невая окраска}

Полифенолоксидаза – оксидоредуктаза, катализирующая окисление полифенолов.

Определение активности полифенолоксидазы проводится фотоколориметрическим методом при длине волны 590 нм, рабочей длине кюветы 2 см при воздействии на систему пирокатехин-р-фенилендиамин.

Реакция протекает следующим образом:

ОН ОН О О

полифенолоксидаза

+ Н₂О

-2Н +1/2О₂

о-хинон

О О NH₂ NH ОН ОН

+ +

NH₂ NH

О-хинон р-фенилендиамин коричневый пирокахетин

окрашенный

продукт

Полифенолоксидаза содержится в высших растениях и в грибах. Массовая доля меди в данном ферменте составляет 0,2-0,3 %. Например, ее молекулярная масса у грибов равна 34500, а у чайного листа – 144000. Полифенолоксидаза участвует в окислении полифенолов и дубильных веществ, ее действием объясняется потемнение плодов и овощей при сушке, потемнение поверхности разрезанных яблок или картофельного клубня.

Каталаза

Каталаза относится к классу оксидоредуктаз. Биологическая роль каталазы состоит в том, что каталаза разрушает токсичную для животных и растительных клеток Н₂О_2. Н₂О₂ накапливается как рабочий продукт метаболизма.

каталаза

2 Н₂О₂ 2 Н₂О + О₂

Каталаза – двухкомпонентный фермент, состоящий из белка и простетической группы, которая содержит гематин и связывается с белком двумя карбоксилами.

Каталаза локализуется в пероксисомах. Каталаза – быстродействующий фермент. При 0⁰С одна молекула каталазы разлагает до 40000 молекул в секунду. Каталаза ингибируется синильной кислотой.

2. Трансферазы

Трансферазы – ферменты, катализирующие перенос группы от субстрата S на субстрат S^¢:

S – G + S^¢ ® S^¢ - G + S

Ацилтрансферазы – ферменты, переносящие ацильные группы R-СО- (например, ацетил СН₃СО-).

Ацетил-СоА + холин ® СоА + О-ацетилхолин

Алкилтрансферазы – ферменты, переносящие алкильные группы (метилтрансферазы переносят СН₃-, метил).

Фосфотрансферазы – ферменты, преносящие группы, содержащие фосфор.

Гликозилтрансферазы (2.4) – ферменты, катализирующие перенос остатков моносахаридов. К гликозилтрансферазам относятся фосфорилазы. Представителем фосфорилаз является крахмальная фосфорилаза (a-глюканфосфорилаза, 2.4.1.1).

3. Гидролазы

Гидролазы – ферменты, катализирующие процессы гидролиза (гидролиз эфирных, сложноэфирных, пептидных и гликозильных связей, кислотных ангидридов, связей С-С, С-галоида, Р-N.

Гидролазы подразделяются на эстеразы, карбогидразы, протеазы, амидазы, дезаминазы, фосфорилазы.

Эстеразы – ферменты, катализирующие реакции расщепления и синтеза сложных эфиров.

эстеразы

R-СО-О-R₁ + Н₂О R-СООН +R₁ ОН

К эстеразам относятся липазы, танназы, хлорофиллазы, пектинэстеразы (пектазы), фосфатазы, сульфатазы.

Липазы – эстеразы, катализирующие гидролиз и синтез жиров.

СН₂-О-СО-R₁ СН₂-ОН

| |

СН- О-СО- R₂ + 3 Н₂О ^липаза СН-ОН + R₁ СООН+ R₂СООН +R₃СООН

| |

СН₂-О-СО- R₃ СН₂-ОН

Липазы имеют шифр 3.1.1.3.

Танназа – фермент, катализирующий гидролиз таннин (сложного эфира).

Хлорофиллаза – эстераза, катализирующая переэтерификацию хлорофилла.

Фосфатазы ускоряют расщепление и синтез сложных эфиров, образованных спиртами и фосфорной кислотой. Фофатазы подразделяются на фосфатазы неспецифического и специфического действия. Неспецифические фосфатазы катализируют отщепление Н₃РО₄ от фосфорных эфиров, для них характерен широкий диапазон рН (4,5-9,0). К данным фосфатазам относятся рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза, катализирующие распад рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот. Специфические фосфатазы действуют на фосфорные эфиры определенного состава. К ним относится фруктозодифосфатаза, действующая только на фруктозодифосфорную кислоту. Сульфатазы катализируют гидролиз и синтез сложных эфиров серной кислоты.

Карбогидразы – ферменты, катализирующие гидролиз и синтез гликозидов, ди-, три- и полисахаридов.

Карбогидразы подразделяются на олигазы и полиазы. К олигазам относятся a-глюкозидаза, b-глюкозидаза, a-галактозидаза, b-галактозидаза, b-фруктофуранозидаза.

a-Глюкозидаза, мальтаза – фермент, расщепляющий a-глюкозидную связь в дисахаридах и глюкозидах.

Биологическим субстратом для данного фермента являются мальтоза и сахароза.

Содержится в тканях растений, в плесневых грибах, дрожжах, бактериях, в проросшем просяном зерне. Просяной солод применяют как добавку к ячменному солоду при изготовлении мальтозной патоки, так как он богат активной мальтазой.

b-Глюкозидаза – фермент, расщепляющий b-глюкозидную связь в ди- и полисахаридах, b-глюкозидах (целлобиоза, пентибиоза, глюкозиды – амигдалин, арбутин).

a-Галактозидаза – фермент, катализирующий гидролиз a-галактозидов, например, рафинозы и мелибиозы. a-Галактозидаза содержится в пивных дрожжах и в грибном солоде – такадиастазе (ферментном препарате, полученном из плесневых грибов.

b-Галактозидаза (3.2.1.23), или лактаза – фермент, катализирующий гидролиз лактозы на глюкозу и галактозу. b-Галактозидаза (лактаза) содержится в бактериях, плесневых грибах, плодах миндаля, в молочных железах животного организма, в лактозных дрожжах.

b-фруктофуранозидаза (3.2.1.26), сахараза, инвертаза – фермент, катализирующий расщепление сахарозы на глюкозу и фруктозу.

a-Глюкозидаза гидролизует сахарозу у a-глюкозидного С-атома остатка глюкозы, а b-фруктофуранозидаза гидролизует связь у b-глюкозидного С-атома остатка фруктозы. b- фруктофуранозидаза (сахараза) катализирует также гидролизирует рафинозы (триозы) с образованием молекулы фруктозы и молекулы дисахарида мелибиозы.