Номенклатура и классификация

Все ферменты разде­лены по их действию на 6 классов (табл.7.1).

1-й класс. Оксидоредуктазы. Катализаторы окислительно-восстановительных реакций. Пример: каталаза, пероксидаза, дегидрогеназы, оксигеназы.

2-й класс. Трансферазы - катализаторы переноса отдельных групп с одной молекулы субстрата на другую, например: трансаминазы, метилтрансферазы и др. Среди трансфераз особо выделяют

3-й класс..

4-й класс. Лиазы катализируют разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов.

5-й класс. Изомеразы ускоряют всевозможные структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата (реакции изомеризации). Например, фосфоглюкоизомераза и фосфоглицератизомераза в гликолизе.

6-й класс. Лигазы, или синтетазы

Будучи катализаторами, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакции, поэтому, например, лиазы способны катализировать и обратную реакцию — присоединение по двойным связям.

Каждый класс ферментов разделен на подклассы. В подклассе могут быть подподклассы. В подподклассе отдельным Например, трипсин относится к классу гидролаз 3, подклассу пептидгидролаз 4, подподклассу сериновых протеиназ 21, порядко­вый номер в подподклассе 4. Следовательно, шифр трипсина 3.4.21.4.

Таблица 1 - оптимум рН активности ферментов

Фермент и субстрат	Оптимум рН	Фермент и субстрат	Оптимум рН
Пепсин		Трипсин
Яичный альбумин	1,5	Бэнзоиларгининамид	7,7
Гемоглобин	2,2	Этиловый эфир бензоиларгининамида	7,0
Пируваткарбоксилаза
Пируват	4,8	Щелочная фосфатаза
Фумараза		Глицеро-3-фосфат	9,5
Фумарат	6,5	Аргиназа
Малат	8,0	Аргинин	9, 7
Каталаза
Перекись водорода	7,6

Рисунок 4 - взаимодействие каталитического центра химотрипсина с субстратом

Химотрипсиновый катализ напоминает катализ щелочью. Роль основания здесь выполняют гидроксил серина и имидазол гистидина, являющиеся вместе основаниями, т.к. являются донорами электронной пары.

Чтобы понять механизм химотрипсинового катализа, надо иметь в виду, что во-первых, пептидная связь прочная, она на 40% двойная. Разрыв ее происходит в тот момент, когда вокруг углерода пептидной связи все валентные связи одинарные: тетраэдрическая конфигурация.

Во-вторых, компоненты активного центра химотрипсина: имидазол гистидина, карбоксильная группа аспарагиновой кислоты и гидроксил серина, находящиеся в полипептидной цепи далеко друг от друга, в третичной структуре располагаются рядом и связаны между собой электронной цепочкой. Электроны движутся от гистидина через аспарагиновую кислоту к гидроксилу серина, где наблюдается избыток электронов (рис.4).

И, в-третьих, после разрыва пептидной связи образуется 2 продукта: ацильный и аминный.

Последовательность событий в химотрипсиновом катализе следующая.

1. На пер­вой стадии после закрепления субстрата на активном центре фермента пептидная связь атакуется электронами серина.

2. В результате атаки валентные связи карбонильного углерода в пептиде приобретают тетраэдрическую конфигурацию, пептидная связь ослабляется и разрывается. До момента разрыва фермент и субстрат некоторое время находятся вместе в виде фермент-субстратного комплекса.

3. После разрыва связи из комплекса высвобождается аминный продукт реакции. Ацильный компонент субстрата остается связанным с ферментом сложноэфирной связью. Это соединение называется ацилферментом - это феpмент-продуктный комплекс.

4. На второй стадии катализа ацилфермент атакуется электронами воды и высвобождается ацильный продукт реакции. После этого фермент приобретает исходное состояние.

В рассмотренной модели катализа, предложенной Д. Блоу, все решает актив­ный центр. Об остальной части громадной молекулы фермента нет речи. Очевидно, это не так. Согласно представлениям Д. Кошланда, вся молекула белка-фермента способствует катализу. После того, как субстрат прочно зафиксирован на фер­менте, незначительные сдвиги в третичной структуре всей молекулы белка (фер­мента) приводят к существенным изменениям в районе активного центра. И ката­лизируемая связь разрывается. Гипотеза Д. Кошланда называется гипотезой "дыбы".

В конце XIX века Э. Фишер, изучая специфичность ферментов, показал, что субстрат подходит к ферменту, как «ключ к замку», т.е. обнаружил явление стереоспецифичности.

Согласно Д. Кошланду, фермент соответствует субстрату, как «рука перчатке». Име­ется в виду факт изменения третичной структуры фермента при взаимодействии с субстратом.