Общие принципы номенклатуры и классификации ферментов.

 

В настоящее время известно около трех тысяч химических реакций, катализируемых ферментами. Чтобы ориентироваться в таком разнообразии, необходима систематизированная классификация и номенклатура, которой могли бы пользоваться биохимики всех стран. Основные принципы международной классификации и номенклатуры ферментов были разработаны в 1964 году комиссией по ферментам, созданной при международном биохимическом союзе.

В основу классификации положен тип реакции, катализируемой ферментом. По этому принципу все ферменты разделены на 6 классов. Ферменты каждого класса делят на подклассы, объединяя в них ферменты, действующие на субстраты сходного строения. Подклассы разбивают на подподклассы, в которых уточняют структуру химических групп, отличающих субстраты друг от друга. Внутри подподклассов перечисляют относящиеся к ним ферменты. Таким образом, каждый фермент получает свой кодовый номер, состоящий из четырех чисел, разделенных точками. Например, глутаминаза (L-глутамин-амидогидролаза) имеет номер 3.5.1.2. Первое число обозначает класс, второе – подкласс, третье – подподкласс, четвертое – номер фермента в пределах подподкласса. Такой способ нумерации ферментов позволяет помещать вновь открытый фермент в конце соответствующего подподкласса без изменения нумерации других ферментов. Точно также при выделении новых подклассов и подподклассов их можно добавлять без нарушения порядка нумерации ранее установленных подразделений.

Ферменты имеют систематическое и рабочее название. Систематическое название составляется из двух частей. Первая часть содержит название субстрата или субстратов, вторая – с окончанием «аза» - указывает на природу катализируемой реакции. Дополнительная информация о реакции при необходимости приводится в скобках в конце названия. Систематическое название присваивается только ферментам, каталитическое действие которых полностью изучено.

Рабочее название фермента короче систематического, с минимальной детализацией. В ряде случаев в качестве рабочего может быть использовано тривиальное название фермента. В научных публикациях при первом упоминании о ферменте принято указывать его систематическое название и кодовый номер, а в дальнейщем пользоваться рабочим названием фермента.

Особенности номенклатуры отдельных классов ферментов приводятся в таблице1.

 

 

 

№	Название Класса	Тип реакции и ее схема	Систематическое название фермента	Пример реакции, название фермента
	Оксидо-редуктазы	Окислительно-восстановительная реакция АН2+В = А+ВН2   В – акцептор протонов, коферменты НАД^+, ФАД и др.	Донор: акцептор – оксидоредуктаза	Этанол: НАД^+- оксидоредуктаза     сукцинат: ФАД- оксидоредуктаза
	Гидролазы	Реакция гидролиза А-В+Н2О=А-Н + В-ОН	Субстрат: отщепляемая группа – гидролаза	L-глутамат-амидогидролаза
	Изомеразы	Реакция изомеризации А=А1	Субстрат – изомераза (либо указывают тип реакции Изомеризации)	УДФ-гдюкозо-4-эпимераза

Табл.1. Номенклатура и классификация ферментов

 

 

№	Название Класса	Тип реакции и ее схема	Систематическое название фермента	Пример реакции, название фермента
	Лиазы	Реакция распада А-В=А+В с образованием или разрывом двойной связи	Субстрат: отщепляемая группа – лиаза	L–малат – гидролиаза
	Лигазы	Реакция синтеза органических соединений за счет распада АТФ А+В+АТФ= А-В+АДФ+Ф или А+В+АТФ= А-В+АМФ+Ф-Ф	Субстрат 1: субстрат 2 – лигаза (АДФ) или (АМФ)	L-глутамат: NH3 – лигаза (АДФ)
	Трансферазы	Реакция переноса функциональной группы от одного вещества к другому АХ+В=А+ВХ Х – переносимая группа.	Донор: акцептор – переносимая группа- трансфераза	L-аспартат: a-кетоглутарат – аминотрансфераза

 

 

Углеводы

Классификация углеводов

 

 

 

4.2. Структура моносахаридов.

Формулы Фишера. Гексозы:

D-фруктоза Многоатомный кетоноспирт (кетоза)

D-глюкоза Многоатомный альдегидоспирт (альдоза)

D-галактоза Многоатомный альдегидоспирт (альдоза) оптический изомер глюкозы (диастереоизомер)

 

 

 

Пентозы:

D-рибоза

D-дезоксирибоза

 

Полуацетальный, или гликозидный гидроксил

Формулы Хеуорса:

α-форма D-глюкозы α-D-глюкопираноза

β-форма D-глюкозы β-D-глюкопираноза

β-D- фруктофураноза

 

β-D-рибофураноза

β-D-дезоксирибофураноза

 

Дисахариды.

1. Мальтоза

р-р

водн

полуацетальный гидроксил

α-D-глюкопиранозил (1→4)- α-D-глюкопираноза; α-1,4-гликозидная связь

Обладает восстанавливающими свойствами.

2. Лактоза

водный

р-р

β-D-галактопиранозил (1→4)- α-D-глюкопираноза; β-1,4-гликозидная связь

Обладает восстанавливающими свойствами.

 

3. Сахароза

α-D-глюкопиранозил (1→2)- β-D-фруктофуранозид; α-1,2-гликозидная связь .

или

 

Не обладает восстанавливающими свойствами.

Полисахариды

1. Крахмал. Построен из α-глюкозы. Состоит из полисахаридов двух типов: амилозы (имеет линейное строение), на ее долю приходится 10-20 %; амилопектина (имеет разветвленное строение), 80-90 %.

Амилоза

Молекулы глюкозы соединены α-1,4-гликозидной связью. Растворима в теплой воде и не образует крахмального клейстера. С раствором йода дает синее окрашивание.

Амилопектин

Наряду с α-1,4-гликозидными связями в местах разветвления α-1,6-гликозидная связь. Между точками разветвления 20-25 глюкозных остатков. Йодом окрашивается в фиолетовый цвет.

2. Целлюлоза (клетчатка)

Построена из β-глюкозы.

Имеет линейное, нитевидное строение, с йодом не взаимодействует.

3. Гликоген

Является структурным и функциональным аналогом амилопектина крахмала, но в отличие от амилопектина имеет более разветвленные цепи. Между точками разветвления 8-10 остатков D-глюкозы. С раствором йода дает красно-фиолетовую окраску.

4. Хитин – структурный полисахарид растений (грибов) и беспозвоночных. Состоит из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных между собой β-1,4-гликозидными связями в неразветвленную полисахаридную цепь:

Липиды

Липиды – это сложные эфиры жирных кислот и какого-либо спирта (Н. Грин).

 

Классификация липидов

Четкой и однозначной классификации не существует. Их несколько. Приведем одну из них.

 

 

Простые омыляемые липиды

Это нейтральные жиры и воски. Жиры – наиболее распространенные в природе липиды. По химическому строению – это триацилглицерины (-олы) – сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших монокарбоновых (жирных) кислот:

R1, R2, R3 – радикалы жирных кислот

Во всех природных жирах один и тот же спирт – глицерин, а отличаются они остатками высших жирных кислот. Для обозначения структуры жирных кислот принято использовать упрощенные числовые символы. Первое число – это число углеродных атомов в молекуле жирной кислоты; число после двоеточия – это число двойных связей, а числа в скобках указывают на атомы углерода, при которых располагается двойная связь. Например, числовой код олеиновой кислоты (С Н СООН) – 18:1 (9) означает, что в ее состав входит 18 атомов углерода и имеется одна двойная связь, расположенная между 8 и 9-ым атомами углерода.

Примеры насыщенных жирных кислот:

С Н СООН пальмитиновая 16:0

С Н СООН стеариновая 18:0

С Н СООН арахиновая 20:0

Примеры ненасыщенных жирных кислот:

С Н СООН олеиновая 18:1 (9)

С Н СООН линолевая 18:2 (9,12)

С Н СООН линоленовая 18:3 (9,12,15)

С Н СООН арахидоновая 20:4 (5,8,11,14)

В животных жирах преобладают насыщенные жирные кислоты, а в растительных – ненасыщенные. Триацилглицерины могут содержать остатки высших жирных кислот (простые триацилглицерины) и разные (смешанные триацилглицерины). Например:

Воски – сложные эфиры высших насыщенных и ненасыщенных монокарбоновых кислот и высших одно- или двухатомных спиртов. Спирты и кислоты содержат обычно четное число углеродных атомов (16-36). Например, пчелиный воск имеет формулу:

О

Мирицилпальмиат, мирициловый эфир пальмитиновой кислоты

Н С– (СН ) – С – ОСН – (СН ) – СН

 

1.1 глицерофосфолипиды

Сложные омыляемые липиды

1.

1.2 сфинголипиды

Фосфолипиды

 

1.1. Глицерофосфолипиды. Общим структурным компонентом является фосфатидная кислота:

Примеры глицерофосфолипидов:

фосфатидилхолин

фосфатидилэтаноламин

 

фосфатидилинозит(ол)

фосфатидилсерин

 

Фосфатидилэтаноламин и фосфатидилхолин – главные липидные компоненты мембран клеток. Фосфатидилсерин является предшественником в синтезе этих соединений. Фосфатидилинозит(ол) входит в состав клеточных мембран животных, высших растений, различных микроорганизмов; особенно велико его содержание в миелиновых оболочках нервных волокон.

1.2 Сфингофосфолипиды. Они отличаются от глицерофосфолипидов тем, что содержат вместо глицерина ненасыщенный двухатомный спирт сфингозин:

Самыми распространенными сфингофосфолипидами являются сфингомиелины. Их характеризует наличие фосфохолина или фосфоэтаноламина в полярной голове. Сфингомиелины присутствуют в большинстве мембран животных клеток, особенно много их в миелиновых оболочках определенного типа.

Пример сфингомиелина:

жирная кислота

фосфохолин (полярная голова)

 

2.

2.2 сфингогликолипиды

Гликолипиды

 

 

2.1 Глицерогликолипиды (гликозилдиацилглицерины). В качестве углеводного компонента чаще всего встречается D-галактоза или D-глюкоза.

Гликозилдиацилглицерины содержат один или два остатка моносахарида, связанного с ОН-группой глицерина β-гликозидной связью.

β

Например:

Моногалактозилдиацилглицерин (MГDГ), где R и R1 – остатки высших жирных кислот

 

Дигалактозилдиацилглицерин (DГDГ)

 

Глицерогликолипиды были выделены из листьев растений. В животных тканях не обнаружены.

2.2 Сфингогликолипиды. Содержат в своем составе сфингозин, остаток высшей жирной кислоты и один или несколько остатков углеводов. В зависимости от их числа различают цереброзиды и ганглиозиды. Например, галактоцереброзид имеет формулу:

два гидрофобных хвоста

жирная кислота с длинной цепью

D-галактоза (полярная голова)

 

Галактоцереброзиды содержатся главным образом в мембранах клеток мозга, а глюкоцереброзиды, полярная голова которых представлена D-глюкозой, присутствуют в мембранах других (не нервных) клеток.

Наиболее сложные сфингогликолипиды – ганглиозиды. Их очень крупные полярные головы образованы несолькими остатками сахаров: D-глюкозы, D-галактозы, N-ацетилглюкозамина, N-ацетилнейраминовой кислоты.

Пример ганглиозида:

D-глюкоза

Гидрофобные хвосты

Стеариновая кислота

сфингозин

D-галактоза

D-галактоза

N-ацетил-D-галактозамин

N-ацетилнейраминат

 

Из-за наличия N-ацетилнейраминовой кислоты все ганглиозиды являются кислыми соединениями. Ганглиозиды в больших количествах находятся в нервной ткани. В сером веществе мозга ганглиозиды составляют ~6% мембранных липидов. Они активно участвуют в контроле и регуляции межклеточных контактов рецепции ряда пептидных гормонов и некоторых токсинов.

Неомыляемые липиды

1. Стероиды – жирорастворимые вещества, молекулы которых содержат 4 конденсированных кольца (стеран или циклопентанпергидрофенантрен):

 

A, B, C – конденсированные циклогексановые кольца (пергидрофенантрен), D-циклопентан

Наиболее распространенными стероидами являются стеролы, т.е. стероидные спирты. Основной стерол в животных тканях – холестерин (ол). (С Н О):

Полярная голова

Холестерин и его эфиры с высшими жирными кислотами являются важными компонентами наружных клеточных мембран животных организмов и липопротеинов плазмы крови.

В мембранах растений содержится стигмастерин (ол), который отличается от холестерина 22 и 23 углеродными атомами.