Классификация и свойства ферментов

Ферменты – биологические катализаторы белковой природы. Синтезируются клетками организма. Некоторые клетки могут содержать до 1000 различных ферментов. За последние 50 лет из всех типов организмов удалось выделить 2500 ферментов.

Современная классификация ферментов разработана в 1961 г. Комиссией по ферментам Международного биохимического союза.

Были введены номенклатуры: систематическая и тривиальная. Основные черты систематической номенклатуры состоят в следующем:

1.Ферменты по типу реакций, которые они катализируют, подразделяются на шесть классов, в каждом из которых имеется несколько подклассов (от 4 до 13);

2.Название ферментов состоит из 2 частей: названия субстрата + типа катализируемой реакции + окончания "аза".

Каждый фермент имеет шифр, состоящий из 4 чисел, разделенных точками. Первое число определяет главный класс, второе - указывает подкласс, третье - подподкласс, четвертое - номер фермента в пределах подподкласса. Например, фермент лактатдегидрогеназа обозначается шифром КФ.1.1.1.27 - это значит, что данный фермент отнесен к 1-му главному классу, 1-му подклассу, 1-му подподклассу и занимает в нем порядковый номер 27.

Однако поскольку многие из этих систематических названий оказались очень длинными, каждому ферменту было присвоено тривиальное (рабочее) название, предназначенное для повседневного употребления. Рабочее название состоит из названия субстрата, на который действует данный фермент, указания на тип реакции и окончания "аза".

Все ферменты делятся на 6 классов:

1-й класс: оксидоредуктазы - катализируют окислительно-восстановительные реакции. Процессы окисления могут протекать:

1) с участием кислорода-реакции катализируют ферменты:

оксидазы (кислород не внедряется в субстрат);

SH₂ + 1/2O₂ = S + H₂O

монооксигеназы (гидроксилазы) – внедряется в субстрат один атом кислорода:

HSH + 1/2O₂ = HS–OH

диоксегеназы – внедряется в субстрат два атома кислорода:

HSH+O₂ = HO–S–OH

2) без участия кислорода

дегидрогеназы катализируют дегидрирование (удаление водорода) субстрата:

SH₂ = S + 2H

редуктазы катализируют присоединение водорода к субстрату:

S + 2H = SH₂

цитохромы осуществляют перенос электронов:

a₃(Cu²⁺) + e^- = a₃(Cu¹⁺)

2-й класс: трансферазы – катализируют реакции переноса химических групп. Название ферментов данного класса складываются из названий: субстрата-донора + переносимой группы + "аза". Например, если переносится метильная группа, то к названию субстрата добавляется метилтрансфераза; аминогруппа – добавляется аминотрансфераза; ацильная группа – ацилтрансфераза. Но если переносится остаток фосфорной кислоты от нуклеозидтрифосфатов, то фермент называют - киназа. Например, глюкоза + АТФ = глюкозо-6-фосфат + АДФ. Катализирует данную реакцию фермент глюкокиназа.

3-й класс: гидролазы – катализируют гидролиз сложных соединений с присоединением по кон­цам расщепленной связи остатков воды. Название фермента часто складывается из названия связи, которая гидролизуется и окончания "аза". Например: гидролиз пептидной связи осуществляют пептидазы, гликозидной – гликозидазы, сложные эфиры гидролизуются под действием эстераз. Когда гидролизу подвергаются эфиры фосфорной кислоты: монофосфаты и дифосфаты, то ферменты называют фосфатазы и дифосфатазы соответственно. Например:

глюкозо-6-фосфат + Н₂О = глюкоза + Н₃РО₄; фермент: глюкозо-6-фосфатфосфатаза;

фруктозо-1,6-дифосфат + Н₂О = фруктозо-6-фосфат + Н₃РО₄; фермент: фруктозо-1,6-дифосфатдифосфатаза.

Для некоторых ферментов сохранились тривиальные названия: гидролиз крахмала осуществляет амилаза, липидов – липаза.

4-й класс: лиазы – катализируют все реакции негидролитического расщепления веществ и образование новых связей без участия энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ. Например, если при разрыве связей выделяется углекислый газ, то фермент – декарбоксилаза (при удалении веществ добавляется приставка "де"), удаляется вода - дегидратаза.

RСООН = RН + СО₂; (декарбоксилаза);

RCHOHCHCOOH = RCH = CH – СООН + Н₂О (дегидратаза).

А если происходит присоединение этих веществ, то ферменты карбоксилаза и гидратаза соответственно.

5-й класс: изомеразы - катализируют реакции взаимопревращения изомеров. Например: глюкозо-6-фосфат = фруктозо-6-фосфат; реакция осуществляется под действием фермента: глюкозо-6-фосфатизомераза.

6-й класс: лигазы - катализируют соединение более простых молекул в сложные, сопряженное с распадом АТФ. Для того, чтобы назвать фермент, необходимо к названию продукта реакции добавить - синтетаза. Например:

аминокислота+тРНК+АТФ = аминокислота-тРНК+АДФ; фермент: аминокислота - тРНКсинтетаза.

Свойства ферментов

1.Все ферменты - белковой природы (простые и сложные).

2.Все ферменты – термолабильны, т.е. оптимум действия 0-45 градусов Цельсия.

3.Ферменты специфичны; различают абсолютную и относительную специфичность.

4.Ферменты для своего действия требуют строго определённого значения рН среды.

5.Ферменты обладают высокой каталитической активностью (например, холинэстераза за 1 сек. расщепляет 300000 молекул ацетилхолина).