Міжнародна класифікація та номенклатура ферментів. Класи ферментів.

Номенклатура:

1.Систематична:хімічна назва субстрата; тип реакції, що каталізується; суфікс –аза.

1. Тривіальна: утворюється на основі хімічної назви субстрату з додаванням суфікса –аза.

Класифікація:

Ферменти поділяють на класи згідно з типом реакції, яку вони кталізують, класи поділяють на підкласи, підкласи на підпідкласи:DDD-ї D, в складі яких кожному ферменту відповідає певний номер.

1. Оксиредуктази- каналізують ОВР. До них належать дегідрогенази(р-ції дегідрування), оксидази(окислюють субстрати приєднанням кисню), цитохроми (переносники електронів)

2. Трансферази- каналізують реакції міжмолекулярного переносу хімічних груп (аміно-, метил-, ацил-, фосфо-, глікозил-трансферази)

3. Гідролази – каналізують р-ї гідролізу, розщеплення субстратів за участю водиґ(естерази, пептидази, протеази, глікозидази)

4. Ліази – р-ї розщеплення ковалентних зв’язків між атомами C, O, N, S, негідролітичним звязком.(декарбоксилази, альдолази, дегідратази)

5. Ізомерази – р-ї ізомеризації субстратів(рацемази, епімерази)

6. Лігази(синтетази) – р-ї синтезу біомолекул, утв. Нових хім. Зв’язків за рахунок енергії АТФ.

Хімічна структура ферментів: будова ферментних білків, олігомерні білки-ферменти. Функц. Ферментні системи.(гонський стр. 90)

За хімічноютими структурою ферменти є простими білками або складними. Апофермент- білкова частина білка ферменту, кофермент – небілкова частина. Холофермент – повна назва скл. Ферменту.

Олігомерні білки ферменти.

Олігомерні ферменти складаються з декількох протомерів, сполучених не ковалентними зв’язками.Найбільш розповсюджені містять 2, 4 і 6 протомерів.

У клітині деякі ферменти утворюють мультиензимні комплекси, що каналізують послідовності спряжених біохімічних реакцій. Такі комплекси складаються з декількох десятків фізично асоційованих білків-ферментів, кожен каталізує певну реакцію.Розрізняють:

1. Розчинні мультиензимні комплекси.

2.Мультиензимні комплекси, ферменти в яких сполучені не ковалентними зв’язками.

3.Мембраннозвязані мультиензимні комплекси.

Кофактори та коферменти. Структурна характеристика, властивості

Поняття «кофермент» було введено Габріелем Бертраном (GabrielBertrand, 1867-1962) у 1897 році, який вивчав дію ферменту лактази і з’ясував, що цей фермент стає більш активним за наявності іонів марганцю.

Кожний складний фермент в активному центрі має специфічну ділянку для зв’язування коферменту – кофермент, що зв’язує домен. Приблизно 50% усіх відомих ферментів містять коферменти. Коферменти є важливою складовою ферментів, яка має високу хімічну активність при каталітичному перетворенні субстрату в продукт. Тому наявність у реакційному середовищі коферменту в необхідній структурній формі також впливає на швидкість ферментативного процесу.

Усі коферменти можуть бути класифіковані залежно від хімічної природи, типу реакції, яку вони каталізують, класу ферментів, до складу яких вони можуть входити.

Класифікація коферментів за хімічною природою:

1) невітамінні;

2) вітамінні;

3) вітаміноподібні.

До невітамінних коферментів належать: гем, глутатіон, нуклеотиди.

Гем. Структурною основою гему є протопорфірин IX, який складається з 4 пірольних кілець, які з’єднанні метиновими містками. До складу гему входить іон металу зі змінною валентністю (залізо або мідь), тому він може брати участь в окисно-відновних реакціях – віддавати та приймати електрони:

Гем, наприклад, входить до складу цитохромів мітохондрій, які транспортують електрони із субстратів на кисень і створюють умови для синтезу АТФ. Крім того, гемвмісними ферментами є каталаза та пероксидаза:.

Глутатіон – це трипептид, який містить SH-групу (однин з амінокислотних залишків – цистеїн). Ця група може брати участь у транспорті атомів водню і приєднанні молекул субстратів. Саме тому глутатіон входить до складу ферментів антиоксидантної системи клітин (глутатіонредуктаза та глутатіонпероксидаза) та бере участь у реакціях кон’югації при знешкодженні чужорідних сполук (глутатіон-S-трансфераза).

Нуклеотиди ( АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ, ТТФ) беруть участь у транспорті фосфатних груп при утворенні активних форм деяких сполук (глюкозо-6-фосфату, УДФ-глюкуронової кислоти, УДФ-холіну та ін.), які необхідні для синтезу більш складних молекул (глікогену, кон’югатів,фосфоліпідів та ін.).

До вітаміноподібних коферментів належать: ліпоєва кислота, коензим Q, хінонові коферменти, карнітин та ін.

Ліпоєва кислота бере участь у реакціях окисного декар-боксилювання і входить до складу таких мультиферментних комплексів, як піруватдегідрогеназа і α-кетоглутаратдегідро-геназа.

Коензим Q – жиророзчинний кофермент, який може транспортувати електрони та протони і тому бере участь у окисно-відновних реакціях при роботі дихального ланцюга мітохондрій (робота цього ланцюга необхідна для синтезу енергії у клітині).

Хінонові коферменти (топахінон, триптофан-триптофілохінон та ін.) утворюються при конденсації глутамату та тирозину; беруть участь у транспорті атомів водню. Ці коферменти є складовою моноамінооксидази (МАО), гістаміназ тощо.

Карнітин необхідний для транспорту жирних кислот у мітохондрії для подальшого їх окиснення та продукції АТФ.

До вітамінних коферментів належать похідні водороз-чинних вітамінів. У наступній таблиці (табл. 4) наведені приклади деяких вітамінів, їх коферментних форм та функція:

Класифікація коферментів за механізмом дії:

1) переносники атомів водню,протонів, електронів;

2) переносники окремих хімічних груп.

Механізми дії ферментів: гіпотеза ферментативного каталізу Е. Фішера, Д. Кошленда.

Гіпотеза Е. Фішера – «ключ і замок», в основі специфічності за цією гіпотезою лежить жорстка просторова відповідність, субстрату, і активного центру ферменту. Гіпотеза Д. Кошленда – індукована адаптація ферменту до субстрату, згідно з нею конфігурація ферменту і його активного центру є гнучкою і еластичною, що змінюється під впливом субстрату, тобто субстрат індукує у ферменті конфігурацію молекул відповідно до власної структури.

Механізм дії ферментів: молекулярні механізми ферментативного каталізу.

Хімотрипсин належить до серинових протеаз, тобто в активному центрі ферменту амінокислотний залишок серину відіграє важливу роль у каталітичному перетворенні молекули субстрату. Цей фермент каталізує гідролітичне розщеплення пептидних зв’язків, які утворені амінокислотами Тир, Фен, Трп.

Механізм дії хімотрипсину ілюструє поєднання таких молекулярних механізмів дії, як кислотно-лужний та ковалентний каталіз та включає декілька стадій, які описані нижче.

Етапи ферментативного каталізу хімотрипсину:

1) імідозольна група Гіс⁵⁷ відтягує на себе електронну щільність від –ОН групи Сер¹⁹⁵. Це полегшує атаку пептидного зв’язку молекули субстрату -ОН групою серину:

2) розщеплення пептидного зв’язку, вивільнення 1 продукту реакції та утворення проміжного нестабільного ковалентно зв’язаного комплексу – ацилферменту:

3) атом азоту, що входить до імідозольної групи Гіс⁵⁷, взаємодіє з молекулою Н₂О, яка депротонується і утворює нуклеофільний гідроксид-іон. Саме цей іон атакує ефірний зв'язок в ацилферменті:

4) ефірний зв'язок в ацилферменті розщеплюється, тобто відбувається деацилювання, після чого вивільняється другий продукт реакції:

Після того як другий продукт реакції виходить з активного центру відбувається, регенерація ферменту, і він знову може каталізувати гідроліз наступного субстрату.

Аналогічний механізм дії характерний для ацетилхолін-естерази – ферменту, який гідролітично розщеплює ацетилхо-лін. Цей фермент в активному центрі містить Гіс, Сер, Тир, які беруть участь у формуванні ацилферменту, його розщепленні з утворенням продуктів реакції та регенерації структури активного центру після реакції. Тобто в основі дії ацетилхолінестерази лежать два основних молекулярних механізми – ковалентного та кислотно-лужного каталізу