Классификация и номенклатура ферментов

Современные классификация и номенклатура ферментов разработаны Комиссией по ферментам Международного биохимического союза и утверждены на V Международном биохимическом конгрессе в 1961 г. в г. Москве.

В основу классификации легли три принципа:

1. Химическая природа фермента.

2. Химическая природа субстрата, на который действует фермент.

3. Тип катализируемой реакции.

Ферменты делят на шесть классов.

СООН СООН ½ ½ НО – С – Н малатдегидрогеназа С = О ½ + НАД+ ----------------------------à ½ + НАДН + Н+ Н – С – Н ß--------------------------- СН2 ½ ½ СООН СООН L – малат оксалоацетат

1. Оксидоредуктазы- ферменты, катализирующие реакции окисления-восстановления:

Аэробные дегидрогеназы, или оксидазы, катализируют перенос протонов (электронов) непосредственно на кислород;

Анаэробные дегидрогеназы ускоряют перенос протонов (электронов) на промежуточный субстрат, но не на кислород.

Наиболее распространены оксидоредуктазы, содержащие в качестве кофактора никотинамидадениндинуклеотид (НАД⁺), либо никотинамидадениндинуклеотидфосфат(НАДФ⁺). Их называют пиридинферментами.

Коферментами оксидоредуктаз являются также флавопротеины (ФП) – флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Подобные ферменты получили название флавиновых дегидрогеназ.

2. Трансферазы - ферменты, катализирующие реакции межмолекулярного переноса различных атомов, групп атомов и радикалов.

Фосфотрансферазыкатализируютперенос остатка фосфорной кислоты. Донором фосфатных остатков в большинстве случаев является АТФ. Фосфорные эфиры органических соединений обладают повышенной химической активностью. Реакция фосфорилирования глюкозы катализируется гексокиназой или АТФ,D-глюкоза-6-фосфотрансеразой:

Протеинкиназыпереносят остаток фосфата с АТФ на белки,изменяя их биологическую активность.

Аминотрансферазыускоряют реакцию переноса аминогруппы с аминокислоты на a-кетокислоту:

аспарагиновая α-кетоглутарат оксалоацетат глутаминовая

кислота кислота

Гликозилтрансферазыкатализируют реакции переноса гликозильных остатков; ацилтрансферазы– реакции переноса ацилов (остатков карбоновых кислот).

3. Гидролазыкатализируют расщепление внутримолекулярных связей органических веществ при участии молекулы воды.

СН2 – О – СО – С15Н31 СН2 – ОН ½ липаза ½ СН – О – СО – С15Н31 + 2НОН ---------à СН – О – СО – С15Н31 + 2С15Н31СООН ½ ß-------- ½ пальмитиновая СН2 – О – СО – С15Н31 СН2 – ОН кислота трипальмитин b-пальмитилглицерин

Эстеразыкатализируют гидролиз сложных эфиров спиртов с органическими и неорганическими кислотами. Например, липазаускоряет гидролиз триацилглицеринов (жиров):

Фосфатазыгидролизуют фосфорные эфиры:

Г-1-Ф + Н₂О Г + Н₃РО₄

Гликозидазыкатализируют гидролиз гликозидов. Амилаза расщепляет гликозидные связи в молекулах крахмала.

Пептидгидролазыускоряют гидролиз пептидных связей в белках и пептидах.

4. Лиазы- ферменты, катализирующие разрыв связей С—О, С—С,
С—N и других, а также обратимые реакции отщепления различных групп от субстратов негидролитическим путем. Эти реакции, как правило, сопровождаются образованием двойной связи и выделением таких простейших продуктов, как СО₂, H₂O, NH₃ и т. д..

Декарбоксилазы относятся к углерод-углерод-лиазам:

Некоторые лиазы ускоряют реакции не только отщепления, но и присоединения.

5. Изомеразы- ферменты, катализирующие взаимопревращения структурных, оптических и геометрических изомеров.

Мутаротазаускоряет реакцию превращения α-D-глюкопиранозы в
β-D-глюкопиранозу:

6. Лигазы (синтетазы) - ферменты, катализирующие синтез органических веществ из двух исходных молекул с использованием энергии АТФ либо других веществ:

пируваткарбоксилаза

СН₃-СО-СООН + СО₂ + АТФ ----------------------------àНООС-СН₂-СО-СООН + АДФ + Р_i.

пировиноградная оксалоацетат

кислота

Международная комиссия подготовила Классификацию ферментов (КФ).Код каждого фермента содержит четыре цифры, разделенные точками. Первая цифра указывает номер класса, вторая означает подкласс и характеризует вид субстрата (у трансфераз указывает на природу переносимой группы, у гидролаз - на тип гидролизуемой связи). Третья цифра уточняет природу участвующих в реакции соединений или групп. Четвертая цифра – номер фермента в данном подподклассе. В подподклассе ферменты располагаются по алфавиту. Пример: пепсин – пептид-пептидогидролаза;
КФ 3.4.4.1.

ФЕРМЕНТЫ В МЕДИЦИНЕ

Ферменты применяют как лечебные препараты(таблица 2):

- при их отсутствии или недостатке (наследственном или приобретенном);

- для специфического разрушения некоторых продуктов обмена.

Таблица 2. Использование ферментов как лечебных препаратов

Фермент	Использование
Пепсин	Нарушение переваривания белков в желудке
Уреаза	Удаление мочевины из организма в аппаратах «искусственная почка»
Гиалуронидаза	Рассасывание рубцов
Стрептокиназа, урокиназа	Предотвращение тромбообразования при операциях

Ферменты используют в клинике в качестве аналитических реактивов (таблица 3). Для анализа часто применяются иммобилизованные ферменты, которые искусственно связаны с нерастворимым в воде носителем, что повышает стабильность белковых катализаторов.

Таблица 3. Использование ферментов как аналитических реагентов

Фермент	Использование
Глюкозооксидаза	Определение концентрации глюкозы в крови
Липаза	Определение концентрации триацилглицеридов в крови
Холестеролоксидаза	Определение холестерина в крови

Анализ кинетики появления и исчезновения ферментов в сыворотке крови используется в диагностике.

Состав ферментов и их распределение в тканях у взрослого человека в основном постоянен и может измениться при болезнях. Почти все ферменты организма функционируют внутриклеточно. При повреждении тканей внутриклеточные ферменты появляются в сыворотке крови. При воспалительных процессах повышается проницаемость клеточных мембран и в сыворотку крови попадают цитоплазматические ферменты. Некроз ткани сопровождается разрушением всех клеточных структур, и в сыворотке могут быть обнаружены митохондриальные, ядерные и другие ферменты. Такие ферменты называют индикаторными.

Появление в плазме или сыворотке крови ряда тканевых ферментов в повышенных количествах характеризует функциональное состояние различных органов и их поражение (таблица 4).

Таблица 4. Использование ферментов в диагностике

Заболевание	Фермент
Инфаркт миокарда	креатинкиназа, АсАТ, ЛДГ-1
Вирусный гепатит	АлАТ, АсАТ, глутаматдегидрогеназа
Заболевания поджелудочной железы	a-амилаза
Заболевания печени	АлАТ, g-глутамилтрансфераза

Энзимопатии (синоним ферментопатии) - общее название болезней, развивающихся вследствие отсутствия или снижения активности тех или иных ферментов. В силу взаимозависимости метаболических путей дефект одного фермента часто приводит к целому ряду нарушений в обмене веществ.

Выделяют наследственные и приобретенные энзимопатии.

1. Наследственные энзимопатии связаны с генетически обусловленной недостаточностью одного или нескольких ферментов. Известно более 150 наследственных ферментопатий, для которых установлена сущность генной мутации. Ферментативный дефект приводит к накоплению в организме продуктов обмена веществ, нарушающих функцию тех или иных органов, что обусловливает появление клинических признаков болезни. К энзимопатиям относятся фенилкетонурия, гликогенозы, хондродистрофия, гемофилия и т.д.