Типичные реакции метаболизма

и классификация ферментов.

Известно более 10 тысяч ферментов. Чтобы ориентироваться в этом множестве была введена систематика ферментов в соответствии с типами тех реакций, которые они катализируют.

Основные классы ферментов

Класс :Оксиредуктазы

К этому классу относятся все ферменты, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции. Под этим термином понимается реакция, которая сопровождается присоединением электрона (восстановление), отдачей электрона (окисление) или присоединением или отдачей атома водорода. Если в процессе окисления субстрат теряет водород, то фермент такой реакции носит название дегидрогеназа. Эта реакция обратима и фермент обратной реакции называется редуктаза.

дегидрогеназа (окисл.)

редуктаза (восст.)

SH₂ S + H₂

Если непосредственным акцептором отнимаемого от субстрата водорода выступает кислород, то фермент называется либо оксидаза

SH₂ + 1/2 O₂ S + H₂O,

либо, если кислород внедряется в субстрат ─ монооксидаза (гидроксилаза), когда в субстрат внедряется один атом кислорода

HSH + 1/2 O₂ HS-OH

или диоксидаза, когда в субстрат внедряются два атома кислорода

HSH + O₂ HO-S-OH

Переход электрона осуществляют цитохромы:

цитохромоксидаза

a₃(Cu⁺) – e a₃(Cu²⁺)

цитохромредуктаза.

Класс: Трансферазы

Эти ферменты катализируют всевозможные реакции переноса групп или атомов от одного соединения к другому.

Ферменты этого класса переносят аминогруппы (аминотрансферазы), метильные группы (метилтрансферазы), ацетильные группы (ацетилтрансферазы) и др. Например, аминотрансферазы (трансаминазы) переносят аминогруппы аминокислот на кетокислоты. Таким путем достигается эффект последовательной перестройки молекул в процессе обмена веществ.

Если переносится остаток фосфорной кислоты от нуклеозидфосфатов, то такой фермент называется киназой.

Важнейшей чертой процесса переноса является возможность переносить вместе с той или иной группой атомов и энергию, заключенную в химических связях, и тем самым создать условия для работы механизмов, осуществляющих процессы сопряжения различных биохимических реакций, когда энергия, выделяемая в одних реакциях, тут же расходуется на протекание других.

Класс (Гидролазы)

Эти ферменты можно рассматривать как трансферазы, переносящие ту или иную группировку на молекулу воды в реакциях гидролиза углеводов, белков, жиров.

Гидролазы катализируют расщепление связей С-С, С-O, C-N, O-P и ряда других.

R₁ H R₁-H

+

R₂ H R₂-OH

К числу гидролаз относится, в частности, протеазы. Смысл их химической работы заключается в том, что они разрывают пептидные связи между группами CO и NH, входящими в состав белковых молекул, что приводит к разрушению первичной структуры последних:

R₁─CO─NH─R₂ + H─OH → R₁─CO─OH + NH₂─R₂

Легко видеть, что этот процесс можно рассматривать как перенос группы R₁─CO─ на гидроксил ОН, а NH─ на водород Н. К группе гидролаз относятся пепсин, трипсин, химотрипсин и другие, участвующие в процессе пищеварения.

Протеазы проявляют большую активность. Так, 1 г пепсина способен разложить за два часа 25 кг сваренного яичного белка. Однако в организме эти ферменты часто находятся в неактивном состоянии. Неактивные формы называются энзимогенами(«порождающими энзимы»). Активация энзимогена обусловлена отщеплением от белковой молекулы небольшого фрагмента – пептида с относительно малой молекулярной массой, удаление которого делает молекулу фермента способной вступать в промежуточные соединения с субстратом. Это один из способов, которым осуществляется регулирование деятельности ферментов.

Иногда один и тот же фермент способен катализировать гидролиз связей самой разной природы. Так, некоторые протеазы могут даже с большей эффективностью гидролизовать сложные эфиры, выступая как эстеразы(«эстер» - сложный эфир). Важнейшими представителями эстераз являются липазы,ускоряющие гидролиз жиров – их ращепление на жирные кислоты и глицерин. В организме человека и животных липазы, содержатся в соке, выделяемой поджелудочной железой и печенью.

Очень большую роль играют ферменты, вызывающие гидролиз органических соединений фосфорной кислоты, называемыефосфатазами (дифосфатазами), которые регулируют присоединение фосфорной кислоты к различным углеводам или их отщепление. Процессы дыхания и брожения проходят через стадии образования и распада соединений фосфорной кислоты с глюкозой, с помощью которых организму удается использовать энергию, заключенную в углеводах (сахаре и крахмале).

Класс: Лиазы

К ним относятся ферменты, негидролитически разрывающие связи C-C, C-O, C-N,

C-S и некоторые другие путём элиминирования (отщепления) различных молекул с одновременным образованием кратных связей.

В обратной реакции лиазы катализируют присоединие по двойной связи различных молекул (NH₃, H₂О).

Относящиеся к лиазам декарбоксилазыотщепляют карбоксильную группу, альдолазы ускоряют реакции альдольного расщепления.

Лиазы катализируют также и реакции образования новых связей, но без участия АТФ и других соединений с макроэргическими связями. В этом случае их называют синтазами.

Класс: Изомеразы

Ферменты этого класса катализируют реакции изомеризации то есть процессы структурной или пространственной перестройки молекул.

К ним относятсярацемазы, таутомеразы, циклоизомеразы

Рацемазы катализируют взаимный переход оптических изомеров из L-формы в D-форму и обратно, циклоизомеразы – из открытой формы в циклическую