Классификация ферментов

Гидролазы-белки  с мол. м. от 10-15 тыс. до 200-300 тыс. Они  проявляют свою каталитич. активность, как правило, в отсутствие к.-л. кофакторов; лишь в нек-рых случаях необходимы ионы металлов-гл. обр. Zn2+ , Co2+ , Ca2+ , Mg2+ . Для небольшого числа гидролаз известна первичная, а для нек-рых и пространств. структура молекулы (напр., для лизоци-ма, пепсина, трипсина, химотрипсина). Отмечено значит. сходство структуры ферментов одного подкласса, особенно в области активного центра. Так, мн. протеиназы имеют в активном центре одинаковую последовательность аминокислот: Gly Asp Ser Gly Gly Pro (обозначения см. в ст. Аминокислоты). Близкое строение имеет и активный центр ряда эстераз.  

Каталитически активными группами в гидролазах являются: группа ОН остатка серина в химотрипсине, панкреатич. липазе, щелочной фосфатазе, аспарагиназе и др.; группа SH остатка цистеина, напр. в папаине; группа СООН остатков аспарагиновой и глутаминовой к-т в пепсине, лизоциме, карбоксипептидазе и др.; имидазольная группа остатка гистидина, напр. в рибонуклеазе, глюкозо-6-фосфатазе. Эти группы могут функционировать как нуклеоф. катализаторы, образуя с субстратом ковалентное промежут. соед., или как кислотно-основные катализаторы, способствуя отщеплению протона от молекулы Н2О, атакующей расщепляемую связь, и протонируя уходящую группу субстрата. Атомы металла в металлсодержащих гидролазах поляризуют расщепляемую связь, включая в свою координац. сферу молекулу Н2О, способствуя ее ионизации. Активность гидролаз подавляется многими специфич. ингибиторами. Так, сериновые протеиназы и эстеразы инактивируются фосфорорг. соед. (напр., диизопропилфторфосфатом, зарином, зоманом), тиоловые гидролазы - реагентами на SH-группу (напр., N-этилимидом малеиновой к-ты), металлсодержащие ферменты - хелатообразующими реагентами (напр., этилендиаминтетрауксусной к-той).  

Гидролазы находят  применение в пром-сти, медицине и  с. х-ве, напр. для получения сахарных сиропов из крахмала и целлюлозы, осветления и стабилизации соков  и виноматериалов, лечения ожогов, заболеваний желудочно-кишечного тракта, тромбозов. 

4)ЛИАЗЫ, класс  ферментов, катализирующих р-ции,  в результате к-рых происходит  разрыв связи С—С, С—О, С—N или др., сопровождающийся образованием  двойных связей, а также обратные  р-ции - присоединения по двойным связям. Разрыв связи в этих р-циях не сопряжен с гидролизом или с окислит.-восстановит. превращениями. В тех случаях, когда преобладающей является р-ция присоединения, ферменты наз. синтазами (в отличие от синтетаз; см. Лигазы). Подклассы лиаз сформированы по типу расщепляемой связи, подподклассы - по природе элиминируемой в результате р-ции молекулы (СО2, Н2О или др.). Углерод-углерод лиазы катализируют расщепление связи С—С. В этот подкласс входит обширная группа карбокси-лиаз, катализирующих р-цию декарбоксилирования с элиминированием СО2, напр. оксалоацетатдекарбоксилаза, фосфоенолпируват-карбоксикиназа. Для мн. карбокси-лиаз кофакторы, принимающие участие в электроф. катализе декарбоксилирования, - тиаминдифосфат и пиридоксаль-5'-фосфат (см. соотв. Тиамин и Витамин B6). Карбокси-лиазы играют важную роль во мн. превращениях в-в, напр. в процессах гниения. Альдегид-лиазы, или алъдолазы, катализируют альдольную конденсацию и обратную ей р-цию. Эти ферменты играют важную роль в обмене углеводов. Лиазы кетокислот (напр., изоцитрат-лиаза) катализируют гл. обр. синтез ди- и трикарбоновых к-т из двух и более фрагментов. Мн. из них играют важную роль в цикле трикарбоновых к-т и в глиоксилатном цикле. Углерод-кислород лиазы катализируют р.-ции, протекающие с расщеплением связи С—О. В этот подкласс входит группа гидро-лиаз, напр. фумарат-гидратаза и энолаза, катализирующие соотв. обратимые р-ции гидратации фумаровой к-ты с образованием яблочной к-ты и фосфоенолпировиноградной к-ты с образованием 2-фосфо-D-глицерина. Ферменты этой группы с кофактором пиридоксаль-5'-фосфатом катализируют элиминирование a- и b-заместителей L-аминокислот и замещение b-заместителей. Так, L-сериндегидратаза катализирует превращ. L-серина (с участием Н2О) в пировиноградную к-ту, NH3 и Н2О; пиразолилаланин-синтаза - образование из L-серина и пиразола производного аланина, у к-рого атом Н в b-положении замещен на остаток 1-пиразолила. Ферменты этой группы катализируют также распад полисахаридов путем р-ции элиминирования, напр. алъгинат-лиаза деполимеризирует альгиновые к-ты с элиминированием остатков D4,5-D-мануроновой к-ты. Углерод-азот лиазы катализируют расщепление связи С—N. Аммиак-лиазы, напр. аспартат - аммиак-лиаза, осуществляют дезаминированис аминокислот, ведущее к образованию ненасыщ. соединений. Амидин-лиазы, наоборот, катализируют аминирование, к-рое осуществляется взаимод. ненасыщ. к-ты с аминокислотой, напр. аргинина с фумаровой (фермент - аргининосукцинат-лиаза). Углерод-сера лиазы катализируют расщепление связи С—S. У большинства ферментов кофермент - пиридоксаль-5'-фосфат. Эти лиазы (напр., цистатионин-g-лиаза) играют существ. роль в метаболизме серосодержащих аминокислот. Фосфор-кислород лиазы катализируют отщепление пирофосфорной к-ты от нуклеозидтрифосфатов. Сюда входят нуклеотидил-циклазы - аденилатциклаза и гуанилатциклаза. Ферменты важны для регуляции клеточной активности. Существует еще неск. подклассов лиаз , к-рые представлены небольшим кол-вом ферментов. Сюда можно отнести углерод - галоген лиазы (напр., ДДТ-дихлоргидраза), феррохелатазу, катализирующую присоединение ионов Fe к молекуле гема, и др. 

5)ИЗОМЕРАЗЫ,  класс ферментов, катализирующих  р-ции изомеризации. Подклассы изомераз (их пять) сформированы по типам  р-ций, а подподклассы по типам  субстратов. Рацемазы и эпимеразы катализируют соотв. рацемизацию и эпимеризацию в-в. Субстраты рацемаз содержат один хиральный центр, эпимераз несколько. У исследованных рацемаз a-аминокислот кофермент пиридоксальфосфат.

 Рацемизация  a-аминокислоты обусловлена обратной р-цией нестереоспецифич. присоединения Н+ к атому С, связанному с R. Рацемазы аминокислот играют существенную роль у бактерий, синтезирующих из L-изомеров D-аланин и D-глутаминовую к-ту, необходимые для синтеза пептидогликанов. Среди др. изомераз, катализирующих превращения аминокислот, хорошо изучена диаминопимелинатэпимераза, катализирующая превращение 2,6-L,L-диаминопимелиновой к-ты в мезо-форму. В группе эпимераз, катализирующих превращения углеводов, наиб. изучена альдоза-1-эпимераза, участвующая во взаимопревращении a- и b-моносахаридов, а также уридиндифосфатглюкоза-4-эпимераза, катализирующая эпимеризацию углевода в положении 4 с образованием уридиндифосфатгалактозы. Одна из важных р-ций эпимеризации - мутаротация глюкозы, катализируемая мутаротазой животных. цис-транс-Изомеразы катализируют изомеризацию при двойных связях. Так, малеинатизомераза катализирует превращ. малеиновой к-ты в фумаровую. Внутримол. оксидоредуктазы катализируют окисление одной части молекулы с одновременным восстановлением другой части. Нек-рые из этих изомераз используют в качестве кофермента восстановленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН). Поскольку в результате р-ции не образуются окисленные продукты, эти ферменты не причисляются к классу оксидоредуктаз. К изомеразам этой группы относятся ферменты, катализирующие взаимопревращения альдоз и кетоз.

К этой же группе относятся ферменты, катализирующие кетоенольные превращ.

Внутримол. трансферазы  катализируют перемещение групп  из одного положения молекулы в другое. Относительно хорошо изученный фермент этой группы фосфоглицерат-фосфомутаза, к-рая катализирует превращ. D-глицерин-2-фосфата в D-глицерин-3-фосфат. Механизм р-ции включает гидролитич. расщепление фосфоэфирной связи в положении 2 с образованием фосфорилированного фермента и фосфорилирование глицерина в положение 3 ("пинг-понг"-механизм). Ряд ферментов этой группы катализирует перемещение аминогрупп. Мн. из них в качестве кофактора используют коферментные формы витамина В12. Характерный фермент этой подгруппы - лизин - 2,3-аминомутаза, катализирующая превращение L-лизина в L-3,6-диаминогексановую к-ту. К этой же группе относятся ферменты, катализирующие перемещение ацильной и др. групп. Внутримол. лиазы катализируют р-ции, в к-рых группа, отделяемая от одной части молекулы, остается в результате превращений ковалентно связанной с др. частью этой же молекулы. Все изомеразы играют важную роль в обмене в-в. 

6)расщеплением  пирофосфатной связи в молекуле  нуклеозидтрифосфата (НТФ) - обычно  АТФ, реже гуанозин-или цитозинтрифосфата. Подклассы лигаз (их пять) сформированы по типам связей, к-рые образуются в результате р-ции, а подподклассы - по типам субстратов. К лигазам, катализирующим р-ции, в к-рых образуются связи С—О, относятся аминоацил-тРНК-синтетазы, катализирующие ацилирование транспортных РНК соответствующими аминокислотами. Образование связи С—S катализируют ферменты, участвующие в синтезе ацильных производных кофермента А (см. Пантотеновая кислота). К ферментам, участвующим в образовании связи С—N, относятся амидсинтетазы (катализируют образование амидов из к-т и NH3 или аминов, напр. глутаминсинтетаза), пептидсинтетазы (катализируют образование пептидной связи, напр. L-глутамилцистеинсинтетаза), цикло-лигазы (катализируют образование гетероциклов, содержащих в кольце атом N, напр. фосфорибозиламиноимидазол - синтетаза) и нек-рые другие. Р-ции, в результате к-рых образуется связь С—С, катализируют карбоксилирующие ферменты, содержащие в качестве кофактора биотин, напр. пируваткарбоксилаза. Ряд лигаз (напр., полидезоксирибонуклеотид-синтетаза) катализирует образование фосфодиэфирных связей в нуклеиновых к-тах (т. наз. репарирующие ферменты). В сопряженной р-ции гидролиз пирофосфатной связи может осуществляться между a- и b- или b- и g-фосфатными группами:

В р-ции X и Y - субстраты, НДФ и НМФ - соотв. нуклеозиддифосфат  и нуклеозидмонофосфат, Ф и ПФ - соотв. фосфорная и пирофосфорная  к-ты. Для лигаз , у к-рых в сопряженной  р-ции АТФ гидролизуется до аденозинмонофосфата (АМФ) и пирофосфата, предложен механизм, согласно к-рому в качестве интермедиата образуется ацил-АМФ; в этом случае АТФ реагирует непосредственно с субстратом X или Y. Нек-рые лигазы (напр., L-глутамилцистеинсинтетаза) функционируют по механизму трехстадийного переноса, для к-рого характерно образование ковалентного промежут. производного фермента:  

Е + АТФ : Е—Ф + АДФ;  

Е—Ф + X : Е—X + Ф;  

Е—X + У : X—У + Е 

Е - фермент, АДФ - аденозиндифосфат. Катализируемые лигазами р-ции играют важную роль в биосинтезе и функционировании всех организмов.