Классификация ферментов и номенклатура

Первоначально ферментам давали названия, образуемые путем добавления окончания - аза к названию субстрата, на который данный фермент действует. Так, ферменты, гидролизующие крахмал (амилон), были названы амилазами; ферменты, гидролизующие жиры (липос), -липазами; ферменты, гидролизующие белки (протеины), -протеиназами. Позднее ферментам, катализирующим сходные по типу реакции, стали давать название, указывающее тип соответствующей реакции — дегидрогеназы, оксидазы. декарбоксилазы, ацилазы и т.д. Многие из этих названий используются и теперь.

Номенклатура, введенная Международным биохимическим союзом (IUB), на первый взгляд кажется сложной и громоздкой, но зато она является однозначной. Главный ее принцип состоит в том, что ферменты называют и классифицируют в соответствии с типом катализируемой химической реакции и ее механизмом; это существенно облегчает систематизацию данных, относящихся к различным аспектам метаболизма. Основные черты системы, введенной IUB, состоят в следующем.

1.   Реакции и ферменты, которые их катализируют, подразделяются на шесть классов

2. Название фермента состоит из двух частей: первая часть - название субстрата (или субстратов); вторая указывает тип катализируемой реакции и оканчивается на -аза.

3.  Дополнительная информация, если она необходима для уточнения, заключается в скобки. Например, фермент, катализирующий реакцию L-малат + NAD⁺ = Пируват + СО₂ + NADH + Н⁺ имеет номер 1.1.1.37 и называется L-малат: NAD^f оксидоредуктаза (декарбоксилирующая).

4.  Каждый фермент имеет кодовый номер по классификации ферментов (КФ): первая цифра характеризует класс реакции, вторая - подкласс и третья - подподкласс. Четвертая цифра указывает порядковый номер фермента в его подподклассе. Таким образом, КФ 2.7.1.1 означает, что фермент относится к классу 2 (трансфераза), подклассу 7 (перенос фосфата) и подподклассу 1 (акцептором фосфата является спирт). Последняя цифра обозначает фермент гексокиназу, или АТР: D-гексозо-б-фос-фотрансферазу, т.е. фермент, катализирующийперенос фосфата с АТР на гидроксильную группу атома углерода в шестом положении глюкозы.

Классификация ферментов

1. Оксидоредуктазы, ферменты, катализирующие ОВР с участием двух субстратов

Окисление протекает как процесс отнятия атомов Н+ от субстрата, а восстановление – присоединение Н+ к акцептору. В качестве кофермента оксидоредуктазы содержат NAD, NADН, ФМН, ФАД. Самыми типичным оксидоредуктазами являются дегидрогеназы. Дегидрогеназы катализируют реакции, в которых участвуют группы СН-ОН, СН-СН, С=О, СН-NH₂. Некоторые подклассы:

Ферменты, действующие на группу СН-ОН (донор электронов) Например:

1. Алкоголь: NAD+ оксидоредуктаза (алкогольдегидрогеназа)

1.4. Ферменты, действующие на группу СН-NH₂ (донор электронов) Например:

1.4.1.3. L-глутамат: NAD(Р)+ оксидоредуктаза (дезаминирующая). Запись NAD(Р)+ означает, что акцептором электронов может служить либо NAD+, либо NAD(Р)+

Самый распространенный вариант ОВР в клетке состоит в окислении атомов Н, снятых с субстрата, при посредстве цитохромной системы. Цитохромную систему образуют оксидоредуктазы, имеющие в качестве простетических групп железопоррфины. Соединяясь с белками, железопорфины дают начало семейству хромопротеинов или цитохромов. Цитохромы образуют цитохромную систему (b,c,a,a3), которая передает электроны на кислород, который соединяется с водородом, образуя молекулу воды. Из всех цитохромов только цитохром a,a3 передает электроны на кислород, и поэтому он называется цитохромоксидазой.

2. Трансферазы, ферменты катализирующие перенос функциональной группы (ацильных, гликозильных, групп, содержащих серу и фосфор) с одного субстрата на другой

2.3. ацилтрансферазы Например:

2.3.1.6. Ацетил-СоА: холин О-ацетилтрансфераза (холин-ацетилтрансфераза)

2.7. Ферменты, катализирующие перенос группы, содержащей фосфор. Например:

2.7.1.1. АТР: D-гексоза 6-фосфотрансфераза (гексозотрансфераза)

3. Гидролазы, ферменты, катализирующие гидролиз эфирных, сложноэфирных, пептидных, гликозильных связей)

3.1. Ферменты, действующие на сложноэфирные связи. Например:

3.1.1.8. Ацилхолин - ацилгидролаза (псевдохолинэстераза) Ацилхолин + Н₂0 = холин + кислота

3.2. Ферменты, действующие на гликозильные соединения. Например: 3.2.1.23. β-D-Галактозид-галактогидролаза (β-галактозидаза)

β-D-Галактозид + Н₂0 = спирт + D-галактоза

3.4. Ферменты, действующие на пептидные связи. Классификация (с подразделением на 11 подклассов) учитывает различия между пептидазами и протеазами, выделяет ферменты, гидролизующие дипептиды или более крупные пептиды, отщепляющие одну или большее число аминокислот, атакующие связь на С-или N-конце. Протеиназы в соответствии с механизмом катализа подразделяются на сериновые, тиоловые и металлозависимые. Например:

3.4.21. Сериновые протеиназы. Например: химотрипсин, трипсин, плазмин, факторы свертывания крови.

3.4.23. Карбоксильные (кислые) протеиназы. Например, пепсины А, В и С. 4.  Лиазы. Ферменты, отщепляющие группы от субстратов по негидролитическому механизму, с образованием двойных связей. Это ферменты, действующие на связи С-С, С-О, С-N, С-S. 4.1.2. Альдегид-лиазы. Например:

4.1.2.7. Кетозо-1-фосфат-альдолаза (альдолаза)

Кетозо-1-фосфат=дигидроксиацетонфосфат +альдегид.

4.2. Углерод—кислород лиазы. Например:

4.2.1.2.  L-малат-гидролиаза (фумараза)

L-малат=Фумарат+Н₂0 5.  Изомеразы. В этот класс включены все ферменты, катализирующие взаимопревращения оптических, геометрических и позиционных изомеров. Некоторые подклассы:

5.2.  цис/транс-изомеразы. Например:

5.2.1.3.  все-транс-Ретиналъ 11-цис-транс-изомераза (ретинальизомераза) все-транс-Ретшналь=ll-цис-Ретиналь 5.3.  Ферменты, катализирующие взаимопревращение альдоз и кетоз. Например: 5.3.1.1. D-Глицеральдегид-3-фосфаткетол-изомераза (триозофосфатизомераза) D-глицеральдегид-З-фосфат=дигидроксиацетонфосфат.

6. Лигазы, ферменты, катализирующие соединение двух молекул, сопряженное с разрывом пирофосфатной связи АТР. В результате образуются связи С-О,

С-S, С-N и С-С. Некоторые подклассы:

6.3.  Ферменты, катализирующие образование связей С-N. Например: 6.3.1.2. L--Глутамат:аммиак лигаза (ADP) (глутаминсинтетаза)

АТР+L-Глутамат+NH⁺₄=ADP+ортофосфат+L-глутамин 6.4.  Ферменты, катализирующие образование связей С-С. Например: 6.4.1.2. Ацетил-СоА:С0₂ лигаза (ADP) (ацетил-СоА-карбоксилаза) АТР+ацетил-СоА+С0₂=ADP+Рi+малонил-СоА.