1.3.Классификация ферментов

Как уже говорилось, в настоящее время известно более трех тысяч ферментов. Что бы ориентироваться в этом множестве ферментов была введена систематика ферментативных реакций. Все ферменты делятся на шесть классов. Каждый класс подразделяется на подклассы, подкласс — на подподклассы. Все они имеют свои номера. В пределах подподкласса каждый фермент имеет свой порядковый номер. Таким образом, каждый фермент характеризуется четырьмя числами. Здесь я перечислю классы ферментов, более подробно остановившись лишь на ферментах либо имеющих особо важное биологическое значение, либо широко используемых в исследовательской работе.

1.3.1.Оксиредуктазы

К этому классу относятся практически все ферменты, катализирующие реакции окисления-восстановления. Коферментами таких реакций являются никотинамидадениндинуклеотид (Раздел ), тиаминпирофосфат (Раздел ), флавинмононуклеотид и флавинадениндинуклеотид (Раздел ). Более подробно окислительно-восстановительные реакции мы рассмотрим в главе, посвященной энергетическим процессам.

Особо следует упомянуть фермент, катализирующий диспропорционирование свободного супероксид-радикала, являющегося очень сильным окислителем:

Фермент, называемый супероксиддисмутазой, является металлопротеидом и в зависимости от источника содержит Cu²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺ или Fe²⁺.

1.3.2.Трансферазы

К классу трансфераз относятся ферменты, катализирующие реакции переноса различных групп от молекулы донора к молекуле акцептору, но не являющиеся реакциями гидролиза:

Сюда относятся ферменты, переносящие одноуглеродные фрагменты (кофермент тетрагидрофолат, Раздел ). Очень распространены в клетке реакции метилирования, донором метильной группы в которых служит S‑аденозилметионин (Рис. 5 .25).

Большое число биохимических превращений представляет собой перенос ацильных групп. Как правило, коферментом таких превращений является кофермент А.

Рис. 5.25. S-Аденозил-метионин

Перенос аминогрупп осуществляют пиридоксаль-зависимые ферменты (Раздел ).

Один из самых больших подклассов трансфераз — ферменты, переносящие остаток фосфорной кислоты, так называемые киназы.

1.3.3.Гидролазы

Эти ферменты катализируют реакции гидролиза. Как правило, они не требуют кофермента. Выделим протеазы (гидролизуют белки) и нуклеазы (гидролизуют нуклеиновые кислоты) Среди последних особый интерес представляют специфические эндонуклеазы (так называемые рестриктазы), разрывающие полинуклеотиды по строго определенным последовательностям.

1.3.4.Лиазы

Лиазы катализируют в одном направлении негидролитическое расщепление субстрата с образованием кратной связи, в другом — присоединение к кратной связи. Коферментом этих ферментов является тиаминпирофосфат.

1.3.5.Изомеразы

Катализируют многочисленные реакции изомеризации. Коферментом многих из них является коферментная форма витамина В₁₂ (Раздел ).

1.3.6.Лигазы (синтетазы)

Катализируют реакции конденсации. Кофактором служит биотин. (Раздел ).

1.4.Кинетика ферментативных реакций

Рис. 5.26. Экспериментально измеряемая кривая ферментативного превращения субстрата.

Одними из самых доступных и широко используемых методов изучения ферментов являются кинетические методы исследования ферментативной активности. В подавляющем большинстве случаев экспериментатор знает начальные концентрации фермента и субстрата и может измерить концентрацию продукта в зависимости от времени проведения реакции (Рис. 5 .26). На основании этих данных можно рассчитать скорость ферментативной реакции (тангенс угла наклона касательной к кинетической кривой) и ее зависимость от концентрации фермента. Однако эта кажущаяся величина и ее физический смысл не определен. В связи с этим, она может быть использована для первичного качественного сравнения активности аналогов субстрата или эффективности различных ингибиторов, но не позволяет сделать никаких выводов ни о механизме действия фермента, ни, тем более, о строении активного центра. Придать определенный физический смысл экспериментально полученным параметрам можно лишь в рамках адекватной физической модели. Простейшей моделью простейшей ферментативной реакции является модель Михаэлиса-Ментон.