Специфичность по отношению к реакции

Каждый фермент катализирует одну реакцию или группу реакций одного типа. Часто одно и то же химическое соединение выступает как субстрат для разных ферментов, причем каждый из них, катализируя специфическую для него реакцию, приводит к образованию разных продуктов.

Например:

 

H [О] R C COOH R C COOH+NH3 оксидаза NH2 O     декарбоксилаза   R CH2 + CO2 NH2

Специфичность к типу реакции лежит в основе единой классификации ферментов.

По строению различают: простые ферменты (при гидролизе образуются только аминокислоты), сложные (при гидролизе образуются аминокислоты и добавочные группы.

Белковая часть фермента называется – апофермент, не белковая – кофактор. Прочный природный комплекс апофермента и кофактора, называют холофермент.

Типы кофактора:

а) простетическая группа – прочна связанная с апоферментом не белковая часть, часто связь ковалентная и в качестве не белковой части выступают металлы;

б) кофермент – не белковая часть, легко отделяемая от апофермента, рыхло связанная с ним. Часто коферментами служат витамины.

У каждого фермента имеется активный центр.

 

Активный центр фермента образован:

Простые ферменты: функциональными группами боковых радикалов аминокислот, сближенных в пространстве.

Сложные ферменты: + кофактор.

Примеры функциональных групп активного центра:

NH₂ – лиз OH – сер

COOH – глу, асп SH – цис

Участки активного центра:

- Якорный – для фиксации субстрата;

- Каталитический – обеспечивает катализ.

 

У ряда регуляторных ферментов имеется ещё один центр – аллостерический - это центр, занимающий другое пространственное положение, чем активный центр. Присоединение к этому центру низкомолекулярных веществ – эффекторов ведет к изменениютретичной структуры фермента и области активного центра, что приводит к изменению активность фермента.

Хотя фермент обычно катализирует одну реакцию, в организме имеются белки, которые катализируют схожие реакции. Такие белки, которые обладают способностью катализировать одинаковые реакции, но отличаются физико – химическими и биохимическими параметрами (электрофоретическая подвижность, рН – оптимум, чувствительность к ингибиторам) относят к множественным формам ферментов. Различают два основных вида множественных ферментов. Один вид называют изоферментами – это молекулярные формы ферментов, синтез которых контролируется различными генами, а следовательно, первичные структуры их различны, различаются также по аминокислотной последовательности, молекулярной массе, аминокислотному составу и др. Например, окисление молочной кислоты (лактат) в организме катализирует фермент ЛДГ – лактатдегидрогеназа. Под ЛДГ понимают 5 различных ферментов, которые обозначаются цифрами от 1 до 5 – ЛДГ₁, ЛДГ₂, ЛДГ₃, ЛДГ4, ЛДГ₅. Большое число изоферментов обусловлено субъединичным их строением. Молекула ЛДГ состоит из 4 полипептидных цепей, формирующих четвертичную структуру фермента.

У человека синтезируются две разные по составу ЛДГ – полипептидные цепи, которые позволяют на уровне четвертичной структуры создавать пять различных комбинаций. Это их количество обусловлено наличием двух генетических локусов, которые кодируют синтез 2-х олигомеров субъединицы M (muscle) и субъединицы Н (heart). Соединяясь в тетрамеры, субъединицы образуют 5 изоформ:

НННН – ЛДГ1 преобладают в сердце, мозге, почках. НННМ - ЛДГ2     ННММ - ЛДГ3 - преобладает в легких.   НМММ - ЛДГ4 преобладают в печени и скелетной мускулатуре. ММММ - ЛДГ5

Среди других ферментов, имеющих изоформы – это креатинкиназа (три изоформы), щелочная фосфатаза (2 изоформы) и др. Так как изоферменты имеют различную локализацию в тканях, то это имеет важное значение для диагностики различных заболеваний. У больных острым инфарктом миокарда резко повышается активность ЛДГ₁ и отчасти ЛДГ₂.

 

> 1.

 

Международный биохимический союз разработал единые требования к названиям ферментов и единую классификацию. В основе классификации лежит химическая характеристика реакций, катализируемых ферментами или химическая природа субстрата, подвергающегося превращению. Выделяют 6 классов.

1. Оксидоредуктазы – катализируют окислительно – восстановительные реакции (дегидрогеназа, оксигеназы, оксидазы). Например, ЛДГ обеспечивает окисление и восстановление молочной кислоты; ксантиноксидаза катализирует синтез мочевой кислоты.

2. Трансферазы – катализируют перенос групп между субстратами (аминотрансферазы: АсТ, АлТ и др.).

3. Гидролазы – катализируют реакции расщепления при участии воды (пепсин, трипсин).

4. Лиазы – катализируют реакции отщепления групп с образованием двойных связей или присоединением групп по месту двойных связей. Например, декарбоксилазы – катализируют отщепление CO₂.

5. Изомеразы - катализируют реакции внутримолекулярной перестройки. Например, глюкозофосфатизомераза обеспечивает прямую и обратную реакцию между фруктозо – 6 – фосфатом и глюкозо – 6 – фосфатом.

6. Лигазы (синтетазы) – участвуют во всех реакциях синтеза (трансляция белка – синтетаза ДНК–аза, РНК–аза и др.)

Название фермента составляется по названиям субстрата, кофермента, типа реакции:

Глюкозо – 6 – фосфат - фосфогидролаза Субстрат продукт тип окончание реакции реакции «аза» (H3PO4)

 

Старые названия, прочно укоренившиеся в литературе: пепсин, амилаза, трипсин и др.

Международный союз биохимиков опубликовал каталог ферментов, в котором отдельные ферменты расположены по классам и подклассам, с указанием шифра. Например, ЛДГ, новое название НАД⁺ - оскидоредуктаза (к. ф. 1.1.1. 27).