Классификация ферментов
| Таблица 1. Международная классификация ферментов, основанная на катализируемых ими реакциях. Большинство ферментов катализирует перенос электронов, атомов или функциональных групп. Поэтому при классификации им присваивают кодовые номера и названия, из которых можно определить тип катализируемой ими реакции переноса, а также группы, играющие роль донора и акцептора. Существуют шесть основных классов. | |
| № Класс | Тип катализируемой реакции |
| 1. Оксидоредуктазы 1.1 Действующие на СН2=ОН группу 1.2 Действующие на С=О группу 1.3 Действующие на СН=СН группу | Перенос электронов |
| 2. Трансферазы 2.1 Переносят одноуглеродные остатки 2.2 Переносят альдегидные и кетонные остатки 2.3 Переносят ацильные остатки | Реакции с переносом групп |
| 3. Гидролазы 3.1 Действуют на сложноэфирные связи 3.2 Действуют на гликозильные соединения 3.3 Действуют на пептидные связи | Реакции гидролиза (перенос функциональных групп на молекулу воды) |
| 4. Лиазы 4.1 Углерод-углерод-лиазы 4.2 Углерод-кислород-лиазы 4.3 Углерод-азот-лиазы | Присоединение групп по двойным связям и обратные реакции |
| 5. Изомеразы 5.1 Рацематы | Перенос групп внутри молекулы с образованием изомерных форм |
| 6. Лигазы 6.1 Образуют С-О связи 6.2 Образуют С-S связи 6.3 Образуют С-N связи | Образование С—С-, С—S-, С—О- и С—N-связей за счет реакций конденсации, сопряженных с распадом АТР |
Названия многих ферментов образуются путем прибавления суффикса-аза к названию их субстрата. Так, фермент, катализирующий гидролиз мочевины, называется уреазой (от англ. «urеа»), а фермент, гидролизующий аргинин - аргиназой. Однако многие ферменты имеют названия, не связанные с названиями их субстратов, например пепсин и трипсин. Бывает, что один и тот же фермент имеет по меньшей мере два названия или же два разных фермента носят одно и то же название. Из-за этих и других затруднений терминологического характера, а также вследствие все возрастающего числа вновь открываемых ферментов было принято международное соглашение о создании систематической номенклатуры и классификации ферментов. В соответствии с этой системой все ферменты в зависимости от типа катализируемых ими реакций делятся на шесть основных классов, каждый из которых включает ряд подклассов (табл. 1). Каждый фермент имеет четырехзначный кодовый номер (шифр) и систематическое название, которое позволяет идентифицировать катализируемую этим ферментом реакцию. В качестве примера можно привести название фермента, катализирующего следующую реакцию:
Формальное систематическое название этого фермента - АTP: гексоза 6-фосфо-трансфераза, из которого следует, что этот фермент катализирует перенос фосфатной группы с АТР на гексозу. Согласно табл. 9-3, этот фермент относится к классу 2; ему присвоен кодовый номер 2.7.1.1, где первая цифра (2) обозначает класс (трансферазы), вторая (7)-подкласс (фосфотрансферазы), третья (1)-подподкласс (фосфотрансферазы с гидроксильной группой в качестве акцептора) и четвертая цифра (1)-порядковый номер фермента в его подподклассе; она показывает, что акцептором фосфатной группы служит D-гексоза. В тех случаях, когда фермент имеет длинное или труднопроизносимое систематическое название, можно пользоваться его тривиальным названием. Например, тривиальное название обсуждаемого нами фермента - гексокиназа.
Кинетика ферментативного катализа.
 |
Ферменты-это истинные катализаторы. Они значительно повышают скорость строго определенных химических реакций, которые в отсутствие фермента протекают очень медленно. Ферменты не могут влиять на положение равновесия ускоряемых ими реакций, при этом в ходе реакций они не расходуются и не претерпевают необратимых изменений.
Каким образом катализаторы, в частности ферменты, повышают скорость химических реакций? Прежде всего мы должны вспомнить о том, что в любой популяции молекул индивидуальные молекулы при постоянной температуре сильно различаются по количеству содержащейся в них энергии и что распределение общей энергии между молекулами описывается колоколообразной кривой. Одни молекулы обладают высокой энергией, а другие более низкой, но в большинстве из них содержится количество энергии, близкое к среднему значению. Химическая реакция типа А → Р протекает потому, что в любой момент времени некоторая доля молекул А обладает большей внутренней энергией по сравнению с другими молекулами данной популяции, и этой энергии оказывается достаточно для достижения ими вершины энергетического барьера (рис. 1.) и перехода в активную форму, называемую переходным состоянием. Энергией активации называется количество энергии в калориях, необходимое для того, чтобы все молекулы 1 моля вещества при определенной температуре достигли переходного состояния, соответствующего вершине энергетического (активационного) барьера. В этой точке существует равная вероятность того, что достигшие ее молекулы вступят в реакцию с образованием продукта Р или вернутся обратно на уровень непрореагировавших молекул А (рис. 9-3). Скорость любой химической реакции пропорциональна концентрации молекул, находящихся в переходном состоянии. Следовательно, скорость химической реакции будет очень высокой, если на вершине энергетического барьера находится значительная доля молекул А, и очень низкой, если доля таких молекул невелика.
Существуют два основных пути повышения скорости химической реакции. Первый путь повышение температуры, т.е. ускорение теплового движения молекул, которое приводит к увеличению доли молекул, обладающих достаточной внутренней энергией для достижения переходного состояния. Как правило, повышение температуры на 10°С вызывает ускорение химической реакции приблизительно в два раза.
Второй путь ускорения химической реакции - добавление катализатора. Катализаторы ускоряют химические реакции, находя «обходные пути», позволяющие молекулам преодолевать активационный барьер на более низком энергетическом уровне. Катализатор (обозначим его буквой С) на промежуточной стадии реакции взаимодействует с реагентом А с образованием нового комплекса или соединения СА, переходному состоянию которого соответствует значительно более низкая энергия активации по сравнению с переходным состоянием реагента А в некатализируемой реакции (рис. 9-3).
Затем комплекс реагент-катализатор (СА) распадается на продукт Р и свободный катализатор, который может опять соединиться с другой молекулой А и повторить весь цикл. Именно таким образом катализаторы снижают энергию активации химической реакции; в их присутствии гораздо более значительная доля молекул данной популяции вступает в реакцию в единицу времени. Ферменты, так же как и другие катализаторы, соединяются со своими субстратами в ходе каталитического цикла.