Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Структура и функции белков и ферментов
Ферменты: общие свойства
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, в каждом из которых имеется несколько подклассов (от четырех до 13).

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⁺ 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-6-фосфотрансферазу, т. е. фермент, катализирующий перенос фосфата с ATP на гидроксильную группу атома углерода в шестом положении глюкозы.

Ниже представлены все шесть классов ферментов и некоторые конкретные примеры. В скобках указано рекомендуемое название.

1. Оксидоредуктазы. Ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции с участием двух субстратов, S и S':

Катализируют реакции, в которых участвуют такие группы, как СН—ОН, СН—СН, С = О, СН— NH₂ и —СН—NH—. Некоторые подклассы:

1.1. Ферменты, действующие на группу СН— ОН (донор электронов). Например:

1.1.1.1. Алкоголь: NAD⁺оксидоредуктаза [алкогольдегидрогеназа]

Спирт + NAD⁺ = Альдегид или кетон + NADH + Н⁺.

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

1.4.1.3. L-Глутамат: NAD(P)⁺ оксидоредуктаза (дезаминирующая) [глутаматдегидрогеназа из печени животных]. Запись NAD(P)⁺ означает, что акцептором электронов может служить либо NAD⁺, либо NADP⁺.

L-Глутамат + Н₂О + NAD(P)⁺ =

= а-Кетоглутарат + NH⁺₄ + NAD(P)H + Н⁺.

2. Трансферазы. Ферменты, катализирующие перенос группы G (отличной от атома водорода) с субстрата S на субстрат S':

S—G + S' = S'—G + S.

Катализируют перенос одноуглеродных групп, альдегидных или кетонных остатков, а также ацильных, алкильных, гликозильных групп и групп, содержащих фосфор и серу. Некоторые подклассы:

2.3. Ацилтрансферазы. Например:

2.3.1.6. Ацетил-СоА:холин О-ацетилтрансфераза [холин-ацетилтрансфераза]

Ацетил-СоА + Холин = СоА + О-Ацетилхолин.

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

2.7.1.1. АТР: D-гексоза 6-фосфотрансфераза [гексокиназа]

АТР + D-Гексоза = ADP + D-Гексозо-6-фосфат.

3. Гидролазы. Ферменты, катализирующие гидролиз эфирных, сложноэфирных, пептидных и гликозильных связей, кислотных ангидридов, связей С— С, С-галоида и Р—N. Например:

3.1. Ферменты, действующие на сложноэфирные связи. Например:

3.1.1.8. Ацилхолин—ацилгидролаза [псевдохолинэстераза]

Ацилхолин + Н₂О = Холин + Кислота.

3.2. Ферменты, действующие на гликозильные соединения. Например:

3.2.1.23. ß-D-Галактозид—галактогидролаза [ß-галактозидаза]

ß-D-Галактозид + Н₂О = 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 IХа и ХIа.

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.

Ферменты, действующие на связи С—С, С—О, С— N, С—S и С—галоид. Некоторые подгруппы:

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 — гидро-лиаза [фумараза]

L-малат = Фумарат + Н₂O.

5. Изомеразы. В этот класс включены все ферменты, катализирующие взаимопревращения оптических, геометрических и позиционных изомеров. Некоторые подклассы:

5.2. Цис-тпранс-изомеразы. Например:

5.2.1.3. все-транс-Ретиналь 11-цис-транс-изомераза [ретинальизомераза]

все-транс-Ретиналь = 11-цис-Ретиналь.

5.3. Ферменты, катализирующие взаимопревращение альдоз и кетоз. Например:

5.3.1.1. D-Глицеральдегид-3-фосфаткетол-изомераза [триозофосфатизомераза]

D-Глицеральдегид-3-фосфат = Дигидроксиацетонфосфат.

6. Лигазы. (от лат. лигаре — связывать). Ферменты, катализирующие соединение двух молекул, сопряженное с разрывом пирофосфатной связи АТР или подобного соединения. В этот класс включены ферменты, катализирующие реакции, в ходе которых 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:СО₂ лигаза (ADP) [ацетил-СоА—карбоксилаза]

АТР + Ацетил-СоА + СО₂ = ADP + Рі + Малонил-СоА.