ЭНЗИМОЛОГИЯ НАУКА О ФЕРМЕНТАХ Энзимология

ЭНЗИМОЛОГИЯ { НАУКА О ФЕРМЕНТАХ

Энзимология – наука о ферментах, их структуре, механизмах действия и путях регуляции их активности. от греч. “en zyme” – “в дрожжах” Ø от лат. “fermentatio” – “брожение” Ø

Ø Ø Ø нач. 17 в. – введение в научную лексику терминов “фермент” и “энзим” голландским естествоиспытателем Я. Б. Ван-Гельмонтом. 1814 г. – открытие К. Кирхгофом ферментативного действия водных вытяжек из проросшего ячменя, расщепляющих крахмал. 1833 г. – получение А. Пайеном и Ж. Персо первого очищенного ферментного препарата амилазы. 1926 г. – получение Дж. Самнером кристаллического препарата уреазы. 1956 г. – установление С. Муром, У. Стайном, К. Анфинсеном аминокислотной последовательности рибонуклеазы из поджелудочной железы быка.

Ферменты - биологические биокатализаторы. более 3700 ферментов в базе данных. Ферменты имеют белковую природу. Отдельный класс биологических катализаторов – рибозимы – малые ядерные молекулы РНК.

Рибозимы (6 классов) – катализируют реакции созревания т. РНК и р. РНК, сплайсинг м. РНК. Предполагается, что рибозимы – первые природные катализаторы на Земле.

ТЕЛОМЕРАЗА – РНК-зависимая обратная транскриптаза. белковый компонент фермента (зеленый) взаимодействует с РНК (бежевый) и ДНК (красный)

СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ общие с неорганическими катализаторами ФЕРМЕНТЫ: 1. катализируют только термодинамически возможные процессы, т. е. Gреакции < 0. 2. ускоряют наступление состояния равновесия (скорость прямой реакции = скорость обратной реакции), не смещая его в сторону прямой или обратной реакции. 3. не расходуются и не модифицируются в процессе катализа.

Специфические свойства ферментов: 1. 1. 2. 3. 4. глобулярные белки; высокие скорости ферментативных реакций (в 1010 выше, чем без катализаторов); высокая специфичность действия ферментов; активность ферментов регулируется (in vivo и in vitro); высокая чувствительность к внешним факторам (к температуре, р. Н среды и др. ).

Специфические свойства ферментов обусловлены их белковой природой (структурными особенностями и физико-химическими свойствами).

КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТОВ

Тривиальная номенклатура. Например, Ø пепсин (от греч. “пепсис” – “пищеварение”), Ø трипсин (от греч. “трипсис”–“разжижаю”), Ø папаин (от названия дынного дерева Carica papaja).

Рациональная номенклатура. Название фермента составляется из названия субстрата и характерного окончания “-аза”. Например, Ø амилаза - катализирует гидролиз крахмала, получил название (от греч. “амилон” – “крахмал”), Ø липаза - гидролиз липидов (от греч. “липос” – “жир”), Ø уреаза – гидролиз мочевины (от греч. “уреа” – “мочевина”) и т. д.

В 1961 г. Международная комиссия по номенклатуре ферментов приняла номенклатуру на строго научных принципах. Согласно этой номенклатуре название фермента состоит из: химического названия субстрата и названия катализируемой реакции.

Например, Ø лактатдегидрогеназа – фермент, катализирующий дегидрогенизацию (тип реакции) лактата (субстрат); Ø аминоацил-т. РНК-синтетаза – фермент, аминоацил-т. РНК-синтетаза катализирующий синтез (тип реакции) комплекса аминокислоты и соответствующей т. РНК (два субстрата).

В основе классификации ферментов лежит тип катализируемой реакции.

1. ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ субстрат + акцептор = = субстрат окисленный + акцептор восстановленный Систематическое наименование: "донор : акцептор-оксидоредуктаза". Оксидоредуктазы – сложные ферменты, имеющие дополнительные (небелковые) компоненты – кофакторы. ~ 500 оксидоредуктаз, подразделяют на 17 подклассов в зависимости от природы донора электронов. Например: лактатдегидрогеназа, алкогольдегидрогеназа, каталаза, супероксиддисмутаза, цитохромы.

2. ТРАНСФЕРАЗЫ ускоряют перенос функциональных групп от одного соединения к другому. Систематическое название: "донор : транспортируемая группа-трансфераза". ~ 500 трансфераз подразделяют на 8 подклассов в зависимости от природы переносимых групп. Например: аминотрансферазы, ДНК-полимераза, гликогенфосфорилаза.

3. ГИДРОЛАЗЫ ускоряют реакции расщепления органических соединений при участии воды: R´R´´ + НОН = R´Н + R´´ОН Систематическое наименование: "субстрат-гидролаза". Более 1100 ферментов подразделяются на 11 подклассов в зависимости от природы гидролизуемой связи. Например: протеазы, нуклеазы, уреаза, фосфатаза

4. ЛИАЗЫ (СИНТАЗЫ) катализируют реакции негидролитического распада органических соединений по связям С-С, С-N, С-О и др. Систематическое название: "субстрат – (отщепляемая или присоединяемая функциональная группа) – лиаза". Класс подразделяется на 7 подклассов в зависимости от природы расщепляемой (образуемой) связи. Например: гидратазы/дегидратазы.

5. ИЗОМЕРАЗЫ катализируют все типы (внутримолекулярные трансферазы). изомеризации Систематическое название: «субстрат – тип изомеризации – изомераза» . Деление на подклассы в зависимости от типа изомеризации. Например: эпимеразы, рацемазы, мутазы.

6. ЛИГАЗЫ (СИНТЕТАЗЫ) катализируют синтез органических соединений (реакции присоединения) за счет энергии АТФ. Систематическое название: «субстрат-лигаза» или «продукт-синтетаза» . Подразделение на 5 подклассов в зависимости от типа образующейся связи. Например: аминоацил-т. РНК-синтетаза, ДНК-лигаза.

Ø Ø Шифр фермента: первая цифра обозначает класс фермента, вторая цифра (подкласс) уточняет природу преобразуемой группы или модифицируемой связи, третья (подподкласс) - уточняет природу дополнительных участников реакции (например, донора и акцептора), четвёртая - порядковый номер фермента в данной подгруппе.