Ферменттердің аталуы жəне жіктелуі
Ферменттер соңғы уақытқа дейін дұрыс аталмай келді, өйткені бір ферментке бір немесе бірнеше атаулар берілді. Тек 1961 ж. Мəскеуде болған V Халықаралық биохимия конгресінде биохимиялық одақтың комиссиясы ферменттердің қазіргі кезде қолданылып жүргeн атауларына талдау жасап бекітті. Мұның негізінде бірнеше принциптер сақталады:
1. «аза» жалғауымен аяқталатын атаулар, тек жеке ферментт ер үшін қолданылатын болды.
2. ферменттердің аталуы мен жіктелуі олардың катализдейтін реакцияларына негізделді, бұл арнайылығы бар ферменттерді бір-бірінен ажыратуға мүмкіндік береді.
3. ферменттер катализдейтін реакцияларының типіне қарай топтарға бөлінеді. Реакцияның аталуы субстраттың аяқталуымен бірлесіп, жеке ферменттің аталуын құрайды.
4. Барлық ферменттер 6 класқа жіктеледі. Əрбір класс топтарға, топтар топшаларға бөлінеді.
5. Əрбір фермент 4 саннан тұратын жүйелік реттік номермен (номенклатуралық шифрі) шифрленеді. Оның алдына ферменттің классификациялық (ФК) белгісі жазылады. Бірінші саны — ферменттің класы; екінші саны — ферменттің тобы; үшінші саны — ферменттің топшасы, төртінші саны — ферменттің атын білдіреді.
Халықаралық биохимиялық Одақтық комиссия 1961 жылы барлық ферменттерді 6 класқа классификациялады.
1-ші класс оксидоредуктазалар – тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейді.
2-ші класс трансферазалар – атомды немесе атомдар топтарын бір заттан екінші затқа тасымалдайды.
3-ші класс гидролазалар – заттардың гидролиз жолымен ыдырауын тездетеді.
4-ші класс лиазалар – қос байланыс үзілген орынға атомдар тобының жалғасуын немесе заттардың гидролиздік емес жолдармен ыдырауын жүзеге асырады.
5-ші класс изомеразалар – бір заттың екінші затқа изомерлену реакцияларын катализдейді.
6-шы класс лигазалар — АТФ энергиясы есебінен екі молекуланың қосылуын катализдейді.
1. Оксидоредуктазалар – бұл класқа тотығу жəне тотықсыздану реакцияларын катализдейтін ферменттер біріктірілген. Ағзадағы биологиялық тотығулар немесе тіндердің тыныс алуы осы кластың ферменттері арқылы жүреді, сондықтан бұларды тыныс алу ферменттері деп те атайды. Оксидоредуктазалар жасушада негізінен митохондрияда кездеседі. Олар екі компонентті ферменттер. Əсер ететін субстратына қарай топтарға жіктелген. Əрбір топ бірнеше топшаларға тармақталған. Олар бір-бірінен сутегі протонын немесе электронын қабылдайтын акцепторлармен ерекшеленеді.
Оксидоредуктазалар катализдейтін тотығу-тотықсыздану реак цияларының түріне жəне тотығуға ұшырайтын сутегі донорымен тотықсызданатын акцептор түріне қарай 4 топқа бөлінеді.
1. дегидрогеназалар тобы.
2. цитохромдар тобы.
3. каталаза, пероксидаза тобы
4. гидроксилазалар тобы.
Оксидоредуктазалар кең таралған ферменттер, энергетикалық процестерде үлкен рөл атқарады. Оксидоредуктаза класы 17 топшаға бөлінеді.
Дегидрогеназалар – тотығу реакцияларына дегидрлеу (сутегін бөліп шығару) арқылы қатысады. Дегидрогеназалар субстраттың тотығуын сутегі атомы (Н) немесе электрондарын (е¯) бөліп алу жолымен қамтамасыз етеді. Сутегін беріп отырған субстрат сутегінің доноры деп, ал сутегін немесе электронды қосып алған затты сутегінің акцепторы деп атайды. Сутегін бөлген зат тотығады, ал қосып алған зат тотықсызданады.
Лактатдегидро
CH3–CH–COOH+НАД+ CH3–C–COOH+НАДН•Н+
│ геназа ║
OH O
Ағзада тотығу-тотықсыздану процестері əрдайым жүріп отырады. Осы процестердің нəтижесінде энергия түзіледі.
Дегидрогеназалардың саны 150-ден асқан. Негізгі өкілдері:
Пиридин – ферменттер (ПФ) екі компонентті, апофермент жəне коферменттен тұрады. Олардың арасындағы байланыс əлсіз. Апоферментті субстратты абсолюттік арнайылықпен анықтайды, яғни субстратты таниды. Коферментті фермент молекуласының тұрақтылығын сақтап, катализдің жүруін қамтамасыз етеді. ПФ – коферменті никотинамидадениндинуклеотид (НАД+) жəне никотинамидадениндинуклеотид фосфат (НАДФ+) деп аталады. НАД+ жəне НАДФ+-тың құрамында никотинамид (В5 витамині, РР), рибоза, фосфор қышқылы жəне АМФ болады.
Пиридин ферменттердің коферменті апоферментімен тек тотыққан күйінде ғана байланысады, ал кофермент тотықсызданғанда апоферменті бөлініп шығады.
Флавинферменттер — тотыққанда сары түс беретін бол ғандықтан, флавопротеидтер (ФП) деп аталады.
ФП – күрделі, екі компонентті, коферменттері флавинмононуклеотид (ФМН) жəне флавинадениндинуклеотид (ФАД) болып келеді. ФП – молекуласы өте үлкен, сондықтан бір апоферментке бірнеше кофермент қосылады. Кейбір молекулалаларының құрамында мыс (Сu2+) , темір (Ғе2+) жəне молибден (Мо2+) иондары кездеседі. ФП құрамындағы темірді гемсіз темір деп атайды.
Цитохромдар. Цитохром (ЦхО) жүйесіне цитохромдар жəне оттегі молекуласын активті күйге айналдыратын цитохромоксидаза ферменттері кіреді. Цитохром жүйесінің ферменттері — гемопротеидтер, олардың геміндегі темірдің валенттілігі ауыспалы болады. Олардың көмегімен биологиялық тотығу тізбегінде электрондар тасымалданады. Қазіргі кезде 20-дан астам цитохромдар белгілі.
е-
Цх (Fe3+) Цх (Fe2+) ферри- е- ферро тотыққан күйі тотықсызданған күйі
Өкілдері: цитохром b – екі компонентті фермент, простетикалық тобы гем.
Цитохром С1 – екі компоненттен тұратын фермент. Коферментті гем.
Цитохром С – екі компонентті фермент. Цитохром а жəне а3 – екі компонентті ферменттер. Апоферменттері əртүрлі, коферменттері ұқсас гем.
Цитохромоксидаза (ЦхО) күрделі белок, молекуласында екі атомы болады. ЦхО митохондрияның ішкі жағында орналасқан.
Каталаза жəне пероксидаза тобы. Бұл ферменттер екі компонентті, коферменттері гем, химиялық табиғаты жағынан цитохромдарға ұқсас, каталаза мен пероксидаза тотығу-тотықсыздану реакцияларын тездетеді, бірақ биологиялық тотығу процесіне қатыспайды.
Каталаза əр уақытта ағзада тотықсызданған ФП аэробты тотығу нəтижесінде түзілетін зиянды Н2О 2 жиналуынан сақтайды:
НО НО
│ + │ каталаза
НО НО Н2О +О2
Пероксидаза катализдейтін реакциялар теңдеулерінің схемасы былай жазылады:
Н2О пероксидаза Н2О +[О]
Н2О2 + SН 2 2Н2О +S
Оксигеназалар, оксидазалар жəне гидроксилазалар. Сутегінің акцепторы ретінде тек ауадағы оттегін пайдаланатын аэробты дегидрогеназаларды оксидазалар деп атайды.
Оттегін жалғайтын ферменттерді оксигеназалар деп атайды. Биологиялық тотығу тізбегінде электрондарды қосып ала отырып, қоректік заттарды тотықтыру арқылы ағзаға қажетті энергияны түзуге қатысады.
Гидроксил тобын түзе жүретін реакцияларды катализдейтін ферменттер гидроксилазалар деп аталады.
2. Трансферазалар – бір субстраттан (донор есебінде) екінші бір субстратқа (акцептор ретінде) əртүрлі топтарды тасымалдайтын ферменттер. Мысалы, глицеринкиназа глицеринді фосфорилдеу реакциясын катализдейді. Тасымалдайтын атомдар тобына қарай фосфотрансфераза, аминотрансфераза, ацилтрансфераза, т.б. болып бөлінеді. Фосфотрансферазалар фосфор қышқылы қалдықтарының көшуін катализдейді:
Фосфор қышқылы қалдықтарының доноры негізінде АТФ болады. Фосфотрансферазаның өкілі – гексокиназа.
H2C – OH CH2 – OH
│ │
HC – OH +АТФ гексокиназа CH – OH + АДФ
│ │
H2C – OH CH2 – OPO3H2
Глицерин α- глицерофосфат
Əртүрлі киназалардың əсер етуі нəтижесінде ағзада көп теген фосфорилденген қосылыстар синтезделеді.
Трансфераза класы 8 топшадан тұрады.
3. Гидролаза – суды қосып алудың нəтижесінде субстраттарда байланыстың үзілуін немесе ажырауын катализдейтін ферменттер.
СН3СOO – CH2 – CH3 + H2O CH3СOOH + CH3CH2ОН
Гидролаза ферменттер тобына: эстераза, липаза, гликозидаза жəне протеиназа жатады. Ферменттік реакция тек суд ың қатысуымен жүреді. Гидролаза класы бірнеше тармаққа бөлінеді. Мəселен, эстеразалар күрделі эфирлердің гидролизін катализдейді. Липаза майлардың гидролизін тездетеді. Фосфатаза фосфорлы эфирлердің гидролизін тездетеді. Пептидаза белоктар мен пептидтердің пептидтік байланыстарын гидролиздеуді тездетеді. Амилаза крахмалды, гликогенді, мальтоза қантына дейін ыдыратады.
Пептид-гидролазалар пептидтік байланыстың гидролизін тез детеді, бұл топқа протеиназалар немесе пептидил-пептидогидролазалар жатады. Бұл ферменттер байланыстардың ыдырауын гидролиздейді. Протеиназа ферменттерінің өкілдері — пепсин, трипсин, химотрипсин. Бұл ферменттер активті емес профермент күйінде пайда болады: пепсиноген, трипсиноген жəне химотрипсиноген. Гидролаза класы 11 топқа бөлінеді.
3. Лиазалар – субстраттан химиялық топтардың судың қатысуынсыз бөлінуін қамтамасыз ететін ферменттер. Лиаза ферменті катализдейтін реакцияға мысал:
СН3 – С – СООН пируват СН3 – СН + СО2
║ декарбоксилаза ║ О О
Лиазалар класының 7 тобы бар, бұлар алмасу процесінің синтезі мен ыдырауын жүргізетін ферменттер.
4. Изомеразалар – молекула ішінде орнын ауыстырып, бір молекула төңірегінде изомерге айналуын қамтамасыз ететін ферменттер. Органикалық заттардың изомерлік өзгерістерін катализдейді. Атомдардың, атом топтарының, фосфор қышқылы қалдықтары мен əртүрлі радикалдардың молекулаішілік орын ауыстыруы салдарынан изомерлеу процесі өтеді. Мысалы, альдегидтердің өзара кетонға, цис форманың транс формаға айналуы жəне керісінше. Егер изомерлеу топтары молекуланың ішінде ғана орын ауыстырумен жүрсе, бұл кезде фермент мутаза деп аталады. Ал инверсия ассиметриялық топтарда өтсе, фермент рацемаза немесе эпимераза делінеді. Изомерлеу процесіне көбінесе көмірсулар, амин қышқылдары мен органикалық қышқылдар ұшырайды. Изомеразаларға: глюкоза-6-фосфатизомераза, триозофосфатизомераза, ретиненизомераза, рибулозо-5-фосфатэпимераза жəне т.б. жатады. Изомеразалар 6 топқа бөлінеді.
5. Лигаза (синтетаза) — байланыстардың энергиясын пайдалана отырып, екі молекуланың қосылуын катализдейтін ферменттер. Синтетаза катализдейтін реакцияларда энергия көзі ретінде АТФ есептелінеді. Бұған көміртегі мен оттегі молекулаларын, күкірт пен азот немесе қос көміртегі молекуларларының байланыстарын түзуші (- С – О -) (-S – N-) (-C – C-) ферменттер жатады. Мұндай байланыстар түзу үшін АТФ жəне басқа да макроэнергиялық қосылыстардың (ГТФ, ЦТФ, УТФ, т.б.) ыдырауынан шығатын энергия пайдаланылады, яғни жай заттардан күрделі органикалық заттар синтездейтін ферменттер деуге болады. Лигазалардың 5 тобы бар, олар алмасу процесінің анаболиттік кезеңінде қатысады.