Лигазы, или синтетазы

Номенклатура и классификация ферментов

Трансферазы, или ферменты переноса

Они ускоряют перенос целых атомных групп от одного соединения к дру­гому. Трансферазы – один из наиболее обширных клас­сов, которые имеют огромное значение для обмена ве­ществ живых организмов.

В зависимости от характера переносимых группировок различают аминотрансферазы, фосфортрансферазы, глюкозилтрансферазы (гликозилтрансферазы), ацилтрансферазы, метилтрансферазы (СН₃) и др. Каждый из ука­занных подклассов трансфераз переносит только свой­ственные ему атомные группировки.

Аминотрансферазы ускоряют реакцию переаминирования аминокислот с кетокислотами. В качестве при­мера можно привести катализируемую трансферазами реакцию переноса аминотрансферазой аминной группы с одного соединения на другое:

.

Фосфортрансферазы ускоряют перенос остатков фосфорной кислоты на спиртовые, карбоксиль­ные, азотсодержащие и другие группы тех или иных орга­нических соединений.

Глюкозилтрансферазы катализируют реак­ции переноса глюкозидных остатков с молекул фосфорных эфиров или других соединений к молекулам моносахаридов, полисахаридов или других веществ.

Гидролазы

Эти ферменты катализируют гидролиз, а иногда и синтез органических соединений при участии воды:

.

Этот класс подразделяют на 9 подклассов.

Гидролазы делят на ферменты, гидролизующие глюкозидные связи, подобные тем, которые встречаются в крах­мале и целлюлозе и других полисахаридах. Эти же фер­менты гидролизуют пептидные связи в белках, а также сложные эфиры (жиры и др.). Наиболее важными являются четыре подкласса гидролаз: эстеразы, карбогидразы, амидазы и пептидазы.

Эстеразы ускоряют реакции гидролиза и синтеза сложных эфиров, расщепляют сложноэфирную связь между кислотами (липаза) тиоловых эфиров, фосфорноэфирную связь:

.

К эстеразам относятся липазы (катализируют гидролиз жиров про­дукта с образованием глицерина и жирных кислот), эстеразы, лецитиназы и другие ферменты.

Карбогидразы расщепляют глюкозидные связи в углеводах и их производных:

,

где R – остаток моно-, ди- или полисахарида; R₁ – угле­вод или неуглеводная часть в молекулах гликозидов. К карбогидразам относятся α- и β-амилазы (гидролизуют крахмал до мальтозы), β-фруктофуранозидаза (сахараза, инвертаза), мальтаза, лактаза, пектиназа и др.

Амидазы ускоряют гидролиз амидов кислот в ос­новном по следующей схеме:

.

К амидазам относятся пурин- и пирамидиндезаминазы, ациламидазы, амидиназы и др.

Пептидазы катализируют реакции расщепления белка и полипептидов по уравнению

,

где R и R₁ – остатки аминокислот, ди- или полипептидов.

(пепсин, папаин и др., расщепляющие животные и растительные белки)

Лиазы

Они объединяют ферменты, ускоряющие не­гидролитические (!) (без участия воды) реакции распада органических веществ с отщеплением воды, углекислого газа (СО₂) или аммиака и др. В результате действия ферментов образуются двойные связи. Некоторые из этих реакций обратимы, и соответ­ствующие ферменты при определенных условиях катализи­руют реакции не только распада, но и синтеза (присоединяются группы к двойной связи).

Из класса лиаз выделяют несколько подклассов в за­висимости от типа подвергающейся разрыву связи между отщепляемой группой и остатком молекулы.

Так, фер­менты углерод-углерод-лиазы катализируют отщепление или присоединение углекислоты. Такая реак­ция часто происходит в процессе обмена веществ в расте­ниях. Ферменты этого типа носят название карбоксилаз или декарбоксилаз. Примером может служить каталити­ческая реакция отщепления СО₂ от пировиноградной кис­лоты с помощью пируваткарбоксилазы:

.

уксусный альдегид

Декарбоксилазы аминокислот участвуют в отщеплении углекислоты от аминокислот.

Углерод-кислород-лиазы катализируют отщепление от органических веществ воды. Так, фермент фумаратгидратаза отщепляет воду от яблочной кислоты с образованием фумаровой кислоты:

СООН – СНОНСН₂СООН ↔ СООН – СН = СН – СООН + Н₂О.

Аналогично декарбоксидированию может подвергаться также щавелево-уксусная и некоторые другие органичес­кие кислоты. (при брожении)

К ферментам класса лиаз относятся также фосфопируватгидратаза, которая отщепляет водуот2-фосфоглицериновой кислоты, и аспартат-аммиаклиаза, участвующая в процессе отщепления и при­соединения аммиака.

Изомеразы

Такие ферменты катализируют превраще­ние органических соединений в их изомеры. В отличие от трансфераз изомеразы катализируют перенос групп только внутри молекулы. Эти превращения могут состоять во внутримолекулярном переносе водорода, фосфатных и ацетильных групп, в изменении пространственного рас­положения атомных группировок, в перемещении двой­ныхсвязей (превращение альдоз в кетозы, перемещение эфирной связи).

К классу изомераз относятся триозофосфатизомераза, альдозомутаротаза, фосфогексоизомераза и др.

Несмотря на то, что класс изомераз насчитывает мало ферментов, они играют важную роль в обмене веществ. Так, фермент триозофосфатизомераза ка­тализирует превращение промежуточных продуктов бро­жения: 3-фосфоглицеринового альдегида и фосфодиокси-ацетона, а рибозофосфатизомераза ката­лизирует взаимное превращение кето- и альдоформ рибо-5-фосфата; образующаяся при этом рибулоза может дальше превращаться в арабинозу.

Лигазы, или синтетазы

Они представляют собой боль­шую группу ферментов, ускоряющих синтез сложных орга­нических соединений из более простых (т.е. реакция соединения двух молекул). Реакция синтеза требует значительной затраты энергии, поэтому актив­ность лигаз проявляется лишь в присутствии таких макроэргических соединений, как аденозинтрифосфорная кис­лота (АТФ) или другой нуклеотидтрифосфат. в присутствии лигаз при отрыве от молекул аденозинтрифосфорной кислоты одного или двух концевых остатков фосфорной кислоты (разрыв пирофосфатной связи) выделяется большое количество энергии, исполь­зуемой для активирования реагирующих веществ.

Наиболее простой реакцией, катализируемой лигазами, является синтез амидов – аспарагина и глутамина. Обра­зование аспарагина идет в присутствии аспарагинсинтетазы:

Аспарагиновая кислота +АТФ + NН₃ → Аспарагин + АДФ + Н₃РО₄.

К лигазам принадлежат также ферменты, катализиру­ющие присоединение остатков различных органических кислот (уксусной, янтарной, малоновой и др.) к ацетилкоэнзиму А.