Классификация и номенклатура ферментов

Классификация ферментов основывается на типе химической реакции, которую они катализируют. Международный союз биохимии и молекулярной биологии (IUBMB) разработал универсальную систему нумерации и наименований ферментов, обеспечивающую единообразие научной терминологии. Каждый фермент получает четырехзначный код (EC-номер), где каждая цифра отражает определённый уровень классификации.

1. Оксидоредуктазы (EC 1) Ферменты, катализирующие реакции окисления-восстановления, перенос электронов от донорного к акцепторному веществу. Примеры: дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы.

   • Характерные особенности: требуют кофакторов (например, NAD⁺, FAD), обеспечивают энергетический обмен и метаболизм дыхательной цепи.

2. Трансферазы (EC 2) Ферменты, переносящие функциональные группы между молекулами.

   • Примеры: аминотрансферазы (переносят аминогруппы), киназы (переносят фосфатные группы).
   • Роль в клетке: участвуют в метаболизме аминокислот, нуклеотидов и углеводов.

3. Гидролазы (EC 3) Катализируют гидролиз химических связей с участием молекулы воды.

   • Примеры: липазы, протеазы, амилазы.
   • Функция: расщепление макромолекул, переваривание пищи, регуляция биополимеров.

4. Лиазы (EC 4) Ферменты, расщепляющие связи без участия воды, часто с образованием кратной связи или циклической структуры.

   • Примеры: декарбоксилазы, алдолазы.
   • Значение: ключевые звенья в метаболических циклах, таких как цикл Кребса.

5. Изомеразы (EC 5) Катализируют перестройку молекул, изменяя расположение атомов без изменения молекулярной формулы.

   • Примеры: глюкозо-6-фосфат изомераза, рацемазы.
   • Роль: адаптация молекул к специфическим реакциям, участие в метаболических путях.

6. Лигазы (синтетазы, EC 6) Ферменты, соединяющие молекулы с затратой энергии (обычно АТФ).

   • Примеры: синтетазы ацил-КоА, ДНК-лигаза.
   • Функция: синтез макромолекул, репарация ДНК, образование сложных соединений.

Принципы номенклатуры ферментов

Номенклатура ферментов отражает тип реакции и субстрат. Традиционно название включает:

• Субстрат — вещество, на которое действует фермент.
• Тип химической реакции — оксидоредуктаза, гидролаза, трансфераза и т.д.
• Дополнительная характеристика — иногда указывают специфический кофактор или локализацию.

Примеры номенклатуры:

• Альдолаза фруктозо-1,6-бисфосфатная — фермент класса лиаз, расщепляющий фруктозо-1,6-бисфосфат.
• Лактатдегидрогеназа — оксидоредуктаза, превращающая лактат в пируват с участием NAD⁺.

Систематическая классификация EC

Каждый фермент получает EC-номер, состоящий из четырех частей:

1. Первая цифра — класс (тип реакции).
2. Вторая цифра — подкласс (тип группы или атома, участвующего в реакции).
3. Третья цифра — подподкласс (донор/акцептор или тип связи).
4. Четвёртая цифра — порядковый номер конкретного фермента в подкатегории.

Пример: EC 1.1.1.27 — лактатдегидрогеназа:

• 1 — оксидоредуктаза
• 1 — действует на CH–OH группу донора
• 1 — с NAD⁺ или NADP⁺
• 27 — конкретный фермент в данной подгруппе

Альтернативные классификационные подходы

Помимо стандартной EC-классификации, ферменты могут группироваться по:

• Структурной особенности — схожесть третичной структуры и активного центра.
• Механизму действия — наличие определённых промежуточных стадий, типа переноса протона или электрона.
• Физиологической роли — ферменты метаболических путей, сигнальных каскадов, детоксикации.

Такое многоуровневое разделение позволяет не только идентифицировать фермент по химическому действию, но и прогнозировать его биологическую роль, возможные ингибиторы и применение в биотехнологии.

Ключевые моменты

• EC-классификация обеспечивает универсальность и однозначность идентификации ферментов.
• Номенклатура должна отражать субстрат, тип реакции и специфические свойства фермента.
• Дополнительные подходы (структурные и функциональные) позволяют выявлять эволюционное родство и механистическую близость ферментов.
• Комплексная классификация является основой для изучения метаболизма, регуляции и биотехнологического применения ферментов.