Классификация ферментов по Международной биохимической номенклатуре

Ферменты — это биологические катализаторы, которые обеспечивают ускорение химических реакций в живых организмах, сохраняя свою структуру и функции неизменными после выполнения своей работы. Все ферменты подразделяются на несколько классов в зависимости от типа химической реакции, которую они катализируют. Классификация ферментов по Международной биохимической номенклатуре (МБН) основывается на понимании этих реакций и механизма их осуществления.

Международная биохимическая номенклатура классифицирует ферменты в 6 основных классов, каждый из которых делится на подкатегории в зависимости от специфики реакции.

1. Оксидазы (Oxidoreductases)

Оксидазы катализируют реакции окисления и восстановления. Это ферменты, которые переносят электроны между молекулами, что позволяет изменять степень окисления атомов в молекулах. Примеры реакции: восстановление NAD⁺ до NADH или окисление глюкозы до глюконовой кислоты.

• Подклассы:

  • Оксидазы, катализирующие переноса атомов водорода (например, дегидрогеназы).
  • Оксидазы, переносящие электроны между молекулами кислорода и другими веществами (например, оксигеназы).

Пример фермента: альдегиддегидрогеназа — катализирует превращение альдегидов в карбоксильные кислоты с участием NAD⁺.

2. Трансферазы (Transferases)

Трансферазы катализируют реакции переноса химических групп между молекулами. Эти ферменты играют важную роль в метаболизме, поскольку перенос различных функциональных групп (например, метильной, аминогруппы) необходим для синтеза и преобразования биомолекул.

• Подклассы:

  • Трансферазы, которые переносят алкильные или ацилильные группы (например, метилтрансферазы).
  • Трансферазы, которые переносят аминогруппы (например, аминогрупповые трансферазы).

Пример фермента: глутаматдегидрогеназа — катализирует перенос аминогруппы от глутамата на α-кетоглутарат с образованием глутамина.

3. Гидролазы (Hydrolases)

Гидролазы катализируют реакции разрыва химических связей с использованием молекулы воды. Эти ферменты ответственны за распад различных биомолекул, таких как белки, углеводы и липиды, и играют ключевую роль в пищеварении, метаболизме и детоксикации.

• Подклассы:

  • Гидролазы, которые разрывают пептидные связи в белках (например, протеазы).
  • Гидролазы, которые разрывают углеводные связи (например, амилазы).
  • Гидролазы, которые разрывают липидные связи (например, липазы).

Пример фермента: пепсин — катализирует разрыв пептидных связей в белках, способствуя их перевариванию в желудке.

4. Лиазы (Lyases)

Лиазы катализируют реакции расщепления химических связей без использования воды (в отличие от гидролаз) или синтеза новых связей. Эти ферменты могут удалять группы атомов из молекул, либо соединять молекулы с образованием новых связей.

• Подклассы:

  • Лиазы, расщепляющие углеродные связи (например, декарбоксилазы).
  • Лиазы, расщепляющие связи между углеродом и другими элементами (например, альдолазы).

Пример фермента: пируватдекарбоксилаза — катализирует удаление углекислого газа (CO₂) из пирувата с образованием ацетальдегида.

5. Изомеразы (Isomerases)

Изомеразы катализируют реакции превращения молекул в изомеры — вещества, имеющие ту же молекулярную формулу, но различную пространственную структуру. Эти ферменты играют важную роль в метаболических путях, регулируя преобразования между изомерами углеводов, аминокислот и других молекул.

• Подклассы:

  • Изомеразы, катализирующие внутримолекулярные изменения в углеводах (например, фосфоглюкозоизомеразы).
  • Изомеразы, катализирующие изменения в углеродных цепях (например, аминоацидизомеразы).

Пример фермента: глюкозо-6-фосфатизомераза — катализирует преобразование глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат.

6. Лигазы (Ligases)

Лигазы катализируют реакции соединения двух молекул с образованием новой химической связи, обычно с использованием энергии от расщепления высокоэнергетических соединений, таких как ATP. Эти ферменты участвуют в процессах синтеза и репарации ДНК, а также в метаболизме нуклеотидов и аминокислот.

• Подклассы:

  • Лигазы, участвующие в образовании углерод-углеродных связей (например, ацетил-КоА-синтетазы).
  • Лигазы, участвующие в образовании углерод-кислородных связей (например, аминокислотные ликазы).

Пример фермента: ДНК-лигаза — катализирует образование фосфодиэфирных связей между нуклеотидами в процессе репарации или репликации ДНК.

Подсистема классификации по числовой системе

Каждому ферменту в рамках МБН присваивается уникальный номер, состоящий из четырех цифр, которые соответствуют его классу и подклассу. Первая цифра указывает на класс фермента, вторая — на подкласс, третья — на подкатегорию, а четвертая — на порядковый номер фермента в данной группе. Например, фермент, катализирующий перенос аминогруппы, может быть обозначен как 2.6.1.1, где:

• 2 — класс трансфераз,
• 6 — подкласс, переносящий аминогруппы,
• 1 — категория, относящаяся к аминогрупповым трансферазам,
• 1 — порядковый номер фермента в этой категории.

Эта номенклатура позволяет точно идентифицировать ферменты и их функции, что важно для их изучения и применения в различных областях биохимии и медицины.

Заключение

Классификация ферментов по Международной биохимической номенклатуре представляет собой сложную, но логически выстроенную систему, которая позволяет четко различать ферменты по типам катализируемых ими реакций. Эта классификация является основой для дальнейших исследований в области биохимии, молекулярной биологии, медицины и фармакологии, так как она дает возможность глубже понять механизмы биологических процессов и их регуляцию.