Ферменты — это биологически активные белки, которые катализируют химические реакции в живых организмах. Для однозначной идентификации и классификации ферментов разработана система номенклатуры, которая учитывает как их химическую природу, так и механизм действия. Стандарты наименования ферментов были разработаны Международной комиссией по биохимической номенклатуре и систематике (IUBMB). Основное внимание при систематическом наименовании уделяется описанию типа химической реакции, которую фермент катализирует, а также характеристикам субстрата или продукта.
Все ферменты в настоящее время классифицируются на основе их катализируемых реакций. Существует несколько уровней классификации, начиная с общих категорий и заканчивая детализированным описанием типа реакции. Основные категории делятся на шесть классов:
Оксидоредуктазы Эти ферменты катализируют реакции окисления и восстановления, в которых происходит передача электронов. Примеры: дегидрогеназы, оксидазы.
Трансферазы Трансферазы участвуют в передаче химических групп с одного молекулы на другую. К этим ферментам относятся, например, аминotransферазы и метилтрансферазы.
Гидролазы Гидролазы катализируют разрыв химических связей с использованием молекулы воды. Примеры: протеазы, липазы, амилазы.
Лиазы Эти ферменты катализируют разрыв химических связей без использования воды или окисления. Например, декарбоксилазы и синтазы.
Изомеразы Изомеразы катализируют превращение молекул одного типа в их изомеры (например, изменения в структуре углерод-углеродных связей). Пример: фосфоглюкомутаза.
Лигазы Лигазы катализируют синтез новых химических связей между молекулами, используя энергию, полученную от гидролиза АТФ. Пример: ДНК-лигаза.
Каждый фермент получает уникальное систематическое наименование в зависимости от его класса, подкласса, типа реакции и специфики субстрата.
Систематическое наименование ферментов состоит из двух частей:
Классовое и подкатегорийное наименование. Например, для фермента “глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы” (EC 1.1.1.49) число “1” указывает на класс оксидоредуктаз, “1” вторая цифра — на подкатегорию, а “49” в конце — это уникальный идентификатор, который указывает на конкретный фермент.
Тип реакции и субстрата. Систематическое наименование фермента не ограничивается только классом. В нем также указывается, какую химическую группу переносит фермент, какой молекуле он служит субстратом, или что происходит с молекулой после реакции. Например, “глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа” (EC 1.1.1.49) катализирует окисление глюкозо-6-фосфата с образованием 6-фосфоглюконата и восстановлением NADP+.
Каждому ферменту присваивается уникальный код в системе Enzyme Commission (EC). Этот код состоит из четырех чисел, разделенных точками:
Код EC является важным инструментом для идентификации ферментов и позволяет точно определить, какая реакция и какой тип химического взаимодействия происходят в биохимической системе.
Пример кода: EC 1.2.3.4. Этот код означает:
Номенклатура ферментов служит основой для научных исследований и разработки новых лекарственных средств. Четкая классификация помогает различать ферменты, имеющие схожие механизмы действия, но отличающиеся по специфичности к субстрату. Это также облегчает поиск ферментов, подходящих для технологических процессов в промышленности (например, в пищевой и химической промышленности) или в медицинских приложениях.
Систематическое наименование также способствует единой интерпретации биохимических реакций в различных областях науки, обеспечивая стандартизированную терминологию для всех специалистов.
Хотя система классификации ферментов развивалась более 60 лет и постоянно совершенствуется, в ней существуют определенные проблемы. Одна из них — это частое изменение классификации по мере открытия новых типов ферментов и более глубокого понимания их механизмов действия. Это может вызвать путаницу, особенно при старых публикациях, где ферменты могли быть классифицированы по другой системе.
Другим аспектом является необходимость уточнения функций многих ферментов, поскольку многие из них могут иметь несколько активных центров или катализировать несколько типов реакций. Например, некоторые ферменты могут действовать как оксидоредуктазы и одновременно как трансферазы, что требует уточнения их номенклатуры.
В дальнейшем ожидается, что номенклатура ферментов будет развиваться в направлении более точной и детализированной классификации, основанной на молекулярной биологии и генетике. Новые методы, такие как секвенирование ДНК и белков, позволяют ученым быстро и точно определять структуру и функцию ферментов, что требует обновления существующих систем классификации.
Также следует ожидать расширение применения компьютерных технологий для упрощения процесса классификации и создания баз данных, которые позволят быстро идентифицировать ферменты на основе их молекулярной структуры и функциональных характеристик.
Развитие науки о ферментах неизбежно приведет к совершенствованию системы номенклатуры, что будет способствовать более глубокому пониманию биохимических процессов и расширению областей применения ферментов в медицине, экологии и промышленности.