Комісія по ферментам у 1961 році розробила засновану на класифікації систему присвоєння кодових чисел (шифрів) індивідуальним ферментам. Шифр кожного ферменту складається з чотирьох чисел і створюється за наступним принципом.
- Перше число вказує до якого з шести головних класів належить даний фермент:
1. КФ 1: Оксидоредуктази — ферменти, що каталізують окислення або відновлення. Приклад: каталаза, алкогольдегідрогеназа
2. КФ 2: Трансферази — ферменти, що каталізують перенесення хімічних груп з однієї молекули субстрата на іншу. Серед трансфераз особливо виділяють кінази, що переносять фосфатну групу, як правило, з молекули АТФ.
3. КФ 3: Гідролази — ферменти, що каталізують гідроліз хімічних зв'язків. Приклад: естерази, пепсин, трипсин, амілаза, ліпопротеїнліпаза
4. КФ 4: Ліази — ферменти, що каталізують розрив хімічних зв'язків без гідролізу з утворенням подвійного зв'язку в одному з продуктів.
5. КФ 5: Ізомерази — ферменти, що каталізують структурні або геометричні зміни в молекулі субстрата.
6. КФ 6: Лігази — ферменти, що каталізують утворення хімічних зв'язків між субстратами за рахунок гідролізу АТФ. Приклад: ДНК-полімераза
- Друге число означає підклас. У оксидоредуктаз воно вказує природу тієї групи в молекулі донора, яка піддається окисленню; у трансфераз – природу групи, що транспортується; у гідролаз – тип зв’язків, що гідролізуються; у ліаз – тип зв’язків, що підлягають розриву; у ізомераз – тип реакції ізомеризації, що каталізується; у лігаз – тип утвореного зв’язку.
- Третє число означає підпідклас.
- Четверте число вказує порядковий номер ферменту в даному підпідкласі.
Зазвичай ферменти іменують за типом реакції, яку він каталізує, додаючи суфікс -аза до назви субстрату (наприклад лактаза — фермент, що бере участь в перетворенні лактози). Таким чином, у різних ферментів, що виконують одну функцію, буде однакова назва. Такі ферменти розрізняють по інших властивостях, наприклад, по оптимальному pH (лужна фосфатаза) або локалізації в клітині (мембранна АТФ-аза).
Оксидоредуктази — клас ферментів, що каталізують реакції окислення, тобто перенесення електронів з однієї молекули (відновника, донора електронів) на іншу (окислювач, акцептор електронів).
Реакції, що каталізуються оксидоредуктазами, виглядають так:
A- + B → A + B-
Тут A — відновник (донор електронів), а B — окислювач (акцептор електронів)
У біохімічних перетвореннях окислительно-відновні реакції іноді виглядають складнішими. Наприклад, одна з реакцій гліколізу:
Pн + гліцеральдегид-3-фосфат + НАД+ → НАД · H + H+ + 1,3-діфосфогліцерат
Тут окислювачем виступає НАД+, а гліцеральдегид-3-фосфат є відновником.
Систематичні назви ферментів класу утворюються по схемі «донор:акцептор + оксидоредуктаза». Проте широко використовуються й інші схеми іменування. Коли можливо, ферменти називають у вигляді «донор + дегідрогеназа», наприклад гліцеральдегид-3-фосфатдегідрогеназа, для другої реакції вище. Іноді назва записується як «акцептор + редуктаза», наприклад НАД+-редуктаза. У окремому випадку, коли окислювачем є кисень, назва може бути у вигляді «донор + оксидаза». Згідно з міжнародною класифікацією ферментів, оксидоредуктази відносяться до 1 класу ферментів, в межах якого виділяють 22 підкласи:
· КФ 1.1 — ферменти, що взаємодіють з CH—OH—групою донорів;
· КФ 1.2 — ферменти, що взаємодіють з альдегідною або оксо-групою донорів;
· КФ 1.3 — ферменти, що взаємодіють з CH—CH—групою донорів;
· КФ 1.4 — ферменти, що взаємодіють з CH—NH2 групою донорів;
· КФ 1.5 — ферменти, що взаємодіють з CH—NH групою донорів;
· КФ 1.6 — ферменти, що взаємодіють з НАД · H або НАДФ · H;
· КФ 1.7 — ферменти, що взаємодіють з іншими азотовмісними сполуками в якості донорів;
· КФ 1.8 — ферменти, що взаємодіють з сірковмісною групою донорів;
· КФ 1.9 — ферменти, що взаємодіють з гемовою групою донорів;
· КФ 1.10 — ферменти, що взаємодіють з дифенолами та спорідненими сполуками в якості донорів;
· КФ 1.11 — ферменти, що взаємодіють з пероксидом в якості акцептора (пероксидази);
· КФ 1.12 — ферменти, що взаємодіють з воднем в якості донорів;
· КФ 1.13 — ферменти, що взаємодіють з одиночними донорами із вбудуванням молекулярного кисню (оксигенази);
· КФ 1.14 — ферменти, що взаємодіють з парними донорами з вбудовуванням молекулярного кисню;
· КФ 1.15 — ферменти, що взаємодіють з супероксид-радікалами в якосі акцепторів;
· КФ 1.16 — ферменти, що окилюють іони металів;
· КФ 1.17 — ферменти, що взаємодіють з CH чи CH2 групами;
· КФ 1.18 — ферменти, що взаємодіють з залізосірчаними білками в якості донорів;
· КФ 1.19 — ферменти, що взаємодіють з відновленим флаводоксином в якості донора;
· КФ 1.20 — ферменти, що взаємодіють з фосфором чи миш'яком в якості донора;
· КФ 1.21 — ферменти, що взаємодіють з молекулами виду X—H и Y—H з утворенням зв'язку X—Y;
· КФ 1.97 — решта оксидоредуктаз.
Гідролази (КФ 3) — клас ферментів, що каталізують гідроліз ковалентного зв'язку. Загальний вигляд реакції, що каталізується гідролазами, виглядає наступним чином:
A–B + H2O → A–OH + B–HСистематична назва гідролаз включає назву субстрату, що розщеплюється, з додаванням після неї слова -гідролаза. Однак, як правило, в тривіальній назві слово гідролаза скорочується до суфіксу «-аза».
Згідно з міжнародною класифікацією ферментів гідролази віднесені до класу (КФ 3). Клас, в свою чергу, підрозділяється на 13 підкласів в залежності від типу зв'язку, що гідролізується.
Лігази (від лат. ligāre — «зшивати», «зв'язувати») — клас ферментів (КФ 6), здатних каталізувати з'єднання двох молекул з утворенням нового хімічного зв'язку (лігування). При цьому зазвичай відбувається відщеплення (гідроліз) невеликої хімічної групи від однієї з молекул. Зазвичай реякція має вигляд:
Ab + C → A—C + b
де малі букви позначають невеликі хімічні групи, що відщеплюються лігазою.
Зазвичай назви лігаз включаються в себе слово «лігаза» (наприклад, ДНК-лігаза) або слово «синтетаза» (наприклад, аміноацил-тРНК-синтетаза). Через те, що деякі лігази додають вуглекислоту до молекули, вони мють назва карбоксилаз. Відмітьте, не слід плутати назви «синтетаза» і «синтаза», остання каталізує синтез молекул без відщеплення малої групи і згідно класифікації ферментів групується разом з ліазами.
В класифікації міжнародної комісії по ферментам, лігази класифікуються як КФ 6 та поділяються на 6 підгруп:
· КФ 6.1 включає лігази, що формують зв'язки вуглець-кисень
· КФ 6.2 включає лігази, що формують зв'язки вуглець-сірка
· КФ 6.3 включає лігази, що формують зв'язки вуглець-азот (включаючи аргінінсукцинат-синтетазу)
· КФ 6.4 включає лігази, що формують зв'язки вуглець-вуглець
· КФ 6.5 включає лігази, що формують фосфодиефірні зв'язки
· КФ 6.6 включає лігази, що формують зв'язки азот-метал
5 Локалізація ферментів у клітині
В кожній рослинній клітині синтезуються білкові молекули, які діють як каталізатори. Сотні різних ферментів, які діють в кожній клітині, прискорюють численні ферментативні реакції, послідовність яких становить так звані метаболічні шляхи. Ферментативні реакції поділяють на реакції синтезу (анаболічні) та реакції розпаду (катаболічні). Ферменти характеризуються специфічністю, з’єднуючись із субстратом, вони утворюють короткоживучий фермент – субстратний комплекс, який по закінченні реакції розпадається на продукти реакції та фермент. Фермент в реакції не змінюється. Концентрації ферменту і субстрату при певних умовах значно впливають на швидкість ферментативної реакції. Концентрація ферменту помітно позначається на швидкості ферментативної реакції тоді, коли спостерігається значний надлишок субстрату. Як правило, згадану залежність на графіку можна показати прямою лінією. Лише в разі порушення нормального перебігу реакції (під впливом інгібіторів або активаторів, при затримці пересування молекул субстрату до молекул ферменту) спостерігається відхилення від загальної закономірності.
Ферменти резистентного дихання
Мітохондрії рослин відрізняються від мітохондрій тварин тим, що в них можуть функціонувати два різних шляхи перенесення електронів від субстрату типу НАД•Н та сукцинату до О2. Якщо один з цих шляхів пригнічується з допомогою KCN-ціанідів, що блокують цитохромоксидазу, то інший шлях не блокується ціанідом, а тому його називають ціанід резистентним ланцюгом перенесення електронів. Аналогічно сам окислювальний процес, що призводить до утворення такого термінального ланцюга, має назву ціанідрезистентного дихання, або дихання, стійкого до ціаніду. Слід підкреслити, що ці два ланцюги не зовсім незалежні. Справа в тому, що в обох випадках введення в ланцюг електронних пар здійснюється внутрішньою та зовнішньою НАДН-дегідрогеназою та сукцинатдегідрогеназою і далі вони передають на убіхінон. Тільки потім, після убіхінону, спостерігається розділення їхніх дальших шляхів. В нормальному ланцюгу електрони поступово переносяться через ФП, цитохроми b- і с- типу та цитохромоксидазу до О2, тоді як в ціанід резистентному ланцюгу електрони переносяться від убіхінону на ФП, а потім через ціанідрезистентну термінальну оксидазу теж на О2. Природу термінальної оксидази поки що не вивчено. Вважають, що це залізо сірчаний білок, що не є гемопротеїном. Фізіологічне значення ціанідрезистентного дихання не зрозуміле. Вважають, що воно відповідає за клімактерій у плодів, тобто посилення дихання в процесі перед дозріванням плодів. Є дані, що клімактерій індукується етиленом, тому вважають, що етилен стимулятор ціанідрезистентного дихання. Доведено, що у деяких проростків цей тип дихання функціонує на ранніх етапах (бубнявіння насіння).
Допоміжні ферменти