The oxidoreductases ir proteīni ar fermentatīvo aktivitāti, kas ir atbildīgs par katalizēt oksidēšanās - reducēšanās reakcijas, t.i., reakcijās, kurās iesaistīti noņemšanu ūdeņraža atomu vai elektronu pamatnēm, uz kuriem tie darbojas.
Šo enzīmu katalizētās reakcijas, kā norāda to nosaukums, ir oksidācijas-reducēšanās reakcijas, tas ir, reakcijas, kurās viena molekula ziedo elektronus vai ūdeņraža atomus, bet otra saņem tos, mainot to attiecīgos oksidācijas stāvokļus.
EK 1.2.1.40 tipa oksidoreduktāzes reakcijas grafiskā shēma (Avots: akane700, izmantojot Wikimedia Commons)
Dabā ļoti izplatītu oksidoreduktāzes enzīmu piemērs ir dehidrogenāzes un oksidāzes. Var pieminēt spirta dehidrogenāzes enzīmu, kas katalizē etanola dehidrogenēšanu, lai iegūtu acetaldehīdu no NAD + atkarīgā veidā vai apgrieztu reakciju, lai iegūtu etanolu spirta fermentācijas laikā, ko veic daži komerciāli svarīgi raugi.
Elektronu transportēšanas ķēdes enzīmi aerobās šūnās ir oksidoreduktāzes, kas ir atbildīgas par protonu sūknēšanu, tāpēc tie rada elektroķīmisko gradientu caur iekšējo mitohondriju membrānu, kas ļauj veicināt ATP sintēzi.
Vispārīgais raksturojums
Oksidoreduktāzes enzīmi ir fermenti, kas katalizē viena savienojuma oksidēšanu un vienlaikus cita savienojuma reducēšanu.
Parasti to darbībai ir nepieciešama dažāda veida koenzīmi. Koenzīmi pilda elektronu un ūdeņraža atomu ziedošanas vai pieņemšanas funkciju, ko oksidoreduktāzes pievieno vai noņem to substrātiem.
Šie koenzīmi var būt NAD + / NADH pāri vai FAD / FADH2 pāri. Daudzās aerobās metabolisma sistēmās šie elektroni un ūdeņraža atomi galu galā tiek pārvietoti no iesaistītajiem koenzīmiem uz skābekli.
Tie ir fermenti ar izteiktu substrāta specifiskuma “trūkumu”, kas ļauj tiem katalizēt šķērssavienojumu reakcijas dažāda veida polimēros neatkarīgi no tā, vai tie ir proteīni vai ogļhidrāti.
Klasifikācija
Daudzas reizes šo fermentu nomenklatūra un klasifikācija ir balstīta gan uz galveno substrātu, ko viņi izmanto, gan uz koenzīma veidu, kas tiem nepieciešams, lai darbotos.
Saskaņā ar Starptautiskās Bioķīmijas un molekulārās bioloģijas savienības (NC-IUBMB) Nomenklatūras komitejas ieteikumiem šie fermenti pieder pie EC 1 klases un ietver vairāk vai mazāk 23 dažādus veidus (EC1.1-EC1.23), kas ir :
- EC 1.1: kas iedarbojas uz donoru CH-OH grupām.
- EC 1.2: kas iedarbojas uz donoru aldehīdu vai okso grupu.
- EC 1.3: kas iedarbojas uz donoru CH-CH grupām.
- EC 1.4: kas iedarbojas uz donoru CH-NH2 grupām.
- EC 1.5: kas iedarbojas uz donoru CH-NH grupām.
- EC 1.6: kas darbojas NADH vai NADPH.
- EC 1.7: kas kā donori iedarbojas uz citiem slāpekļa savienojumiem.
- EC 1.8: kas iedarbojas uz donoru sēra grupām.
- EC 1.9: darbojas donoru heme grupās.
- EC 1.10: kas iedarbojas uz donoriem, piemēram, difenoliem un citām saistītām vielām.
- EC 1.11: kas iedarbojas uz peroksīdu.
- EC 1.12: kas darbojas kā ūdeņradis kā donors.
- EC 1.13: kas darbojas ar vienkāršiem donoriem, iestrādājot molekulāro skābekli (oksigenāzes).
- EC 1.14: kas darbojas uz “pāriem” donoriem, iekļaujot vai samazinot molekulāro skābekli.
- EC 1.15: kas iedarbojas uz superoksīdiem.
- EC 1.16: kas oksidē metāla jonus.
- EC 1.17: kas iedarbojas uz CH vai CH2 grupām.
- EC 1.18: kas iedarbojas uz olbaltumvielām, kas satur dzelzi un cieš no donoriem.
- EC 1.19: kas samazina reducēto flavodoksīnu kā donoru.
- EC 1.20: kas iedarbojas uz donoriem, piemēram, fosforu un arsēnu.
- EC 1.21: kas darbojas reakcijā XH + YH = XY.
- EC 1.22: kas iedarbojas uz donoru halogēniem.
- EC 1.23: kas samazina KPK grupas kā akceptorus.
- EC 1,97: citas oksidoreduktāzes.
Katrā no šīm kategorijām papildus ietilpst apakšgrupas, kurās fermenti tiek atdalīti pēc substrāta izvēles.
Piemēram, oksidoreduktāžu grupā, kas iedarbojas uz savu donoru CH-OH grupām, daži uzskata, ka par akceptoriem dod priekšroku NAD + vai NADP +, bet citi izmanto citohromus, skābekli, sēru utt.
Uzbūve
Tā kā oksidoreduktāžu grupa ir ārkārtīgi daudzveidīga, definēt noteikto strukturālo īpašību ir diezgan grūti. Tās struktūra atšķiras ne tikai starp fermentiem, bet arī starp sugām vai dzīvo būtņu grupām un pat no šūnām dažādos audos.
Oksidreduktāzes enzīma struktūras bioinformātiskais modelis (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā caur Wikimedia Commons)
Fermenta piruvāta dehidrogenāze, piemēram, ir komplekss, kas sastāv no trim secīgi saistītām katalītiskām apakšvienībām, kas pazīstamas kā E1 subvienība (piruvāta dehidrogenāze), E2 apakšvienība (dihidrolipoamīda acetiltransferāze) un E3 apakšvienība (dihidrolipoamīda dehidrogenāze).
Katru no šīm apakšvienībām, savukārt, var veidot no vairākiem viena un tā paša veida vai dažādu veidu olbaltumvielu monomēriem, tas ir, tie var būt homodimeriski (tie, kuriem ir tikai divi vienādi monomēri), heterotrimēriski (tie, kuriem ir trīs monomēri) dažādi) un tā tālāk.
Tomēr parasti tie ir fermenti, kas sastāv no alfa helikām un β-salocītām loksnēm, kas sakārtotas dažādos veidos, ar dažādu veidu specifiskām intra- un starpmolekulārajām mijiedarbībām.
Iespējas
Oksidreduktāzes fermenti katalizē oksidācijas-reducēšanās reakcijas praktiski visās biosfēras visu dzīvo lietu šūnās. Šīs reakcijas parasti ir atgriezeniskas, un tajā pašā molekulā tiek mainīts viena vai vairāku atomu oksidācijas stāvoklis.
Oksidoreduktāzēm parasti nepieciešami divi substrāti: viens, kas darbojas kā ūdeņraža vai elektronu donors (kas tiek oksidēts), un otrs, kas darbojas kā ūdeņraža vai elektronu akceptors (kas ir reducēts).
Šie fermenti ir ārkārtīgi svarīgi daudzos bioloģiskos procesos dažāda veida šūnās un organismos.
Tie darbojas, piemēram, melanīna (pigmenta, kas veidojas cilvēka ādas šūnās) sintēzē, veidojot un sadaloties lignīnam (augu šūnu strukturālam savienojumam), salocot. olbaltumvielas utt.
Tos izmanto rūpnieciski, lai modificētu dažu ēdienu tekstūru, un to piemēri ir peroksidāzes, glikozes oksidāzes un citi.
Turklāt ievērojamākie šīs grupas enzīmi ir tie, kas kā elektroniskie transportētāji piedalās mitohondriju membrānas, hloroplastu un baktēriju iekšējās plazmas membrānas transportēšanas ķēdēs, kur tie ir transmembranālie proteīni.
Oksidoreduktāžu piemēri
Dabā un rūpniecībā ir simtiem oksidoreduktāzes enzīmu piemēru. Šiem fermentiem, kā tika runāts, ir ārkārtīgi svarīgas funkcijas šūnu darbībā un līdz ar to arī mūžā per se.
Oksidoreduktāzes ietver ne tikai fermentus peroksidāzes, lakāzes, glikozes oksidāzes vai spirta dehidrogenāzes; Tie arī apvieno svarīgus kompleksus, piemēram, fermenta glicerraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāzi vai piruvāta dehidrogenāzes kompleksu utt., Kas ir svarīgi no glikozes katabolisma viedokļa.
Tas ietver arī visus elektronu transporta kompleksa fermentus iekšējā mitohondriju membrānā vai baktēriju iekšējā membrānā, līdzīgi kā daži no fermentiem, kas atrodami augu organismu hloroplastos.
Peroksidāzes
Peroksidāzes ir ļoti dažādi fermenti, un ūdeņraža peroksīdu izmanto kā elektronu akceptoru, lai katalizētu visdažādāko substrātu, ieskaitot fenolus, amīnus vai tiolus, oksidāciju. Reakcijās viņi samazina ūdeņraža peroksīdu, iegūstot ūdeni.
No rūpniecības viedokļa tie ir ļoti svarīgi, un mārrutku peroksidāze ir vissvarīgākā un visvairāk pētītā.
Bioloģiski runājot, peroksidāzes ir svarīgas reaktīvo skābekļa savienojumu noņemšanai, kas var radīt ievērojamu kaitējumu šūnām.
Atsauces
- Enciklopēdija Britannica. (2019. gads). Iegūts 2019. gada 26. decembrī no vietnes www.britannica.com
- Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Fermentēta piena produktu struktūras maiņa. Pārtikas tekstūras modificēšana (71.-97. Lpp.). Izdevniecība Woodhead.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Bioķīmija. Pievienot. Veslijs Longmans, Sanfrancisko.
- Nelsons, DL, Lehingers, AL, & Cox, MM (2008). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.
- Starptautiskās bioķīmijas un molekulārās bioloģijas savienības (NC-IUBMB) Nomenklatūras komiteja. (2019. gads). Saņemts no vietnes www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W., and Jordan, F. (2014). Piruvāta dehidrogenāzes kompleksi: uz struktūru balstīta funkcija un regulēšana. Journal of Biological Chemistry, 289 (24), 16615-16623.