Оксидоредуктази
До класу оксидоредуктаз відносять ферменти, що каталізують окисно-відновні реакції. Загальна схема їх може бути представлена таким чином:
де AH2 -донор водню, B - акцептор водню. У живих організмах окислення здійснюється переважно шляхом відщеплення атомів водню чи електронів від субстратів-донорів. Акцепторами атомів водню чи електронів може бути різні речовини - коферменти (НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, глутатіон, ліпоєва кислота, убихинон), цитохроми. залізосерні білки та кисень.
Підкласи оксидоредуктазу формуються залежно від природи функціональної групи донора водню (електронів). Усього виділяють 19 підкласів. Основними є такі:
Оксидоредуктази, що діють на СН-ОН-групу донорів. Ферменти, що належать до цього підкласу, окислюють спиртові групи до альдегідних або кетонних груп. Як приклад можна навести фермент алкогольдегідрогеназу (алкоголь: НАД-оксидоредуктаза; КФ 1.1.1.1). що бере участь у метаболізмі етанолу в тканинах:
Крім окислення спиртів, ферменти цього підкласу беруть участь у дегідруванні оксикислот (молочної, яблучної, ізолімонної), моносахаридів та інших сполук, що містять гідроксильні групи.
Оксидоредуктази, що діють на альдегідну чи кетонну групу донорів. Ці ферменти окислюють альдегіди та кетони до карбонових кислот. Наприклад, представник даного підкласу - гліцеральдегід-3-фосфатдегідрогеназа (D-гліцеральдегід-3-фосфат: НАД-оксидоредуктаза (фосфорилююча), КФ 1.2.1.12) - каталізує одну з проміжних реакцій розпаду глюкози:
Продукт цієї реакції містить багату енергією фосфатний зв'язок в 1-му положенні. Залишок фосфорної кислоти, що утворює цей зв'язок, може бути перенесений від1,3-дифосфогліцерату на АДФ з утворенням АТФ (див. далі).
Оксидоредуктази, що діють на СН-СН-групу донорів. В результаті каталізованих ними реакцій СН-СН-групи перетворюються на С=С-групи. тобто відбувається утворення ненасичених сполук із насичених. Наприклад, фермент циклу трикарбонових кислот сукцинатдегідрогеназу (сукцинат:акцептор - оксидоредуктаза, КФ 1.3.99.1) прискорює окислення бурштинової кислоти з утворенням ненасиченої фумарової кислоти:
Оксидоредуктази, що діють на CH-NH2-групу донорів. Ці ферменти каталізують окисне дезамінування амінокислот та біогенних амінів. Аміни при цьому перетворюються на альдегіди або кетони, амінокислоти - на кетокислоти і виділяється аміак. Так, глутаматдегідрогеназа (L-глутамат:НАД(Ф) - оксидоредуктаза (дезамінуючий), КФ 1.4.1.3) бере участь у наступному перетворенні глутамату:
Оксидоредуктази, що діють на групи, що містять сірки донорів, каталізують окислення тіолових (сульфгідрильних) груп до дисульфідних, а сульфітів - до сульфатів. Прикладом ферменту є дигідроліпоїлдегідрогеназа (КФ 1.8.1.4), що каталізує одну з проміжних реакцій окисного декарбоксилювання пірувату:
Оксидоредуктази, що діють на пероксид водню як акцептор, порівняно нечисленні та об'єднані в окремий підклас, відомий також під тривіальною назвою пероксидази. Прикладом ферменту є глутатіонпероксидаза (глутатіон:Н2О2 - оксидоредуктаза. КФ 1.11.1.9), що бере участь в інактивації пероксиду водню в еритроцитах, печінці та деяких інших тканинах:
Оксидоредуктази, що діють на пару донорів із включенням молекулярного кисню, або монооксигенази - ферменти, що каталізують окислення органічних сполук молекулярнимкиснем, що призводить до включення одного з атомів кисню до молекул цих сполук. У цьому другий атом кисню входить у молекулу води. Так реакція перетворення фенілаланіну на тирозин каталізується фенілаланін-4-монооксигеназою (КФ 1.14.16.1):
У деяких людей генетичний дефект цього ферменту спричинює захворювання, яке зветься фенілкетонурією.
До монооксигеназ відноситься також фермент, відомий під назвою цитохром Р450 (КФ 1.14.14.1) Він міститься, головним чином, в клітинах печінки і здійснює гідроксилювання чужих організму ліпофільних сполук, що утворюються як побічні продукти реакцій або потрапляють в організм ззовні. Наприклад, індол, що утворюється з триптофану в результаті діяльності мікроорганізмів кишечника, піддається в печінці гідроксилювання за наступною схемою:
Поява гідроксильної групи підвищує гідрофільність речовин та полегшує їх подальше виведення з організму. Крім того, цитохром Р450 бере участь в окремих етапах перетворення холестерину та стероїдних гормонів. Наявність у живих організмів високоефективної системи цитохрому Р450 призводить у ряді випадків до небажаних практичних наслідків: скорочує час перебування в організмі людини лікарських препаратів і знижує їх терапевтичний ефект.
Оксидоредуктази, що діють на один донор з включенням молекулярного кисню, або діоксигенази, каталізують перетворення, в ході яких обидва атоми молекули О2 включаються до складу субстрату, що окислюється. Наприклад, у процесі катаболізму фенілаланіну та тирозину відбувається утворення з гомогентизинової кислоти малеїлацетоацетату, до складу якого включаються обидва атоми кисню:
Фермент, який каталізує цю реакцію, називаєтьсягомогентизат-1,2-діоксигеназою (КФ 1.13.11.5). У ряді випадків зустрічається вроджений дефіцит цього ферменту, що призводить до розвитку захворювання, яке називається алкаптонурією.