Tyto oxidoreduktázy jsou proteiny s enzymatickou aktivitou, které jsou odpovědné za katalyzující oxidaci - redukčních reakcí, to jest reakce zahrnující odstranění vodíkových atomů nebo elektronů v substrátech, na které působí.
Reakce katalyzované těmito enzymy, jak naznačuje jejich název, jsou oxidačně-redukční reakce, tj. Reakce, kdy jedna molekula daruje elektrony nebo atomy vodíku a druhá je přijímá a mění jejich příslušné oxidační stavy.
Grafické znázornění reakce oxidoreduktázy typu EC 1.2.1.40 (Zdroj: akane700 Via Wikimedia Commons)
Příkladem oxidoreduktázových enzymů, které jsou v přírodě velmi běžné, jsou dehydrogenázy a oxidázy. Je možné zmínit enzym alkoholdehydrogenázu, který katalyzuje dehydrogenaci ethanolu za vzniku acetaldehydu způsobem závislým na NAD + nebo reverzní reakci, za účelem produkce ethanolu během alkoholové fermentace prováděné některými komerčně důležitými kvasinkami.
Enzymy řetězce transportu elektronů v aerobních buňkách jsou oxidoreduktasy zodpovědné za čerpání protonů, a proto vytvářejí elektrochemický gradient vnitřní mitochondriální membránou, která umožňuje podporu syntézy ATP.
Obecné vlastnosti
Enzymy oxidoreduktázy jsou enzymy, které katalyzují oxidaci jedné sloučeniny a současnou redukci jiné.
Ty obvykle vyžadují pro svou činnost přítomnost různých typů koenzymů. Koenzymy plní funkci darování nebo přijímání elektronů a atomů vodíku, které oxidoreduktázy přidávají nebo odstraňují na své substráty.
Těmito koenzymy může být pár NAD + / NADH nebo pár FAD / FADH2. V mnoha aerobních metabolických systémech jsou tyto elektrony a atomy vodíku nakonec přeneseny z koenzymů zapojených do kyslíku.
Jsou to enzymy se zřetelným „nedostatkem“ substrátové specificity, což jim umožňuje katalyzovat zesíťovací reakce v různých typech polymerů, ať už jsou to proteiny nebo uhlohydráty.
Klasifikace
Názvosloví a klasifikace těchto enzymů je mnohokrát založena na hlavním substrátu, který používají, a na typu koenzymu, který potřebují k fungování.
Podle doporučení Výboru pro nomenklaturu Mezinárodní unie pro biochemii a molekulární biologii (NC-IUBMB) patří tyto enzymy do třídy EC 1 a zahrnují více či méně 23 různých typů (EC1.1-EC1.23), které jsou:
- ES 1.1: které působí na skupiny dárců CH-OH.
- EC 1.2: které působí na aldehydovou skupinu nebo oxoskupinu dárců.
- EC 1.3: které působí na skupiny CH-CH dárců.
- EC 1.4: které působí na skupiny dárců CH-NH2.
- EC 1.5: které působí na skupiny CH-NH dárců.
- EC 1.6: které působí v NADH nebo v NADPH.
- EC 1.7: které působí jako jiné donory jako sloučeniny dusíku.
- EC 1.8: které působí na skupiny síry dárců.
- ES 1.9: které působí ve skupinách dárců.
- EC 1.10: které působí na dárce, jako jsou difenoly a jiné příbuzné látky.
- EC 1.11: které působí na peroxid jako akceptor.
- EC 1.12: které působí na vodík jako dárce.
- EC 1.13: které působí na jednoduché dárce se začleněním molekulárního kyslíku (oxygenázy).
- EC 1.14: které působí na „spárované“ dárce se začleněním nebo snížením molekulárního kyslíku.
- EC 1.15: které působí na superoxidy jako akceptory.
- EC 1.16: které oxidují kovové ionty.
- EC 1.17: které působí na skupiny CH nebo CH2.
- EC 1.18: které působí na bílkoviny, které obsahují železo a trpí jako dárci.
- EC 1.19: které působí jako dárce na redukovaný flavodoxin.
- EC 1.20: které působí na dárce, jako je fosfor a arsen.
- EC 1,21: které působí v reakci XH + YH = XY.
- EC 1.22: které působí na halogen dárců.
- EC 1.23: které redukují COC skupiny jako akceptory.
- EC 1.97: jiné oxidoreduktázy.
Každá z těchto kategorií dále zahrnuje podskupiny, do kterých jsou enzymy separovány podle preference substrátu.
Například ve skupině oxidoreduktáz, které působí na skupiny CH-OH jejich dárců, existují některé, které preferují NAD + nebo NADP + jako akceptory, zatímco jiné používají cytochromy, kyslík, síru atd.
Struktura
Protože skupina oxidoreduktáz je extrémně různorodá, je stanovení definované strukturální charakteristiky docela obtížné. Jeho struktura se liší nejen od enzymu k enzymu, ale také mezi druhem nebo skupinou živých bytostí a dokonce od buněk k buňkám v různých tkáních.
Bioinformatický model struktury enzymu oxidoreduktázy (Zdroj: Zaměstnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)
Enzym pyruvátdehydrogenáza je například komplex složený ze tří postupně spojených katalytických podjednotek známých jako podjednotka El (pyruvátdehydrogenáza), podjednotka E2 (dihydrolipoamid acetyltransferáza) a podjednotka E3 (dihydrolipoamid dehydrogenáza).
Každá z těchto podjednotek může být zase složena z více než jednoho proteinového monomeru stejného typu nebo různých typů, to znamená, že mohou být homodimerní (ty, které mají pouze dva stejné monomery), heterotrimerní (ty se třemi monomery) různé) a tak dále.
No obstante, usualmente se trata de enzimas compuestas por hélices alfa y láminas β-plegadas dispuestas de diferentes formas, con interacciones intra- e intermoleculares específicas de diferentes tipos.
Funciones
Las enzimas oxidorreductasas catalizan reacciones de óxido-reducción virtualmente en todas las células de todos los seres vivos sobre la biósfera. Estas reacciones son generalmente reversibles, en las cuales el estado de oxidación de uno o más átomos dentro de la misma molécula se ve alterado.
Usualmente las oxidorreductasas necesitan dos sustratos, uno que actúe como donador de átomos de hidrógeno o de electrones (que se oxide) y otro que actúe como aceptor de hidrógeno o de electrones (que se reduzca).
Estas enzimas son sumamente importantes para muchos procesos biológicos en diferentes tipos de células y organismos.
Fungují například při syntéze melaninu (pigmentu, který se tvoří v buňkách kůže člověka), při tvorbě a degradaci ligninu (strukturní sloučeniny rostlinných buněk), při skládání protein atd.
Používají se průmyslově k úpravě struktury některých potravin a jejich příklady jsou peroxidázy, glukózoxidázy a další.
Kromě toho nejvýznamnější enzymy této skupiny jsou ty, které se účastní jako elektronické transportéry v transportních řetězcích mitochondriální membrány, chloroplastů a vnitřní plazmatické membrány bakterií, kde jsou transmembránovými proteiny.
Příklady oxidoreduktáz
Existují stovky příkladů oxidoreduktázových enzymů v přírodě a v průmyslu. Tyto enzymy, jak bylo uvedeno, mají funkce nejdůležitější pro funkci buněk, a tedy pro život samy o sobě.
Oxidoreduktázy neobsahují pouze enzymy peroxidázy, lakázy, glukózoxidázy nebo alkoholdehydrogenázy; Kombinují také důležité komplexy, jako je enzym glyceraldehyd 3-fosfát dehydrogenáza nebo komplex pyruvát dehydrogenázy atd., Nezbytné z hlediska katabolismu glukózy.
Zahrnuje také všechny enzymy komplexu transportu elektronů ve vnitřní mitochondriální membráně nebo ve vnitřní membráně bakterií, podobné některým enzymům nalezeným v chloroplastech rostlinných organismů.
Peroxidázy
Peroxidázy jsou velmi rozmanité enzymy a používají peroxid vodíku jako elektronový akceptor k katalyzování oxidace široké škály substrátů, včetně fenolů, aminů nebo thiolů. Ve svých reakcích redukují peroxid vodíku za vzniku vody.
Jsou velmi důležité z průmyslového hlediska, přičemž křenová peroxidáza je nejdůležitější a nejstudovanější ze všech.
Z biologického hlediska jsou peroxidázy důležité pro odstranění reaktivních sloučenin kyslíku, které mohou způsobit významné poškození buněk.
Reference
- Encyklopedie Britannica. (2019). Citováno z 26. prosince 2019, z www.britannica.com
- Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Enzymatická modifikace textury mléčných výrobků. In Modifying Food Texture (str. 71-97). Woodhead Publishing.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biochemie. Přidat. Wesley Longman, San Francisco.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.
- Výbor pro nomenklaturu Mezinárodní unie biochemie a molekulární biologie (NC-IUBMB). (2019). Citováno z www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W. a Jordan, F. (2014). Komplexy pyruvátdehydrogenázy: funkce a regulace na základě struktury. Journal of Biological Chemistry, 289 (24), 16615-16623.