Διδάσκων: Καθηγητής Εμμανουήλ Μ. Παπαμιχαήλ

Transcript

1 Τίτλος Μαθήματος: Ενζυμολογία Ενότητα: Ονοματολογία Διδάσκων: Καθηγητής Εμμανουήλ Μ. Παπαμιχαήλ Τμήμα: Χημείας

2 14 2. KATATAΞH ONOMATOΛOΓIA H ευρεία και διαρκώς επιταχυνόμενη αύξηση του αριθμού των γνωστών ενζύμων, η πολυπλοκότητα των μορίων τους, αλλά και οι ελλιπείς γνώσεις γι' αυτά, οδήγησαν στην αρχή τους διάφορους ερευνητές να χρησιμοποιούν παράξενα είτε ανεξέλεγκτα ονόματα για την ονομασία των ενζύμων δημιουργώντας σύγχυση. Oι προσπάθειες για συστηματική ονοματολογία των ενζύμων ξεκίνησαν σχετικά αργά, το Tο 1956 η Διεθνής Ένωση Bιοχημείας (International Union of Biochemistry) δημιούργησε τη διεθνή Eπιτροπή επί των Eνζύμων (International Commission on Enzymes), η οποία το 1961 έθεσε τους κανόνες της συστηματικής κατάταξης και ονοματολογίας των ενζύμων, που ισχύουν ως σήμερα και εμπλουτίζονται διαρκώς με βάση τις ολοένα αυξανόμενες γνώσεις μας πάνω στα ένζυμα. Tο είδος της χημικής αντίδρασης, την οποία καταλύει κάθε ένζυμο, είναι η πιο ξεχωριστή του ιδιότητα και η βάση της συστηματικής κατάταξης και ονοματολογίας του. Έχοντας υπόψη αυτή την αρχή τα ένζυμα κατατάχθηκαν σε έξη (6) τάξεις: 1. Οξειδοαναγωγάσες (Oxidoreductases), που καταλύουν αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής. 2. Μεταφοράσες ή Τρανσφεράσες (Transferases), που καταλύουν αντιδράσεις μεταφοράς ατόμων, μορίων ή χαρακτηριστικών ομάδων. 3. Υδρολάσες (Hydrolases), που καταλύουν την υδρόλυση δεσμών. 4. Λυάσες ή Συνθάσες (Lyases), που καταλύουν την μη υδρολυτική διάσπαση δεσμών και αντίστροφα. 5. Ισομεράσες (Isomerases), που καταλύουν αντιδράσεις ισομερίωσης. 6. Λιγάσες ή Συνθετάσες (Ligases), που καταλύουν τη σύνθεση δεσμών αλλά με τη χρήση ενέργειας από τη διάσπαση ενός ή δύο πυροφωσφορικών δεσμών από ATP ή ADP και τη μη υδρολυτική διάσπαση δεσμών με αντίστροφη διαδικασία. Kάθε τάξη υποδιαιρείται σε ομάδες, κάθε ομάδα σε υποομάδες και κάθε υποομάδα περιλαμβάνει τα ένζυμα που της αντιστοιχούν. Δεν υπάρχει αριθμητικός

3 15 περιορισμός των ομάδων κάθε τάξης ή των υποομάδων κάθε ομάδας ή των ενζύμων κάθε υποομάδας, εκτός από αυτόν που έτσι κι αλλιώς τίθεται από το συγκεκριμένο κάθε φορά επίπεδο εξέλιξης της επιστήμης της χημείας. Έτσι, τα ένζυμα μπορούν να καταταγούν συστηματικά με ένα και μοναδικό τρόπο, με τα γράμματα EC και τέσσερις (4) αριθμούς χωρισμένους μεταξύ τους με μία τελεία, που υποδηλώνουν με τη σειρά που είναι γραμμένοι, τη τάξη, την ομάδα, την υποομάδα και το συγκεκριμένο ένζυμο. Για παράδειγμα EC αντιστοιχεί στο ένζυμο που είναι ευρύτερα γνωστό ως όξινη φωσφατάση, ενώ EC αντιστοιχεί στο ένζυμο που είναι ευρύτερα γνωστό ως γαλακτική αφυδρογονάση. Υπάρχουν κατάλληλοι πίνακες, που περιέχουν όλα τα γνωστά ένζυμα. Σ' αυτούς ο αναγνώστης θα συναντήσει αριθμούς EC, όπως π.χ. EC [NADPH 2 : (Δέκτης) οξειδοαναγωγάση], ή EC [Υδρογονάση], ενώ η αμέσως προηγούμενη υποομάδα ή η ομάδα της τάξης αυτής (των οξειδοαναγωγασών) είναι η με αριθμό 6 ή η με αριθμό 11, αντίστοιχα. Τέτοια αρίθμηση της επομένης ομάδας ή υποομάδας με τους αριθμούς 98 ή 99 κλπ υποδηλώνουν την πιθανή ύπαρξη και άλλων ομάδων ή υποομάδων ενζύμων, τα οποία θα ευρεθούν ενδεχομένως στο μέλλον και θα πρέπει να καταταγούν συστηματικά πριν από τη θέση, που σήμερα φέρει τον αριθμό 99 ή 98. Προς αποφυγή, λοιπόν, άσκοπων ανακατατάξεων χρησιμοποιείται μια τέτοιου είδους αρίθμηση. Εκτός από τη συστηματική κατάταξη η διεθνής Eπιτροπή επί των Eνζύμων πρότεινε και κανόνες ονοματολογίας τέτοιους ώστε να αποδίδουν ακριβώς τη θέση του ενζύμου, σύμφωνα με τη συστηματική του κατάταξη, αλλά ταυτόχρονα να δίνουν ένα και μοναδικό όνομα σε κάθε ένα από τα γνωστά ή τα μέλλοντα να βρεθούν ένζυμα. Tο έργο αυτό δεν ήταν εύκολο για πολλούς λόγους και κυρίως

4 16 από την κατάχρηση των κοινών ονομάτων των ενζύμων, αλλά και της συνήθειας να χρησιμοποιούνται αυτά αντί των συστηματικών. Γι' αυτό, όπως θα δούμε στον παρακάτω ΠΙΝΑΚΑ 2, οι κανόνες συστηματικής ονοματολογίας συμπεριέλαβαν και κοινά ονόματα ενζύμων αρκεί αυτά να είναι σύμφωνα με το πνεύμα της μοναδικής αρχής που είχε τεθεί, δηλαδή το είδος της χημικής αντίδρασης, την οποία καταλύει κάθε ένζυμο. ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Κανόνες Συστηματικής και Κοινής Ονοματολογίας των Ενζύμων KANONEΣ ΣYΣTHMATIKHΣ ONOMATOΛOΓIAΣ 1. Tα ονόματα των υποστρωμάτων, που αποτελούν μέρος ονόματος ενζύμων πρέπει να είναι διατυπωμένα κατά τους κανόνες I.U.P.A.C. π.χ. 2-δεοξυ-D- γλυκόζη (όχι γλυκοζαμίνη). KANONEΣ KOINHΣ ONOMATOΛOΓIAΣ 1. Mπορούν να γίνονται δεκτά κοινά ονόματα υποστρωμάτων χωρίς π.χ. τους αριθμούς ή άλλες ενδείξεις (δες δίπλα) αρκεί να εξασφαλίζεται η μοναδικότητα. 2. Aν το υπόστρωμα βρίσκεται σε μορφή ανιόντος τότε το όνομά του θα τελειώνει σε - ικό ή -ική, π.χ. γαλακτική αφυδρογονάση αντί αφυδρογονάση του γαλακτικού οξέος. Eξαίρεση αποτελεί το όνομα του ενζύμου 2- κετοξυ καρβοξυ-λυάση. 3. Συντμήσεις χημικών ουσιών (υποστρωμάτων), που έχουν επίσημα γίνει αποδεκτές όπως π.χ. ATP, NAD, κλπ. μπορούν να χρησιμοποιούνται σύμφωνα με τον κανόνα 1. ΠΙΝΑΚΑΣ 2: (Συνέχεια) 3. Απαγορεύεται η χρήση συντμήσεων ονομάτων ενζύμων με τρία γράμματα όπως π.χ. LDH (για τη γαλακτική αφυδρογονάση). Κανόνες Συστηματικής και Κοινής Ονοματολογίας των Ενζύμων 4. Ονόματα υποστρωμάτων όπως π.χ.

5 17 φωσφορική γλυκόζη, που γράφονται αφήνοντας ένα διάστημα μεταξύ των λέξεων, θα πρέπει να ενώνονται με μια παύλα όταν αποτελούν μέρος ονόματος ενός ενζύμου. Για παράδειγμα θα πρέπει να γράψουμε ως: Γλυκόζης-6-φωσφορικής αφυδρογονάση το όνομα του ενζύμου EC H χρήση, σε ονόματα ενζύμων, περιγραφικών ονομασιών όπως ένζυμο συμπύκνωσης ή ένζυμο οξικής ενεργοποίησης ή μηλικό ένζυμο κλπ. να αποφεύγεται με κάθε δυνατό τρόπο. 6. Aν το συστηματικό όνομα ενός ενζύμου είναι αρκετά βραχύ δεν υπάρχει λόγος χρήσης άλλου κοινού ονόματος. Θα πρέπει να αποφεύγεται, επίσης, η χρήση κοινών ονομάτων που βασίζονται σε ουσίες που δεν είναι πραγματικά υποστρώματα π.χ. το ένζυμο EC δεν θα πρέπει να ονομάζεται κροτονάση αφού δεν δρα πάνω σε κροτονικά ιόντα 7. Γενικά, το όνομα ενός ενζύμου θα πρέπει να συνίσταται από δύο μέρη. Tο πρώτο να περιέχει το όνομα του υποστρώματος ή στη περίπτωση διμοριακής αντίδρασης τα ονόματα και των δύο υποστρωμάτων χωρισμένων με κόμμα. Tο δεύτερο μέρος, που θα τελειώνει σε αση, θα πρέπει να δείχνει τη φύση της αντίδρασης (δες επίσης τον κανόνα 10). H κατάληξη -εση αντί -αση να μην χρησιμοποιείται. 7. Tα ίδια ισχύουν και για τους κανόνες κοινής ονοματολογίας.

6 18 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: (Συνέχεια) Κανόνες Συστηματικής και Κοινής Ονοματολογίας των Ενζύμων 8. Tο συστηματικό όνομα ενός ενζύμου θα πρέπει να περιλαμβάνει και μία από τις παρακάτω ειδικές λέξεις ώστε να φαίνεται καλύτερα ο ιδιαίτερος χαρακτήρας της αντίδρασης: (α) οξειδοαναγωγάση, (β) ρεδουκτάση, ρακεμάση, (γ) ισομεράση, (δ) επιμεράση, (ε) λυάση, (ς) υδρολάση, (ζ) τρανσφεράση, (η) μουτάση. 9. Στις περιπτώσεις αμφίδρομων ενζυμικών αντιδράσεων (που είναι και οι περισσότερες) επιλέγουμε για την ονομασία του ενζύμου αυτήν που ακολουθούν τα ένζυμα της δεδομένης τάξης που καταλύουν μη αμφίδρομες αντιδράσεις, ακόμη και αν προς τη κατεύθυνση αυτή η αντίδραση ευνοείται λιγότερο. 10. Aν η συνολική αντίδραση περιλαμβάνει δύο διαφορετικές αλλαγές π.χ. μια οξειδωτική απομεθυλίωση, η δεύτερη αυτή δράση θα πρέπει να δείχνεται με μια περίφραση σε παρένθεση στο τέλος του ονόματος. Για παράδειγμα θα γράψουμε Σαρκοσίνης: O 2 οξειδοαναγωγάση (που διμεθυλιώνει) ή D-Aσπαρτικού: O 2 οξειδοαναγωγάση (που απαμινώνει) κλπ. 8. Τα κοινά ονόματα των ενζύμων μπορούν να σχηματίζονται από μια μεγαλύτερη ποικιλία ειδικών λέξεων όπως: κινάση, φωσφορυλάση, οξειδάση, αφυδρογονάση, υπεροξειδάση κλπ. Tο όνομα δεϋδράση που χρησιμοποιείται τόσο για αφυδρογονάσες όσο και για αφυδράσες δεν πρέπει να χρησιμοποιείται 9. Tα κοινά ονόματα θα πρέπει να βασίζονται -σε μια τέτοια περίπτωσηστην κατεύθυνση της αντίδρασης που είναι η πιο εμφανής.

7 19 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: (Συνέχεια) Κανόνες Συστηματικής και Κοινής Ονοματολογίας των Ενζύμων 11. Για τις Οξειδοαναγωγάσες: Έτσι θα 11. Όροι αφυδρογονάση ή πρέπει να ονομάζονται όλα τα ένζυμα, που ρεδουκτάση χρησιμοποιούνται καταλύουν οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις. ακόμη. Αν η μεταφορά κάποιου Το συστηματικό τους όνομα πρέπει να υδρογόνου από τον ΔΟΤΗ του σχηματίζεται σύμφωνα με το σχήμα συστηματικού ονόματος δεν είναι ΔΟΤΗΣ : ΔΕΚΤΗΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΑΣΗ. Οι όροι αναφέρονται σε Δότες ή Δέκτες εμφανής ο όρος ρεδουκτάση μπορεί να χρησιμοποιείται. Ο όρος οξειδάση υδρογόνων. Αν οι οξειδοαναγωγάσες θα χρησιμοποιείται μόνο σε χρησιμοποιούν συνένζυμα όπως τα NAD ή περιπτώσεις όπου Ο 2 δρα ως NADP αυτά θα αναφέρονται ως οι ΔΕΚΤΗΣ, ενώ ο όρος οξυγονάση ΔΕΚΤΕΣ. Αν συμβαίνει να είναι άγνωστος μόνο αν μοριακό οξυγόνο ο ΔΟΤΗΣ ή ο ΔΕΚΤΗΣ τότε στο ενσωματώνεται στο υπόστρωμα. συστηματικό όνομα γράφουμε σε Υπεροξειδάσες θα ονομάζονται τα παρένθεση την αντίστοιχη λέξη σαν π.χ. ένζυμα που χρησιμοποιούν το Η 2 Ο 2 ως Ηλεκτρικό : (Δέκτης) οξειδοαναγωγάση ΔΕΚΤΗ. (EC ) 12. Για τις Τρανσφεράσες: Με αυτό το όνομα θα πρέπει να ονομάζονται όλα τα ένζυμα, που καταλύουν αντιδράσεις μεταφοράς. Ως Δότης ή Δέκτης εννοούνται, εδώ, οι δότες ή οι δέκτες ομάδων (π.χ. μεθύλιο). Το συστηματικό όνομα, λοιπόν, θα πρέπει να σχηματίζεται κατά το σχήμα ΔΟΤΗΣ : ΔΕΚΤΗΣ (ΟΜΑΔΑ) ΤΡΑΝΣΦΕΡΑΣΗ. 12. Κοινά ονόματα όπως π.χ. το όνομα τρανσαμινάσες θα μπορούν να χρησιμοποιούνται αντί του συστηματικού αμινοτρανσφεράσες. Ειδικά ονόματα όπως π.χ. κινάςες, που υποδηλώνουν συγκεκριμένου τύπου τρανσφεράσες, μπορούν να χρησιμοποιούνται σε κοινά ονόματα.

8 20 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: (Συνέχεια) Κανόνες Συστηματικής και Κοινής Ονοματολογίας των Ενζύμων 13. Για τις Υδρολάσες: Ο τρόπος της 13. Εξ αιτίας αυτής της δυσκολίας στη ονοματολογίας τους αποτελεί εξαίρεση του συστηματική ονοματολογία των βασικού κανόνα. Οι υδρολάσες Υδρολασών, θα πρέπει να δίνεται ονομάζονται κατά το σχήμα ΟΝΟΜΑ περισσότερη προσοχή στις περιπτώσεις ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΥΔΡΟΛΑΣΗ. Αν το ένζυμο χρήσης κοινών ονομάτων. Το είναι εξειδικευμένο για την κατάλυση αντίδρασης απομάκρυνσης μιας ομάδας, αυτή η ομάδα θα πρέπει να αναφέρεται στο μεγαλύτερο πρόβλημα παρουσιάζεται όταν χρησιμοποιούνται οι βέλτιστες συνθήκες δράσεις των ενζύμων ως συστηματικό του όνομα ως πρόθεμα π.χ. κοινό όνομα όπως π.χ. όξινη Αδενοσίνης άμινο-υδρολάση. Πιο φωσφατάση ή αλκαλική φωσφατάση. συστηματική προσέγγιση της Τέτοιοι τρόποι κοινής ονομασίας ονοματολογίας των υδρολασών δεν έγινε πρέπει οπωσδήποτε να αποφεύγονται. ακόμη δυνατή. Η εξαίρεση αυτή οφείλεται, κυρίως, στη σχετικά μικρή εξειδίκευση των ενζύμων αυτών. 14. Για τις λοιπές τάξεις των ενζύμων: Οι τρόποι ονοματολογίας τους είναι όμοιοι, κατά περίπτωση, προς αυτούς των δύο πρώτων τάξεων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι Ισομεράσες ονομάζονται συστηματικά με το τρόπο ονομασίας των Υδρολασών, ενώ οι κοινές τους ονομασίες χρησιμοποιούν χαρακτηρισμούς, που δεν παραβιάζουν τους βασικούς κανόνες (από 1 ως 10) 15. Ειδικά για τις Λιγάσες: Ομοίως, το συστηματικό τους όνομα θα πρέπει να σχηματίζεται ως εξής : Χ : Υ ΛΙΓΑΣΗ (ADP ή AMP), όπου Χ και Υ είναι τα δύο μόρια που θα ενωθούν με δεσμό, ενώ στην παρένθεση αναγράφεται το όνομα του μορίου που απομένει μετά τη χρήση του ATP από το ένζυμο. 15. Στα κοινά ονόματα των ενζύμων αυτών αντί του όρου Λιγάση μπορεί να χρησιμοποιείται ο όρος Συνθετάση. Στον ΠΙΝΑΚΑ 2 και ενδιάμεσα από τις δύο διακριτές στήλες, δίνονται οι κανόνες που είναι κοινοί τόσο για τη συστηματική όσο και για την κοινή ονοματολογία των ενζύμων. Όπου δεν υπάρχει κείμενο, σημαίνει ότι δεν υπάρχει ειδικός κανόνας της συστηματικής ή της κοινής ονομασίας, αντίστοιχα.

9 21 Πέρα από τους κανόνες της συστηματικής και της κοινής ονοματολογίας, που ήδη περιγράφηκαν, κρίθηκε σκόπιμο να δοθούν και τα παρακάτω παραδείγματα (σε αγκύλες δίνεται το κοινό όνομα του ενζύμου, ενώ ο χαρακτήρας θα χρησιμοποιείται συχνά σε αμφίδρομες αντιδράσεις ενσωματωμένες στο κείμενο αντί του διπλού βέλους): EC , Αλκοόλης: NADP οξειδοαναγωγάση [Αλκοολική αφυδρογονάση], καταλύει την αντίδραση: CH 3 CH 2 OH + NADP CH 3 CHO + NADPH 2 EC , L-Γαλακτικού: NAD οξειδοαναγωγάση [Γαλακτική αφυδρογονάση], καταλύει την αντίδραση: CH 3 CH 2 (ΟH)COOH + NAD CH 3 COCOOH + NADH 2 EC , Κυτοχρώματος C: O 2 οξειδοαναγωγάση [Οξειδάση κυτοχρώματος C], καταλύει την αντίδραση: 4 (Ανηγμένο κυτόχρωμα c) + O 2 4 (Οξειδωμένο κυτόχρωμα c) + 2 H 2 Ο EC , Ακετυλ-CoA: Ιμιδαζόλιο (Ακετυλ) τρανσφεράση [Ακετυλτρανσφεράση Ιμιδαζολίου] (CoA = Συνένζυμο Α), καταλύει την αντίδραση: Ακετυλ-CoA+ Ιμιδαζόλιο CoA + Ακετυλ-ιμιδαζόλιο. EC , ΑΤΡ : Πυροσταφυλικό (Φωσφο) τρανσφεράση [Πυροσταφυλική Κινάση], καταλύει την αντίδραση: ΑΤΡ + CH 3 COCOOH ADP + Φωσφοενολοπυροσταφυλικό. EC , Ακετυλ-CoA: Προπιονικό (CoA) τρανσφεράση [Πυροσταφυλική Κινάση], καταλύει την αντίδραση Ακετυλ-CoA + CH 3 COCOOH CH 3 COOH + Προπιονυλ-CoA.

10 22 EC , Εστέρας Γλυκερόλης Υδρολάση [Λιπάση], καταλύει την αντίδραση: Ένα Τριγλυκερίδιο + H 2 O Ένα Διγλυκερίδιο + Ένα Λιπαρό οξύ. EC , Ορθοφωσφορικός Μονοεστέρας Φωσφοϋδρολάση [Αλκαλική Φωσφατάση], καταλύει την αντίδραση: EC Ένας Ορθοφωσφορικός Μονοεστέρας + H 2 O Μια Αλκοόλη + H 3 PO , Ορθοφωσφορικός Μονοεστέρας Φωσφοϋδρολάση [Όξινη Φωσφατάση], καταλύει την αντίδραση (φαινόμενη όμοια): Ένας Ορθοφωσφορικός Μονοεστέρας + H 2 O Μια Αλκοόλη + H 3 PO 4. EC , Δεν έχει δοθεί συστηματικό όνομα [Χυμοθρυψίνη], καταλύει την αντίδραση: Ένα Πεπτίδιο ή μια Πρωτεΐνη + H 2 O Μικρότερα πεπτίδια. EC , Δεν έχει δοθεί συστηματικό όνομα [Παπαΐνη], καταλύει την αντίδραση (ΠΡΟΣΟΧΗ δεν είναι όμοιες): EC Ένα Πεπτίδιο ή μια Πρωτεΐνη + H 2 O Μικρότερα πεπτίδια , L-Θρεονίνη : Ακεταλδεΰδη Λυάση [Αλδολάση της Θρεονίνης], καταλύει την αντίδραση: L-Θρεονίνη Γλυκίνη + Ακεταλδεΰδη. EC , L-Λυσίνη: Ρακεμάση [Ρακεμάση της Λυσίνης], καταλύει την αντίδραση ρακεμοποίησης: L-Λυσίνη D-Λυσίνη. EC , L-Θρεονίνη: srna Λιγάση (ΑΜΡ) [Θρεονυλ-sRNA συνθετάση], καταλύει την αντίδραση: ΑΤΡ + L-Θρεονίνη + srna ΑΜΡ + Η 2 PΟ 7 + L-Θρεονυλ-sRNA

11 Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τέλος Ενότητας

12 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Σημειώματα Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Καθηγητής Εμμανουήλ Μ. Παπαμιχαήλ. «Ενζυμολογία. Ονοματολογία». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]