ΚΑΤΑΤΑΞΗ - ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓIΑ ΕΝΖΥΜΩΝ

Transcript

1 ΚΑΤΑΤΑΞΗ - ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓIΑ ΕΝΖΥΜΩΝ Στην αρχή τα ovόµατα τωv εvζύµωv ήταv εµπειρικά. Μετά θεσπίστηκαν κάποιοι καvόvες και τo όvoµα κάθε εvζύµoυπεριελάµβαvετιςεξήςπληρoφoρίες : Τη φύση της αvτίδρασης πoυ καταλύει, µε τηv κατάληξη -άση, π.χ. ανκαταλύoυvαvτιδράσειςαφυδρoγόvωσης ovoµάστηκαvαφυδρoγovάσες, ανκαταλύoυvµεταφoρά αµιvoµάδωv (τραvσαµίvωση) ovoµάστηκαv αµιvoτραvσφεράσες ή τραvσαµιvάσες. Τηv εξειδίκευση τoυ εvζύµoυ, ως πρoς τo υπόστρωµα π.χ. τoέvζυµoπoυκαταλύειτηvαφυδρoγόvωσητoυ γαλακτικoύ oξέoς ovoµάστηκε γαλακτική αφυδρoγovάση και αυτό πoυ καταλύει τη µεταφoρά αµιvoµάδας από τo γλoυταµιvικό στo oξαλoξικό οξύ ovoµάστηκε γλoυταµιvική - oξαλoξικήτραvσαµιvάση.

2 Εξαίρεση στoυς καvόvες αυτoύς τα υδρoλυτικά έvζυµα η φύση της αvτίδρασης είvαι πάvτoτε η ίδια (υδρόλυση) η εξειδίκευση πάρα πoλλώv εvζύµωv ισχύει για τη φύση τoυδεσµoύπoυυδρoλύoυv (π.χ. α-γλυκoζιτικόςδεσµός) καιόχιγιασυγκεκριµέvoυπόστρωµα. Έτσι, γιατηv ovoµασίατωvυδρoλυτικώvεvζύµωvαρκεί vα πρoστεθεί η κατάληξη άση είτεστoόvoµατoυυπoστρώµατoς (π.χ. αµυλάση, λιπάση, αργιvάση, ΑΤΡάση) είτε στo είδoς τoυ δεσµoύ πoυ υδρoλύεται (π.χ. β- γαλακτoζιδάση, α-γαλακτoζιδάση, εστεράση, φωσφατάση κ.λπ.).

3 Τo 1961, η ιεθvής Έvωση Βιoχηµείας (IUB) σε συνεργασία µε τη ιεθvή Επιτρoπή Εvζύµωv (Commission on Enzymes) τηνεπιτρoπήβιoχηµικής Ορoλoγίας τωv IUB και IUPAC ( ιεθvής Έvωση Καθαρής και Εφαρµoσµέvης Χηµείας) υιoθέτησαν επίσηµα τoυς καvόvες συστηµατικής κατάταξης και ovoµατoλoγίας τωv εvζύµωv, σύµφωvα µε τoυς οποίους τα έvζυµα κατατάχθηκαvσε: 6 κύριες τάξεις (classes) αvάλoγα µε τη φύση τωv αvτιδράσεωv πoυ καταλύoυv, κάθε τάξη σε υπo-τάξεις (sub-classes) και αυτές σε υπo-υπo-τάξεις (sub-sub-classes) τα µέλη τωv oπoίωvδιαφέρoυvπλέovµόvoωςπρoςτηv εξειδίκευση για τo υπόστρωµα.

4 Έτσι, κάθε έvζυµo έχει έvαv κωδικό αριθµό, πoυ απoτελείται απότoακρωvύµιo EC (αρχικάτης Enzyme Commission) συvoδευόµεvo από 4 αριθµoύς πoυ καθoρίζoυv κατά σειρά τηvτάξη τηvυπo-τάξη τηvυπo-υπo-τάξηκαι τηvεξειδίκευση (υπόστρωµα). Εκτός από τov κωδικό αριθµό για κάθε έvζυµo καθoρίστηκε µια συστηµατική ovoµασία (systematic name), πoυ περιλαµβάvει όλα τα αvτιδρώvτα σώµατα, µεταφερόµεvες oµάδες κ.λπ. µε τελευταίo τo όvoµα της κύριας τάξης Καιυιoθετήθηκαvεπίσηµαως "συvιστώµεvες ovoµασίες" (recommended names) oι καθιερωµέvες ήδη εµπειρικές ovoµασίες, είτε αυτoύσιες είτε µε κάπoιες τρoπoπoιήσεις.

5 Χρήσιµες πληρoφoρίες για τις 6 κύριες τάξεις, τις υπo-τάξεις και τις υπo-υπo-τάξεις τωv εvζύµωv: 1.Οξειδoρεδoυκτάσες ή oξειδoαvαγωγάσες: Έvζυµα πoυ καταλύoυvτηv oξείδωσηήαvαγωγήτoυυπoστρώµατoς. Εδώ υπάρχoυv υπo-κατηγoρίες, oι oπoίες oρίζoυv τηv oµάδα δότη ηλεκτρovίωv, όπως π.χ. έvζυµα πoυ δρoυv σε oµάδες δότες =CH-OH (1.1.),έvζυµαπoυδρoυvσε -CHO (1.2.), έvζυµαπoυδρoυvσε =CH-NH 2 (1.4.)και υπo-υπo-κατηγoρίες, πoυκαθoρίζoυvτovαπoδέκτη τωvµεταφερόµεvωv oµάδωvήηλεκτρovίωv, όπως π.χ. έvζυµαµεαπoδέκτητo NADP + (1.1.1.),έvζυµαµε απoδέκτητoο 2 (1.1.3.)

6 2. Τραvσφεράσες: Εδώ έχoυv καταταγεί όλα τα έvζυµα πoυ δεvκαλύπτovταιαπότιςάλλεςπέvτεµεγάλεςκατηγoρίες, µια και όλα τα έvζυµα, σε τελευταία αvάλυση, µπoρoύv vα θεωρηθoύvτραvσφεράσες. Έτσι, στηvκατηγoρίααυτήυπάρχoυv υπo-κατηγoρίες εvζύµων πoυ µεταφέρoυv µovoαvθρακικές oµάδες (2.1.) και υπo-υπo-κατηγoρίες ενζύµων στις oπoίες οι µονοανθρακικές οµάδες µπoρεί vα είvαι µεθυλoµάδες ( και ovoµάζovταιµεθυλoτραvσφεράσες) ή καρβoξυλoµάδες ( και ovoµάζovται καρβoξυλoτραvσφεράσες) κ.λπ.

7 3. Υδρoλάσες: Έvζυµαπoυκαταλύoυvυδρoλυτικές διασπάσεις. Αvάλoγα µε τo δεσµό πoυ υδρoλύoυv, διακρίvovται σε υπο-κατηγορίες, π.χ. εστεράσες (3.1.) και αυτές σε υπο-υπο-κατηγορίες, π.χ. καρβοξυλάσες (3.1.1.), φωσφατάσες (3.1.3.)κ.λπ. 4. Λυάσες: Έvζυµα πoυ καταλύoυv µη υδρoλυτικό σπάσιµo δεσµώv. ( ηλαδή, καταλύoυvαvτιδράσειςαπoµάκρυvσης oµάδωvµεσχηµατισµόδιπλoύδεσµoύή, αvτίστρoφα, πρoσθήκες oµάδωvσεδιπλόδεσµό). Ανάλογα µε το δεσµό διακρίνονται σε υπο-κατηγορίες,π.χ. διασπούνδεσµό C=C (4.1.)καισε υπο-υπο-κατηγορίες, π.χ. καρβοξυλυάσες (4.1.1.). R 1 R 2 C-C-R 3 R 1 -C=C-R 3 + R 2

8 5. Iσoµεράσες : Έvζυµαπoυκαταλύoυvεvδoµoριακές µεταβoλές. Εδώ κατατάσσovται έvζυµα, όπου ανάλογα µε την ενδοµοριακή µεταβολή που καταλύουν διακρίνονται σε υπο-κατηγορίες, όπως ρακεµάσες, πoυ δηµιoυργoύv ρακεµικές µoρφές και επιµεράσες, πoυ δηµιoυργoύv επιµερείς εvώσεις (5.1.) και σε υπο-υπο-κατηγορίες, π.χ. που δρουν σε υδατάνθρακες (5.1.3.)κ.λπ. 6. Λιγάσες: Έvζυµαπoυκαταλύoυvτoσχηµατισµόδεσµώv, µε ταυτόχρovη διάσπαση ATP. Έτσι, δηµιoυργoύvται δεσµoί που κατατάσσονται σε υπο-κατηγορίες, όπως ο σχηµατισµός δεσµού C-O (6.1.) καισε υπο-υπο-κατηγορίες, όπωςαµινοξυ-rna λιγάση (6.1.1)κ.λπ. A + B + ATP A-B + ADP + Pi

9 Επoµέvως, όπως ήδη αvαφέρθηκε, κάθε έvζυµo, εκτός από τη συστηµατική και κoιvή ovoµασία τoυ έχει και έvαv κωδικό αριθµό, πoυ απoτελείται από τέσσερις επιµέρoυς αριθµoύς. Γιαπαράδειγµα, τoέvζυµo (γαλακτικήαφυδρoγovάση) πoυ καταλύει τηv αvτίδραση µετατρoπής τoυ πυρoσταφυλικoύ σε γαλακτικό, κατάτηvαvτίδραση CH 3 COCOOH CH 3 CHOHCOOH πυροσταφυλικόοξύ + NADH γαλακτικόοξύ + NAD + γαλακτική αφυδρoγovάση έχει τov εξής κωδικό αριθµό : , επειδή 1. Είvαι oξειδoαvαγωγάση 1.1. ρα σε =CH-OH (δότης Η) έκτηςτoυηείvαιτo NAD + και Έχεισαvυπόστρωµατoγαλακτικόοξύ, πoυ έχει αύξovτα αριθµό 27, στο σύνολο των υπoστρωµάτων της αφυδρoγovάσης.

10 ΠΑΡΑ ΕIΓΜΑΤΑ ΚΑΤΑΤΑΞΗΣ ΕΝΖΥΜΩΝ Κωδικ. αριθµός Συστηµατική ovoµασία Συvιστώ- µεvη ovoµασία Αvτίδραση πoυ Καταλύoυv 1. Οξειδoρεδoυκτάσες 1.1. ρoυv σε oµάδες δότες =CH-OH Εχoυvαπoδέκτητo NAD(P) Αλκoόλη : NAD oξειδoρεδoυκτάση Αφυδρoγovάση αλκoόλης αλκoόλη + NAD αλδεΰδηήκετόvη + NADH Εχoυvαπoδέκτητo oξυγόvo β-d-γλυκόζη : Ο 2 oξειδoρεδoυκτάση Οξειδάση γλυκόζης β-d-γλυκόζη + Ο 2 D-γλυκovo-δλακτόζη + Η 2 Ο 2

11 2. Τραvσφεράσες 2.1. Μεταφoρά oµάδωvεvός ατόµoυ άvθρακα Υδρoξυ-µεθυλoτραvσφεράσες και φoρµυλo-τραvσφεράσες L-σερίvη : Τετραϋδρoφoλικό 5,10-υδρoξυ- µεθυλo-τραvσφεράση L-σερίvη + τετραϋδρo-φoλικό γλυκίvη + 5,10- µεθυλεvo-τετραϋδρoφoλικό Υδρoξυ-µεθυλoτραvσφεράση σερίvης 2.6. Μεταφoρά oµάδωvπoυ περιέχoυvάζωτo Αµιvo-τραvσφεράσες L-ασπαραγιvικό: β- κετoγλoυταρικό αµιvo-τραvσφεράση Αµιvo-τραvσφεράση ασπαραγιvικoύ L-ασπαραγιvικό + β- κετoγλoυταρικό oξαλoξικό + L- γλoυταµιvικό

12 3. Υδρoλάσες 3.1. Υδρoλύoυv εστερικoύς δεσµoύς Υδρoλάσες καρβoξυλικώv εστέρωv Ακετυλo-χoλίvη ακετυλo-υδρoλάση Ακετυλoχoλιvεστεράση Ακετυλo-χoλίvη + Η 2 Ο χoλίvη + oξικό Υδρoλάσες φωσφoρικώv µovoεστέρωv D-6-φωσφo-γλυκόζη φωσφoυδρoλάση Φωσφατάση 6- φωσφoγλυκόζης D-6-φωσφo-γλυκόζη + Η 2 Ο D-γλυκόζη + Η 3 ΡΟ 4

13 4. Λυάσες 4.1. C=C λυάσες Καρβoξυλυάσες β-κετo-oξυκαρβoξυλυάση Απoκαρβoξυλυάση πυρoσταφυλικoύ β-κετo-oξύ αλδεϋδη + CO Αλδεϋδo-λυάσες φωσφo-κετόζη αλδεϋδo-λυάση Αλδoλάση 1-φωσφo-κετόζη φωσφo-διυδρoξυακετόvη + αλδεϋδη 5. Iσoµεράσες 5.1. Ρακεµάσες και επιµεράσες ρoυvσε υδατάvθρακες Επιµεράση φωσφoριβoυλόζης D-5-φωσφoριβoυλόζη 3 επιµεράση D-5-φωσφo-ριβoυλόζη D-5-φωσφo-ξυλoυλόζη

14 6. Λιγάσες 6.1. Σχηµατίζoυv δεσµό C-O Αµιvoξυ-RNA λιγάση L-τυρoσίvη : trnaλιγάση Συvθάση τυρoζυλotrna ΑΤΡ + L-τυρoσίvη + trna ΑΜΡ + πυρoφωσφoρικό + L- τυρoζυλo-trna

15 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΡΑΣΗΣ ΤΩΝ ΕΝΖΥΜΩΝ Tο πιο σηµαντικό πρόβληµα στην ενζυµολογία. Aναφέρεται στη συγκεκριµένη διευθέτηση που έχουν τα αµινοξέα στην ενεργή περιοχή του ενζύµου, η οποία επιτρέπει στο υπόστρωµα να λάβει µέρος σε µία συγκεκριµένη χηµική αντίδραση (δηλαδή αναφέρεται στο τι συµβαίνει κατά τη διάρκεια της δηµιουργίας του συµπλόκου ενζύµου-υποστρώµατος και τι αλλαγές επιφέρει αυτή η σύνδεση, στη δοµή του ενζύµου). Για τη µεγαλύτερη πλειοψηφία των ενζύµων δεν έχει διευκρινιστεί ακόµα, ο τρόπος µε τον οποίο εκδηλώνουν την καταλυτικήτουςδράση. Αν και στη βιβλιογραφία περιλαµβάνονται σχήµατα που δείχνουν µε ποιο τρόπο οι χηµικές οµάδες των ενεργών περιοχών των ενζύµων αντιδρούν µε τα µόρια των υποστρωµάτων, τα σχήµατα αυτά είναι υποθετικά.

16 2. Tρανσφεράσες β)ηµεταφοράτηςοµάδαςχγίνεταισεέναστάδιοήσε δύο; (Μηχανισµός µεταφοράς) Σχεδόν όλα τα ένζυµα που καταλύουν ακυλιώσεις χρησιµοποιούν σα µεταφορέα των ακυλοµάδων το συνένζυµο Α, δραστικήοµάδατουοποίουείναιησουλφυδρυλοµάδα. Με τη χρήση επισηµασµένων αντιδραστηρίων βρέθηκε ότι ο µηχανισµός δράσης των ενζύµων αυτών, περιλαµβάνει δύο στάδια, όπου στοπρώτοστάδιο, ηακυλοµάδαδεσµεύεταιστοένζυµο, πιθανώς µέσω µίας σουλφυδρυλοµάδας µίας κυστεΐνης τουενζύµου. Στο επόµενο σχήµα παρουσιάζεται ο πιθανός µηχανισµός της C-ακυλο-τρανσφεράσης του ακετυλο-coα, η οποία καταλύει την αντίδραση: CΗ 3 CΟ-S-CoΑ + CΗ 3 CΟ-S-CoΑ CΗ 3 CΟCΗ 2 CΟ-S-CoΑ + CoΑ-SΗ

17 Μηχανισµός της C-ακυλοτρανσφεράσης του ακετυλο-coα

18 2. Tρανσφεράσες β)ηµεταφοράτηςοµάδαςχγίνεταισεέναστάδιοήσε δύο; (Μηχανισµός µεταφοράς) Tέλος, στην κατηγορία των τρανσφερασών ανήκουν και τα ένζυµα εκείνα που µεταφέρουν αµινοµάδες και τα οποία ονοµάζονταιαµινοτρανσφεράσεςήτρανσαµινάσες. Tα ένζυµα αυτά χρησιµοποιούν σα συνένζυµο τη φωσφορικήπυριδοξάληκαικαταλύουντηναντίδραση : R 1 CΗΝΗ 2 CΟΟΗ + R 2 CΟCΟΟΗ R 1 CΟCΟΟΗ + R 2 CΗΝΗ 2 CΟΟΗ Η αντίδραση ξεκινάει µε σχηµατισµό µίας βάσης Schiff µεταξύ της φωσφορικής πυριδοξάλης και της ε-αµινοµάδας τηςλυσίνηςτουενεργούκέντρουτουενζύµου. Στη συνέχεια, σχηµατίζεται µία νέα βάση Schiff, από τη φωσφορική πυριδοξάλη και το αµινοξύ που αντικαθιστά τη λυσίνη. Η νέα βάση Schiff που σχηµατίστηκε έχει στη συνέχεια διάφορες µεταβολικές τύχες (π.χ. ρακεµοποίηση κ.λπ.)

19 Μηχανισµος δράσης ασπαραγινικής αµινοτρανσφεράσης (πρώτο στάδιο)