Su oksidoreduktaze su proteini s enzimatskom aktivnošću koji su odgovorni za katalizira oksidaciju - reakcija redukcije, tj reakcije uključuju uklanjanje vodikovih atoma ili elektroni u supstrata na koju djeluju.
Reakcije koje kataliziraju ovi enzimi, kao što im ime govori, su reakcije redukcije oksidacije, tj. Reakcije gdje jedna molekula donira elektrone ili vodikove atome, a druga ih prima, mijenjajući svoja oksidacijska stanja.
Grafička shema reakcije oksidoreduktaze tipa EC 1.2.1.40 (Izvor: akane700 Via Wikimedia Commons)
Primjer enzima oksidoreduktaze koji su vrlo česti u prirodi je dehidrogenaza i oksidaza. Može se spomenuti enzim alkohol-dehidrogenaza, koji katalizira dehidrogenaciju etanola da bi se dobio acetaldehid na način ovisan o NAD + ili obrnuta reakcija, da se dobije etanol tijekom alkoholne fermentacije koju provode neki komercijalno važni kvasci.
Enzimi lanca transporta elektrona u aerobnim stanicama su oksidoreduktaze odgovorne za pumpanje protona, zbog čega stvaraju elektrokemijski gradijent kroz unutarnju mitohondrijsku membranu koja omogućava poticanje sinteze ATP-a.
Opće karakteristike
Enzimi oksidoreduktaze su enzimi koji kataliziraju oksidaciju jednog spoja i istodobnu redukciju drugog.
Za njihov rad normalno je prisutnost različitih vrsta koenzima. Koenzimi ispunjavaju funkciju doniranja ili prihvaćanja elektrona i vodikovih atoma koje oksidoreduktaze dodaju ili uklanjaju u svoje supstrate.
Ovi koenzimi mogu biti par NAD + / NADH ili par FAD / FADH2. U mnogim aerobnim metaboličkim sustavima ti se elektroni i vodikovi atomi na kraju prenose iz koenzima koji sudjeluju u kisiku.
Riječ je o enzimima s izraženim „nedostatkom“ specifičnosti supstrata, što im omogućuje kataliziranje reakcija umrežavanja u različitim vrstama polimera, bilo da su u pitanju proteini ili ugljikohidrati.
Klasifikacija
Mnogo puta se nomenklatura i razvrstavanje ovih enzima temelji kako na glavnom supstratu koji koriste i vrsti koenzima koji trebaju da bi djelovali.
Prema preporukama Odbora za nomenklaturu Međunarodne unije za biokemiju i molekularnu biologiju (NC-IUBMB), ti enzimi pripadaju klasi EC 1 i uključuju više ili manje 23 različita tipa (EC1.1-EC1.23), koji su:
- EC 1.1: koji djeluju na CH-OH skupine donatora.
- EC 1.2: koji djeluju na aldehidnu skupinu ili okso grupu davatelja.
- EC 1.3: koji djeluju na CH-CH skupine davatelja.
- EC 1.4: koji djeluju na CH-NH2 skupine donatora.
- EC 1.5: koji djeluju na CH-NH skupine donora.
- EC 1.6: koji djeluju u NADH ili NADPH.
- EC 1.7: koji djeluju na druge spojeve dušika kao donore.
- EC 1.8: koji djeluju na sumporne skupine donora.
- EC 1.9: koji djeluju u skupinama donatora.
- EC 1.10: koji djeluju na donore poput difenola i drugih srodnih tvari.
- EC 1.11: koji djeluju na peroksid kao akceptor.
- EC 1.12: koji djeluju na vodik kao donator.
- EC 1.13: koji djeluju na jednostavne donore s ugradnjom molekularnog kisika (oksigenaze).
- EC 1.14: koji djeluju na "uparene" davatelje, uključivanjem ili smanjenjem molekularnog kisika.
- EC 1.15: koji djeluju na superokside kao akceptori.
- EC 1.16: koji oksidira ione metala.
- EC 1.17: koji djeluju na CH ili CH2 skupine.
- EC 1.18: koji djeluju na proteine koji sadrže željezo i trpe kao donore.
- EC 1.19: koji djeluju na smanjeni flavodoksin kao donor.
- EC 1.20: koji djeluju na donore poput fosfora i arsena.
- EC 1,21: koji djeluju u reakciji XH + YH = XY.
- EC 1,22: koji djeluju na halogene donora.
- EC 1,23: koji smanjuju COC skupine kao prihvatelje.
- EC 1,97: ostale oksidoreduktaze.
Svaka od tih kategorija nadalje uključuje podskupine u koje su razdvojeni enzimi prema preferenciji supstrata.
Primjerice, unutar skupine oksidoreduktaza koje djeluju na CH-OH skupine svojih davatelja postoje neki koji preferiraju NAD + ili NADP + kao akceptore, dok drugi koriste citokrome, kisik, sumpor itd.
Struktura
Kako je skupina oksidoreduktaza izuzetno raznolika, teško je uspostaviti definiranu strukturnu karakteristiku. Njegova struktura varira ne samo od enzima do enzima, već i između vrsta ili skupina živih bića, pa čak i od stanice do stanice u različitim tkivima.
Bioinformatički model strukture enzima oksidoreduktaze (Izvor: Jawahar Swaminathan i osoblje MSD-a iz Europskog instituta za bioinformatiku putem Wikimedia Commonsa)
Na primjer, enzim piruvat dehidrogenaza složen je od tri uzastopno povezana katalitička podjedinica poznata kao E1 podjedinica (piruvat dehidrogenaza), E2 podjedinica (dihidrolipoamid acetiltransferaza) i E3 podjedinica (dihidrolipoamid dehidrogenaza).
Svaka od ovih podjedinica, zauzvrat, može biti sastavljena od više proteinskih monomera iste vrste ili različitih vrsta, to jest, mogu biti homodimerni (oni sa samo dva jednaka monomera), heterotrimerna (oni sa tri monomera) različiti) i tako dalje.
Međutim, to su obično enzimi sastavljeni od alfa-helikoptera i β presavijenih listova raspoređenih na različite načine, sa specifičnim unutar- i intermolekularnim interakcijama različitih vrsta.
Značajke
Enzimi oksidoreduktaze kataliziraju reakcije redukcije oksidacije u gotovo svim stanicama svih živih bića u biosferi. Te su reakcije općenito reverzibilne, pri čemu se stanje oksidacije jednog ili više atoma unutar iste molekule mijenja.
Oksidoreduktazi obično trebaju dva supstrata, onaj koji djeluje kao davatelj vodika ili elektrona (oksidira) i drugi koji djeluje kao akceptor vodika ili elektrona (za smanjenje).
Ti su enzimi izuzetno važni za mnoge biološke procese u različitim vrstama stanica i organizama.
Djeluju, na primjer, u sintezi melanina (pigmenta koji nastaje u stanicama kože ljudi), u stvaranju i razgradnji lignina (strukturni spoj biljnih stanica), u savijanju bjelančevina itd.
Industrijski se koriste za modificiranje teksture nekih namirnica, a primjeri su peroksidaze, glukozida oksidaze i druge.
Nadalje, najistaknutiji enzimi iz ove skupine su oni koji sudjeluju kao elektronički prijenosnici u transportnim lancima mitohondrijske membrane, kloroplastima i unutarnjoj membrani plazme bakterija, gdje su transmembranski proteini.
Primjeri oksidoreduktaza
Postoji stotine primjera enzima oksidoreduktaze u prirodi i industriji. Ovi enzimi, kao što je rečeno, imaju najveću važnost za staničnu funkciju, a samim tim i za život sam po sebi.
Oksidoreduktaze ne uključuju samo enzime peroksidaze, lakaze, glukozne oksidaze ili alkoholne dehidrogenaze; Oni također kombiniraju važne komplekse kao što su enzim gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza ili kompleks piruvat dehidrogenaze itd., Koji su neophodni s gledišta katabolizma glukoze.
Također uključuje sve enzime kompleksa za transport elektrona u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani ili u unutarnjoj membrani bakterija, slično kao neki enzimi koji se nalaze u kloroplastima biljnih organizama.
peroksidaze
Peroksidaze su vrlo raznoliki enzimi i koriste vodikov peroksid kao akceptor elektrona da katalizira oksidaciju širokog spektra supstrata, uključujući fenole, amine ili tiole, među ostalim. U svojim reakcijama smanjuju vodikov peroksid da bi stvorili vodu.
Oni su vrlo važni s industrijskog stajališta, s tim da je peroksidaza iz hrena najvažnija i naj proučavanija od svih.
Biološki gledano, peroksidaze su važne za uklanjanje reaktivnih kisikovih spojeva koji mogu uzrokovati značajnu štetu stanicama.
Reference
- Encyclopaedia Britannica. (2019). Preuzeto 26. prosinca 2019. s www.britannica.com
- Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Enzimatska izmjena teksture mliječnih proizvoda. U Izmjeni teksture hrane (str. 71-97). Woodhead Publishing.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, i Ahern, KG (2000). Biokemija. Dodati. Wesley Longman, San Francisco.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehningerovi principi biokemije. Macmillan.
- Odbor za nomenklaturu Međunarodne unije za biokemiju i molekularnu biologiju (NC-IUBMB). (2019). Preuzeto s www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W., i Jordan, F. (2014). Kompleksi piruvat dehidrogenaze: funkcija i regulacija na bazi strukture. Časopis za biološku kemiju, 289 (24), 16615-16623.