V oksidoreduktaze so proteini z encimsko aktivnostjo, ki so odgovorne za kataliziranje oksidacije - redukcijske reakcije, to je reakcije, ki vključujejo odstranitev atomov vodika ali elektronov v podlagah, na katerih delujejo.
Reakcije, ki jih katalizirajo ti encimi, kot pove njihovo ime, so oksidacijsko-redukcijske reakcije, to so reakcije, pri katerih ena molekula daje elektrone ali vodikove atome, druga pa jih sprejema in spreminja njihova oksidacijska stanja.
Grafična shema reakcije oksidoreduktaze tipa ES 1.2.1.40 (Vir: akane700 Via Wikimedia Commons)
Primer encimov oksidoreduktaze, ki so v naravi zelo pogosti, je dehidrogenaza in oksidaza. Lahko bi omenili encim alkohol dehidrogenazo, ki katalizira dehidrogenacijo etanola, da nastane acetaldehid na odvisen od NAD + ali obratno reakcijo, pri čemer nastane etanol med alkoholno fermentacijo, ki jo izvajajo nekateri tržno pomembni kvasovke.
Encimi elektronske transportne verige v aerobnih celicah so oksidoreduktaze, ki so odgovorne za črpanje protonov, zato ustvarjajo elektrokemični gradient skozi notranjo mitohondrijsko membrano, ki omogoča pospeševanje sinteze ATP.
Splošne značilnosti
Encimi oksidoreduktaze so encimi, ki katalizirajo oksidacijo ene spojine in sočasno zmanjšanje druge.
Za njihovo delovanje običajno potrebujejo prisotnost različnih vrst koencimov. Koencimi opravljajo funkcijo dajanja ali sprejemanja elektronov in vodikovih atomov, ki jih oksidoreduktaze dodajajo ali odstranjujejo v svoje substrate.
Ti koencimi so lahko par NAD + / NADH ali par FAD / FADH2. V mnogih aerobnih presnovnih sistemih se ti elektroni in vodikovi atomi sčasoma prenesejo iz vpletenih koencimov v kisik.
Gre za encime z izrazitim "pomanjkanjem" substratne specifičnosti, kar jim omogoča, da katalizirajo reakcije navzkrižnih vezij v različnih vrstah polimerov, naj gre za beljakovine ali ogljikove hidrate.
Razvrstitev
Velikokrat nomenklatura in razvrstitev teh encimov temelji tako na glavnem substratu, ki ga uporabljajo, kot na vrsti koencima, ki jih potrebujejo za delovanje.
Po priporočilih odbora za nomenklaturo Mednarodne unije za biokemijo in molekularno biologijo (NC-IUBMB) ti encimi spadajo v razred EC 1 in vključujejo več ali manj 23 različnih vrst (EC1.1-EC1.23), ki so :
- ES 1.1: ki delujejo na CH-OH skupine darovalcev.
- ES 1.2: ki delujejo na aldehidno skupino ali okso skupino darovalcev.
- ES 1.3: ki delujejo na CH-CH skupine darovalcev.
- ES 1.4: ki delujejo na CH-NH2 skupine darovalcev.
- ES 1.5: ki delujejo na CH-NH skupine darovalcev.
- ES 1.6: ki delujejo v NADH ali v NADPH.
- ES 1.7: ki delujejo na druge dušikove spojine kot darovalci.
- ES 1.8: ki delujejo na žveplove skupine darovalcev.
- ES 1.9: ki delujejo v skupinah donatorjev.
- ES 1.10: ki delujejo na dajalce, kot so difenoli in druge sorodne snovi.
- ES 1.11: ki delujejo na peroksid kot akceptor.
- ES 1.12: ki delujejo na vodik kot darovalec.
- ES 1.13: ki delujejo na preproste dajalce z vključitvijo molekularnega kisika (oksigenaze).
- ES 1.14: ki delujejo na "seznanjene" darovalce z vključitvijo ali zmanjšanjem molekulskega kisika.
- ES 1.15: ki delujejo na superokside kot sprejemniki.
- ES 1.16: ki oksidira kovinske ione.
- ES 1.17: ki delujejo na skupine CH ali CH2.
- ES 1.18: ki delujejo na beljakovine, ki vsebujejo železo in trpijo kot darovalci.
- ES 1.19: ki delujejo na zmanjšan flavodoksin kot darovalec.
- ES 1.20: ki delujejo na dajalce, kot sta fosfor in arzen.
- EC 1,21: ki delujejo v reakciji XH + YH = XY.
- ES 1,22: ki delujejo na halogen darovalcev.
- ES 1,23: ki zmanjšujejo skupine COC kot akceptorje.
- ES 1,97: druge oksidoreduktaze.
Vsaka od teh kategorij nadalje vključuje podskupine, v katere so encimi ločeni glede na prednost substrata.
Na primer, v skupini oksidoreduktaz, ki delujejo na CH-OH skupine svojih darovalcev, obstajajo nekateri, ki imajo raje NAD + ali NADP + kot sprejemnike, drugi pa uporabljajo citokrome, kisik, žveplo itd.
Struktura
Ker je skupina oksidoreduktaz izjemno raznolika, je vzpostavitev opredeljene strukturne značilnosti precej težavna. Njegova struktura se ne razlikuje samo od encima do encima, ampak tudi med vrstami ali skupino živih bitij in celo od celice do celice v različnih tkivih.
Bioinformatični model strukture encima oksidoreduktaze (Vir: Jawahar Swaminathan in osebje MSD na Evropskem inštitutu za bioinformatiko prek Wikimedia Commons)
Encim piruvat dehidrogenaza je na primer kompleks, sestavljen iz treh zaporedno povezanih katalitičnih podenot, znanih kot E1 podenota (piruvat dehidrogenaza), E2 podenota (dihidrolipoamid acetiltransferaza) in podenota E3 (dihidrolipoamid dehidrogenaza).
Vsaka od teh podenot je lahko sestavljena iz več beljakovinskih monomerov iste vrste ali različnih vrst, torej so lahko homodimerni (tisti z le dvema enakima monomeroma), heterotrimerna (tista s tremi monomeri) različni) in tako naprej.
Vendar so to ponavadi encimi, sestavljeni iz alfa vijačnic in β prepognjenih listov, razporejenih na različne načine, s specifičnimi znotraj- in medmolekulskimi interakcijami različnih vrst.
Lastnosti
Encimi oksidoreduktaze katalizirajo oksidacijsko-redukcijske reakcije v skoraj vseh celicah vseh živih bitij v biosferi. Te reakcije so na splošno reverzibilne, pri čemer se spremeni stanje oksidacije enega ali več atomov v isti molekuli.
Oksidoreduktaze običajno potrebujejo dva substrata, enega, ki deluje kot davalec vodika ali elektronov (za oksidacijo) in drugega, ki deluje kot sprejemnik vodika ali elektronov (za zmanjšanje).
Ti encimi so izredno pomembni za številne biološke procese v različnih vrstah celic in organizmov.
Delujejo na primer pri sintezi melanina (pigmenta, ki nastaja v celicah človeške kože), pri tvorbi in razgradnji lignina (strukturne spojine rastlinskih celic), v zgibanju beljakovine itd.
Industrijsko se uporabljajo za spreminjanje teksture nekaterih živil, primeri teh so peroksidaze, glukozida oksidaze in druga.
Poleg tega so najpomembnejši encimi iz te skupine tisti, ki kot elektronski prevozniki sodelujejo v transportnih verigah mitohondrijske membrane, kloroplasti in notranji plazemski membrani bakterij, kjer so transmembranski proteini.
Primeri oksidoreduktaz
Na stotine primerov encimov oksidoreduktaze je v naravi in industriji. Kot je razpravljalo, imajo ti encimi funkcije, ki so izrednega pomena za delovanje celic in s tem za življenje.
Oksidoreduktaze ne vključujejo samo encimov peroksidaze, lakaze, glukoznih oksidaz ali alkoholnih dehidrogenaz; Kombinirajo tudi pomembne komplekse, kot so encim gliceraldehidna 3-fosfat dehidrogenaza ali kompleks piruvat dehidrogenaze itd., Ki so bistveni z vidika katabolizma glukoze.
Vključuje tudi vse encime kompleksa za transport elektronov v notranji mitohondrijski membrani ali v notranji membrani bakterij, podobno kot nekateri encimi, ki jih najdemo v kloroplastih rastlinskih organizmov.
Peroksidaze
Peroksidaze so zelo raznoliki encimi in vodikov peroksid uporabljajo kot sprejemnik elektronov za kataliziranje oksidacije najrazličnejših substratov, vključno s fenoli, amini ali tioli. V svojih reakcijah zmanjšajo vodikov peroksid, da nastane voda.
Z industrijskega vidika so zelo pomembne, saj je najpomembnejša in najbolj raziskana hrenova peroksidaza.
Biološko gledano so peroksidaze pomembne za odstranjevanje reaktivnih kisikovih spojin, ki lahko celicam povzročijo znatno škodo.
Reference
- Enciklopedija Britannica. (2019). Pridobljeno 26. decembra 2019 s spletnega mesta www.britannica.com
- Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Encimatska sprememba teksture mlečnih izdelkov. V Spreminjanje teksture hrane (str. 71–97). Woodhead založništvo.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokemija. Dodaj. Wesley Longman, San Francisco.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
- Odbor za nomenklaturo Mednarodne zveze za biokemijo in molekularno biologijo (NC-IUBMB). (2019). Pridobljeno s spletnega mesta www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W., in Jordan, F. (2014). Kompleksi piruvat dehidrogenaze: funkcija in regulacija, ki temelji na strukturi. Journal of Biological Chemistry, 289 (24), 16615-16623.