Структура и классификация ферментов
Структура и классификация ферментов — это раздел энзимологии, который описывает, из чего состоят ферменты, как их трехмерная форма создает каталитический центр и как тысячи известных ферментов организованы в систематическую номенклатуру. Он связывает архитектуру белка с каталитической функцией и предоставляет общий словарь, используемый для идентификации и сравнения ферментов в биологии и медицине.
Definition
Ферменты — это белки (а в некоторых случаях РНК), которые катализируют биохимические реакции; их структура определяет активный центр связывания субстрата, и они систематически классифицируются по типу катализируемой реакции с использованием системы нумерации EC.
Scope
Эта область знакомит читателя со структурными основами ферментативного катализа и с условностями, используемыми для наименования и классификации ферментов. Она охватывает структуру белка и активные центры, систему нумерации Ферментной комиссии (EC), кофакторы и простетические группы, сворачивание белка и сборку в функциональные ферменты, а также изоферменты (множественные молекулярные формы одной и той же каталитической активности). Эти темы рассматриваются как справочные в биохимии и не являются источником клинических рекомендаций или указаний по дозировке.
Sub-topics
Core questions
- Как трехмерная структура белка создает каталитический активный центр?
- Как ферменты систематически именуются и классифицируются?
- Какие небелковые кофакторы требуются ферментам и как они связываются?
- Как несвернутый полипептид достигает точной укладки, необходимой для катализа?
- Почему одна и та же каталитическая активность часто существует в нескольких различных молекулярных формах?
Key concepts
- Активный центр и каталитические остатки
- Субстратная специфичность
- Классификация Ферментной комиссии (EC)
- Кофакторы, коферменты и простетические группы
- Апофермент и холофермент
- Сворачивание белка и четвертичная сборка
- Изоферменты (множественные молекулярные формы)
Key theories
- Индуцированное соответствие
- Связывание субстрата вызывает конформационное изменение в ферменте, так что активный центр подстраивается под субстрат, уточняя более раннюю жесткую модель специфичности «ключ-замок».
- Термодинамическая гипотеза Анфинсена
- Нативная свернутая структура белка, а следовательно, и его каталитическая компетентность, определяется его аминокислотной последовательностью в физиологических условиях, что подразумевает, что информация о сворачивании закодирована в самой последовательности.
Mechanisms
Аминокислотная последовательность фермента сворачивается в определенную трехмерную структуру, которая объединяет определенные остатки для образования активного центра, где субстраты связываются и ускоряются химические реакции. Многие ферменты дополнительно требуют кофакторов или простетических групп для завершения каталитического механизма, и многие функционируют только в виде свернутых, часто мультисубъединичных, комплексов. Одна и та же каталитическая активность может осуществляться несколькими структурно различными изоферментами, кодируемыми разными генами или собранными из разных субъединиц. Во всех этих случаях система EC предоставляет основанную на реакции метку, которая связывает данную каталитическую функцию с уникальным числовым идентификатором.
Clinical relevance
Понимание структуры и классификации ферментов лежит в основе того, как ферменты идентифицируются, измеряются и обсуждаются в лабораторной медицине и фармакологии. Паттерны изоферментов и классификация ферментов определяют, как разрабатываются диагностические ферментные анализы и лекарства, нацеленные на ферменты. Эта статья является образовательной основой для понимания структурных и номенклатурных принципов и не является основанием для принятия диагностических или лечебных решений.
Evidence & guidelines
Номенклатура ферментов поддерживается Номенклатурным комитетом Международного союза биохимии и молекулярной биологии (IUBMB) и курируется в общедоступных ресурсах, таких как база данных ENZYME, которые вместе определяют нумерацию EC, используемую во всей биохимии.
History
Систематическое изучение структуры ферментов последовало за признанием того, что ферменты являются белками, и определением первых структур ферментов в середине XX века. Предложение Кошланда об индуцированном соответствии (1958) и исследования Анфинсена по сворачиванию (работа, кульминацией которой стал его синтез 1973 года) связали последовательность, структуру и каталитическую функцию, в то время как описание Маркертом и Моллером в 1959 году множественных молекулярных форм ввело концепцию изоферментов. Параллельно Ферментная комиссия установила классификацию, основанную на реакции, которая, поддерживаемая сегодня IUBMB и базой данных ENZYME, присваивает каждой охарактеризованной активности уникальный номер EC.
Key figures
- Christian B. Anfinsen
- Daniel E. Koshland
- Clement L. Markert
- Amos Bairoch
Related topics
Seminal works
- koshland-1958
- anfinsen-1973
- markert-moller-1959
- bairoch-2000
Frequently asked questions
- Что на самом деле классифицирует классификация ферментов?
- Система Ферментной комиссии классифицирует ферменты по типу катализируемой ими химической реакции, а не по их структуре или источнику, присваивая каждой активности четырехзначный номер EC.
- Все ли ферменты являются белками?
- Большинство ферментов — это белки, свернутая структура которых создает активный центр, но некоторые каталитические активности осуществляются молекулами РНК (рибозимами); эта область фокусируется на белковых ферментах, которые доминируют в метаболизме.