OXIDOREDUKTASER: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

De oxidoreduktaser er proteiner med enzymatisk aktivitet, der er ansvarlige for katalyserende oxidering - reduktionsreaktioner, dvs. reaktioner, der involverer fjernelsen af hydrogenatomer eller elektroner i substraterne, hvorpå de virker.

Reaktionerne katalyseret af disse enzymer, som deres navn antyder, er oxidationsreduktionsreaktioner, det vil sige reaktioner, hvor et molekyle donerer elektroner eller hydrogenatomer, og et andet modtager dem, hvilket ændrer deres respektive oxidationstilstande.

Grafisk skema af reaktionen på en EF-type 1.2.1.40-oxidoreduktase (Kilde: akane700 Via Wikimedia Commons)

Et eksempel på oxidoreduktaseenzymer, der er meget almindelige i naturen, er dehydrogenaser og oxidaser. Der kunne nævnes alkoholdehydrogenase-enzymet, der katalyserer dehydrogeneringen af ​​ethanol til frembringelse af acetaldehyd på en NAD + -afhængig måde eller omvendt reaktion, til fremstilling af ethanol under alkoholisk fermentering udført af nogle kommercielt vigtige gærer.

Enzymerne i elektrontransportkæden i aerobe celler er oxidoreduktaser, der er ansvarlige for pumpning af protoner, hvilket genererer den elektrokemiske gradient over den indre mitokondrielle membran, der tillader syntese af ATP at fremmes.

Generelle karakteristika

Oxidoreduktaseenzymer er enzymer, der katalyserer oxidationen af ​​en forbindelse og den samtidige reduktion af en anden.

Disse kræver normalt tilstedeværelsen af ​​forskellige typer coenzymer til deres drift. Coenzymer opfylder funktionen af ​​at donere eller acceptere elektroner og hydrogenatomer, som oxidoreduktaser tilføjer eller fjerner til deres underlag.

Disse koenzymer kan være NAD + / NADH-parret eller FAD / FADH2-parret. I mange aerobe metaboliske systemer overføres disse elektroner og hydrogenatomer til sidst fra de involverede koenzymer til ilt.

Det er enzymer med en udtalt "mangel" på substratspecificitet, som gør det muligt for dem at katalysere tværbindingsreaktioner i forskellige typer polymerer, hvad enten det drejer sig om proteiner eller kulhydrater.

Klassifikation

Mange gange er nomenklaturen og klassificeringen af ​​disse enzymer både baseret på det hovedsubstrat, de bruger, og den type koenzym, de har brug for for at fungere.

I henhold til henstillingerne fra Nomenklaturudvalget for Den Internationale Union for Biokemi og Molekylærbiologi (NC-IUBMB) hører disse enzymer til klasse EC 1 og inkluderer mere eller mindre 23 forskellige typer (EC1.1-EC1.23), som er:

- EF 1.1: der handler på donorernes CH-OH-grupper.

- EC 1.2: der virker på aldehydgruppen eller oxogruppen for donorerne.

- EF 1.3: der handler på donorernes CH-CH-grupper.

- EC 1.4: der handler på donorerne CH-NH2-grupper.

- EC 1.5: der handler på donorernes CH-NH-grupper.

- EC 1.6: der fungerer i NADH eller i NADPH.

- EC 1.7: der fungerer på andre nitrogenforbindelser som donorer.

- EF 1.8: der virker på donorernes svovlgrupper.

- EF 1.9: der handler i donorgruppernes hemmegrupper.

- EC 1.10: der virker på donorer såsom diphenoler og andre beslægtede stoffer.

- EC 1.11: der fungerer på peroxid som acceptor.

- EC 1.12: der fungerer på brint som donor.

- EC 1.13: der virker på enkle donorer med inkorporering af molekylært ilt (oxygenaser).

- EC 1.14: der virker på "parrede" donorer med inkorporering eller reduktion af molekylært ilt.

- EC 1.15: der fungerer på superoxider som acceptorer.

- EC 1.16: som oxiderer metalioner.

- EC 1.17: der virker på CH- eller CH2-grupper.

- EC 1.18: der virker på proteiner, der indeholder jern og lider som donorer.

- EF 1.19: der handler om reduceret flavodoxin som donor.

- EF 1.20: der virker på donorer som fosfor og arsen.

- EC 1,21: der virker i reaktionen XH + YH = XY.

- EC 1.22: der virker på donorernes halogen.

- EC 1.23: som reducerer COC-grupper som acceptorer.

- EC 1,97: andre oxidoreduktaser.

Hver af disse kategorier indbefatter endvidere undergrupper, i hvilke enzymer er adskilt i henhold til substratpræference.

F.eks. Inden for gruppen af ​​oxidoreduktaser, der virker på CH-OH-grupperne af deres donorer, er der nogle, der foretrækker NAD + eller NADP + som acceptorer, mens andre bruger cytochromer, ilt, svovl osv.

Struktur

Da gruppen af ​​oxidoreduktaser er ekstremt mangfoldig, er det ret vanskeligt at etablere en defineret strukturel karakteristik. Dets struktur varierer ikke kun fra enzym til enzym, men også mellem arter eller gruppe af levende væsener og endda fra celle til celle i forskellige væv.

Bioinformatisk model for strukturen af ​​et oxidoreduktaseenzym (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)

Enzymet pyruvatdehydrogenase er for eksempel et kompleks sammensat af tre sekventielt bundne katalytiske underenheder kendt som El-underenheden (pyruvatdehydrogenase), E2-underenheden (dihydrolipoamidacetyltransferase) og E3-underenheden (dihydrolipoamiddehydrogenase).

Hver af disse underenheder kan til gengæld være sammensat af mere end en proteinmonomer af samme type eller af forskellige typer, dvs. de kan være homodimeriske (dem med kun to lige monomerer), heterotrimeriske (dem med tre monomerer) forskellige) og så videre.

Imidlertid er de sædvanligvis enzymer sammensat af alfa-helikser og ß-foldede ark arrangeret på forskellige måder med specifikke intra- og intermolekylære interaktioner af forskellige typer.

Funktioner

Oxidoreduktaseenzymer katalyserer oxidationsreduktionsreaktioner i stort set alle celler i alt levende i biosfæren. Disse reaktioner er generelt reversible, hvor oxidationstilstanden for et eller flere atomer inden for det samme molekyle ændres.

Oxidoreduktaser har normalt brug for to underlag, et der fungerer som en brint- eller elektrondonor (for at oxidere) og en anden til at fungere som en brint- eller elektronacceptor (for at reducere).

Disse enzymer er ekstremt vigtige for mange biologiske processer i forskellige typer celler og organismer.

De arbejder for eksempel i syntesen af ​​melanin (et pigment, der dannes i cellerne på menneskets hud), i dannelsen og nedbrydningen af ​​lignin (strukturel forbindelse af planteceller), i foldningen protein osv.

De bruges industrielt til at modificere tekstur i nogle fødevarer, og eksempler på disse er peroxidaser, glucoseoxidaser og andre.

Desuden er de mest fremtrædende enzymer i denne gruppe de, der deltager som elektroniske transportører i transportkæderne i mitokondriell membran, chloroplaster og den indre plasmamembran af bakterier, hvor de er transmembrane proteiner.

Eksempler på oxidoreduktaser

Der er hundreder af eksempler på oxidoreduktaseenzymer i naturen og i industrien. Disse enzymer har som diskuteret funktioner af største betydning for cellefunktion og derfor for livet i sig selv.

Oxidoreduktaserne inkluderer ikke kun enzymerne peroxidaser, laccaser, glucoseoxidaser eller alkoholdehydrogenaser; De kombinerer også vigtige komplekser, såsom enzymet glyceraldehyd 3-phosphatdehydrogenase eller pyruvatdehydrogenase-komplekset osv., Der er essentielt set ud fra glukosekatabolisme.

Det inkluderer også alle enzymer i elektrontransportkomplekset i den indre mitokondrielle membran eller i den indre membran af bakterier, svarende til nogle af de enzymer, der findes i kloroplasterne fra planteorganismer.

peroxidaser

Peroxidaser er meget forskellige enzymer og bruger hydrogenperoxid som en elektronacceptor til at katalysere oxidationen af ​​en lang række substrater, herunder blandt andet phenoler, aminer eller thioler. I deres reaktioner reducerer de brintperoxid til at producere vand.

De er meget vigtige ud fra et industrielt synspunkt, idet peberrodperoxidase er den vigtigste og mest studerede af alle.

Biologisk set er peroxidaser vigtigt for fjernelse af reaktive iltforbindelser, der kan forårsage betydelig skade på celler.

Referencer

1. Encyclopaedia Britannica. (2019). Hentet 26. december 2019 fra www.britannica.com
2. Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Enzymatisk ændring af mejeriproduktets struktur. I Modifying Food Texture (s. 71-97). Woodhead Publishing.
3. Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokemi. Tilføje. Wesley Longman, San Francisco.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.
5. Nomenklaturudvalg for International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Hentet fra www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
6. Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W., & Jordan, F. (2014). Pyruvatdehydrogenase-komplekserne: strukturbaseret funktion og regulering. Journal of Biologisk Kemi, 289 (24), 16615-16623.