адреналина (см. § 2.5).

Декарбоксилазы аминокислот в большинстве своем являются пиридоксалевы-ми ферментами. Выделение С02 происходит через такое же промежуточное образование основания Шиффа между пиридоксальфосфатом и аминокислотой, как в случае реакций переаминирования (см. § 4.2). Направление химического превращения — отщепление С02 либо изомеризация с образованием основания Шиффа — производного пиридоксамина и а-кетокислоты — определяется природой белка, т. е. апофермента. На этом примере можно еще раз убедиться в том, что белковый компонент комплекса организует и направляет работу кофермента. Здесь уместно добавить, что и сериигидроксиметилтрансфераза, рассмотренная в § 4.2, также является пиридоксалевым ферментом, но структура апофермента предопределяет течение процесса в направлении разрыва связи Са—С^.

Подподкласс 4.1.2 — нльдегидлиазы — ферменты, катализирующие разрыв С—С^связи, сопровождающийся возникновением альдегидной группы. Например, в цепи ферментативных реакций, ведущих к превращению глюкозы в трехуглерод-ные фрагменты, разрыв шестиуглеродной цепи происходит на стадии превращения фруктозо-1,6-дифосфата в 3-фосфоглицериновый альдегид и дигидроксиацетон-фосфат по реакции

2"ОэРОСН2СНОНСНОНСНОНССНгОРОз"= JO3POCH,CHOHCe° +

4 г Н

+ CHjOHJCHjOPOj (tt.31)

о

Этот процесс катализируется ферментом, известным под названием алъдолази или фруктозодифосфат алъдолазы, которая, как видно из приведенного химического уравнения процесса, является альдегидлиазой. Рекомендованное название фермента связано с тем, что в обратном направлении он катализирует альдоль-ную конденсацию. Превращение (IV.31) обратимо и является важным звеном как при деструкции, так и при синтезе моносахаридов.

В качестве еще одного важного примера С—С-лиаз приведем фермент цитрат

\ле.

синтезу, катализирующую присоединение ацетильного фрагмента ацетилкофер-мента А по карбонильной группе оксалацетата с образованием лимонной кислоты. Процесс сопровождается гидролизом тиоэфирной группы, связывающей кар-боксиметильный фрагмент, произошедший из ацетильной группы, с коферментом

А:

CoAS-COCH3+~OOCCCHjCOO~+Н20 —-

°* сн2сосг mm

—- CoASH + _0ОСС-СН,СОО" ( + Н+) I 2 он

Гидролиази, относящиеся к подклассу 4.2, чаще всего катализируют присоединение воды по двойной связи или реакции дегидратации гидроксисоединений с образованием двойной связи. Например, таким образом происходит превращение фумарата в малат (соль яблочной кислоты), катализируемое фумаратгидратазой (по систематической номенклатуре малатгидролиаза):

-00ССН=СН00- + Н20 -00CCH(0H)CH2C00- (IV.33)

В качестве примера реакции, катализируемой лиазой, приводящей к образованию цикла, можно привести аденилат циклазу — фермент, катализирующий превращение АТФ в циклический аденозин-3'\5'-циклофосфат (77) (АТФ-пирофос-фатлиаза циклизующая) — соединение, участвующее в регуляции большого числа биохимических процессов (см. § 10.2):

79

4.5. ИЗОМЕРАЗЫ

Изомеразы — ферменты, катализирующие различные процессы изомеризации. Первый подкласс составляют различные ферменты, с помощью которых осуществляется обращение конфигурации при хиральном атоме С. Если такой центр в молекуле субстрата один, то происходит обращение конфигурации молекулы в Целом. Поскольку оптические изомеры термодинамически эквивалентны (по крайней мере, в отсутствие других хиральных молекул, способных давать комплекс предпочтительно с одним из энантиомеров), то фермент в равной мере катализирует обращение конфигурации в обоих направлениях и конечным итогом Действия такого фермента является образование рацемической смеси. Поэтому такие ферменты называют рацемазами.

Если в молекуле имеется несколько хиральных атомов С, то обращение конфигурации при одном из них приводит к образованию нового диастереомера. Ферменты, катализирующие такие процессы, называют эпимеразами. Они играют

важную роль во взаимопревращениях Сахаров. В качестве примера можно привес ти й-рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразу, катализирующую взаимопревращение ?,,?? лозо-5-фосфата и ксилулозо-5-фосфата:

1

сн,он I

С=0 СН,—он

I I 2 (ш.щ

н-с—он -г-*- с=о

I — I

Н-С—ОН НО—С—?

I 7 I

СКОРО, Н-С—он

1 2-

CHjOPO^

Некоторые из таких превращений происходят на уровне соответствующих нуклеозиддифосфатсахаров. Так, в образовании и деструкции галактозы — компонента молочного сахара лактозы — ключевым превращением является процесс, катализируемый УДФ-глюкозо-^-эпимеразой:

lira

(П. 36)

Отдельный подкласс образуют ферменты, катализирующие чис-траис-изоме-ризацию (подкласс 5.2).

К подклассу 5.3 относятся ферменты, катализирующие внутримолекулярные процессы окисления — восстановления, в частности, катализирующие взаимопревращения альдоз и кетоз. Примером может служить глюкозо-6-фосфат изомераза, катализирующая взаимопревращение глюкозо-6-фосфата и фруктозо-6-фосфата:

(Ш. 37)

Это превращение является одним из этапов на пути окислительной и анаэробной деструкции глюкозы, гликогена и крахмала, непосредственно следующее за образованием глюкозо-б-фосфата.

Подкласс 5.4 образуют ферменты, катализирующие внутримолекулярный перенос различных фрагментов. Например, при деструкции кислот с разветвленным углеродным скелетом на одной из заключительных стадий происходит изо-

148

меризация метилмалоновой кислоты в янтарную. При этом изомеризации подвергаются не сама кислота, а соответствующее производное кофермента А:

СН3

CoAS-COCHCOO" CoAS-COCH2CH2COO" (Ш-38)

Процесс катализируется $-метпилмалонил-?ок мутпазой. Этот фермент, как и некоторые другие ферменты, катализирующие изомеризацию углеродного скелета, использует в качестве кофактора кобаламин (кобамидный кофермент, см.§2.б).

Следует отметить, что не все биохимические процессы, итогом которых является изомеризация, катализируются изомеразами. Так, изомеризация лимонной кислоты в изолимонную происходит при участии лиазы, катализирующей реакции гидратации аконитовой кислоты и дегидратации лимонной и изолимон-ной кислот, — акоиитпаза или цитрат (изоцитрат) гидролиаза:

СН2СОО~ ' СН2СОО" СН2СОО~

НО-С-СОО" = Н20 + С-СОО" = СН-СОО- (Ц.39) СНгС"00" СН-СОО" НОСН-СОО-

Взаимопревращения изомерных глюкозо-1-фосфата и глюкозо-6-фосфата происходят с участием фермента, катализирующего перенос остатка фосфорной кислоты с 1- или -6-гидроксигруппы глюкозо-1,6-дифосфата соответственно на б-ОН-группу глюкозо-1-фосфата или на 1-Ш-группу глюкозо-б-фосфата:

(ШЛО)

Фермент, строго говоря, работает как трансфераза, однако его классифицируют Как изомеразу и он имеет рекомендованное название фосфоглюкомутпаза.

4.6. ЛИГАЗЫ (СИНТЕТАЗЫ)

Шестой класс составляют ферменты, катализирующие реакции конденсации или присоединения, сопряженные с гидролизом одной из пирофосфатных связей в молекуле АТФ или ГТФ. Эти ферменты получили общее название синтпетаз или лшаз.

В качестве примера может служить группа ферментов, называемых амипоацил-

тРНК-синтетазами. Эти ферменты катализируют реакцию конденсации аминокислоты, приводящую к присоединению ее в виде аминоацнльного остатка по какой-либо из гидроксигрупп 3 '-концевого аденозина одной или нескольких транспортных РНК (тРНК), специфичных к этой аминокислоте. Следует сразу же подчеркнуть, что специфичность тРНК к определенной аминокислоте не связана с каким-либо повышенным сродством к этой аминокислоте, а обусловлена исключительно свойствами фермента, катализирующего эту реакцию. Каждая амп-ноацил^гРНК-синтетаза обладает сродством, с одной стороны, к определенной аминокислоте, а с другой стороны — к одной пли нескольким определенным

тРНК. Записывая тРНК в виде tRNA! — ОН, где ОН — реагирующая гидроксигруп-па, а индекс г соотносит тРНК к i-й ?-аминокислоте NI1*C1IR,C00", можно стехи-

ометрическое уравнение реакции, катализируемой аминоацил-тРНК-спнтетазой, записать в виде

tRNA(-ОН + NIIJCIIR.COO- + PPP-Ado Л

^ tRNA(-OCOCHR.-NHJ + P-Ado + РР, (IV.4?

В результате таких реакций, происходящих с. каждой из. 20 аминокислот, входящих в состав белков, аминокислоты оказываются рассортированными по соответствующим тРНК. Это имеет кардинальное значение для последующего отбора аминокислот при биосинтезе белка на рибосомах, поскольку кодоны, расположенные вдоль информационной РНК и программирующие последова^ тельность присоединения аминокислот к растущей полипептидпой цепи, опознШ ют не аминокислотные остатки, а связанные с ними тРНК. Подробнее этот вопрД рассматривается в § 5.6. Щ

Систематическое название ферментов шестого класса образуется либо из названия продукта реакции в сочетании со словом сиитпетаза, либо из названий соединяемых субстратов в сочетании со словом лиг аза. В скобках указывается продукт, который образуется в результате сопряженного гидролиза АТФ или ГТФ. Например, аминоацил-л-РНК-синтетаза, катализирующая реакцию (IV.41), для случая R, = ? (т. е. когда речь идет о глицине) называется глицил-тРНК синтетаза или глицин: тРНК лигаза (образующая АМФ).

Разделение на подклассы связано с типом образуемой связи. К подклассу 6.1 относят ферменты, катализирующие образование связей С—0 (в том числе ами-ноацил-тРНК синтетазы), к подклассу 6.2 — образование связей С—S, к подклассу 6.3 — связей С—?, к подклассу 6.4 — связей С—? и к подклассу 6.5 — связей Р—0.

Подкласс 6.2 представлен в первую очередь ферментами, катализирующими образование тиоэфиров карбоновых кислот с коферментом ?. Так, окислительная деструкция жирных кислот, образующихся из жиров и других липидов, начинается с превращения их в ацилкофермент А по реакции

RC00- + СоА - SH + РРР - Ado ;=± СоА - SC0R + ? - Ado(AM?) + РР, (IV.42) катализируемой ацилкофермент А синтетазой (образующей АМФ).

Ферменты подкласса 6.3 катализируют многочисленные реакции введения азотсодержащих групп в органические соединения. Примером может служить фермент УТФ: аммиак лигаза, катализирующая превращение урацила в цитозин в составе, уридин-5 -трифосфата — главный путь образования цптидиловых нуклеотидов (см. § 9.6):

О ??2

"у PPP~Ado;NH3 ([J* + PP-Ado+????

PPP-Ri/ PPP-Rlb7<