OKSIDOREDUKTAASIT: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT, ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2026

Oksidoreduktaaseja ovat proteiineja, joilla on entsymaattinen aktiivisuus, jotka ovat vastuussa katalysoivan hapettumista - pelkistysreaktioita, eli reaktioita, jotka aiheuttavat vetyatomeja tai elektronien substraattien, jolla ne toimivat.

Näiden entsyymien katalysoimat reaktiot, kuten nimensä osoittavat, ovat hapettumisen vähentämisreaktioita, ts. Reaktioita, joissa yksi molekyyli lahjoittaa elektroneja tai vetyatomeja ja toinen vastaanottaa niitä muuttamalla vastaavia hapetustilojaan.

Graafinen kaavio EC 1.2.1.40 -tyyppisen oksidoreduktaasin reaktiosta (Lähde: akane700 Via Wikimedia Commons)

Esimerkki luonnossa hyvin yleisistä oksidoreduktaasientsyymeistä on dehydrogenaasit ja oksidaasit. Voidaan mainita alkoholidehydrogenaasi-entsyymi, joka katalysoi etanolin dehydrausta asetaldehydin tuottamiseksi NAD +: sta riippuvalla tavalla tai käänteisreaktiota, etanolin tuottamiseksi alkoholikäytön aikana, jonka suorittavat jotkut kaupallisesti tärkeät hiivat.

Aerobisissa soluissa tapahtuvan elektroninkuljetusketjun entsyymit ovat protonien pumppaamisesta vastuussa olevia oksidoreduktaaseja, minkä vuoksi ne synnyttävät sähkökemiallisen gradientin sisäisen mitokondriaalisen kalvon läpi, mikä mahdollistaa ATP: n synteesin edistämisen.

Yleispiirteet, yleiset piirteet

Oksidoreduktaasientsyymit ovat entsyymejä, jotka katalysoivat yhden yhdisteen hapettumista ja toisen samanaikaista pelkistystä.

Nämä vaativat normaalisti erityyppisten koentsyymien läsnäolon niiden toimintaan. Koentsyymit suorittavat elektronien ja vetyatomien luovuttamisen tai vastaanottamisen, jonka oksidoreduktaasit lisäävät tai poistavat substraateihinsa.

Nämä koentsyymit voivat olla NAD + / NADH-paria tai FAD / FADH2-paria. Monissa aerobisissa aineenvaihduntajärjestelmissä nämä elektronit ja vetyatomit siirtyvät lopulta mukana olevista koentsyymeistä happea.

Ne ovat entsyymejä, joilla on selvä substraattispesifisyyden "puute", mikä antaa heille mahdollisuuden katalysoida silloitusreaktioita erityyppisissä polymeereissä, olivatpa ne sitten proteiineja vai hiilihydraatteja.

Luokittelu

Näiden entsyymien nimikkeistö ja luokittelu perustuvat monta kertaa sekä pääasialliseen substraattiin, jota he käyttävät, että tyyppiseen koentsyymiin, jota he tarvitsevat toimiakseen.

Kansainvälisen biokemian ja molekyylibiologian liiton (NC-IUBMB) nimikkeistökomitean suositusten mukaan nämä entsyymit kuuluvat luokkaan EC 1 ja sisältävät enemmän tai vähemmän 23 erityyppistä tyyppiä (EC1.1-EC1.23), jotka ovat:

- EC 1.1: joka vaikuttaa luovuttajien CH-OH-ryhmiin.

- EC 1.2: jotka vaikuttavat luovuttajien aldehydiryhmään tai oksoryhmään.

- EC 1.3: jotka vaikuttavat luovuttajien CH-CH-ryhmiin.

- EC 1.4: jotka vaikuttavat luovuttajien CH-NH2-ryhmiin.

- EC 1.5: jotka vaikuttavat luovuttajien CH-NH-ryhmiin.

- EC 1.6: jotka toimivat NADH: ssa tai NADPH: ssa.

- EC 1.7: jotka vaikuttavat muihin typpiyhdisteisiin luovuttajina.

- EC 1.8: joka vaikuttaa luovuttajien rikkiryhmiin.

- EC 1.9: toimivat luovuttajien heemaryhmissä.

- EC 1.10: joka vaikuttaa luovuttajiin, kuten difenolit ja muut vastaavat aineet.

- EC 1.11: joka vaikuttaa peroksidiin vastaanottajana.

- EC 1.12: joka toimii vedynä luovuttajana.

- EC 1.13: jotka vaikuttavat yksinkertaisiin luovuttajiin sisällyttämällä molekyylin happea (hapenaaseja).

- EC 1.14: jotka vaikuttavat "parillisiin" luovuttajiin sisällyttämällä tai vähentämällä molekyylin happea.

- EC 1.15: jotka vaikuttavat superoksideihin hyväksyjinä.

- EC 1.16: jotka hapettavat metalli-ioneja.

- EC 1.17: jotka vaikuttavat CH- tai CH2-ryhmiin.

- EC 1.18: joka vaikuttaa proteiineihin, jotka sisältävät rautaa ja kärsivät luovuttajina.

- EC 1.19: joka vaikuttaa pelkistettyyn flavodoksiiniin luovuttajana.

- EC 1.20: joka vaikuttaa luovuttajiin, kuten fosforiin ja arseeniin.

- EC 1,21: jotka toimivat reaktiossa XH + YH = XY.

- EC 1.22: jotka vaikuttavat luovuttajien halogeeniin.

- EC 1.23: vähentävät COC-ryhmiä hyväksyjinä.

- EC 1,97: muut oksidoreduktaasit.

Jokainen näistä luokista sisältää edelleen alaryhmiä, joihin entsyymit erotetaan substraatin suosituksen mukaan.

Esimerkiksi niiden luovuttajien CH-OH-ryhmiin vaikuttavien oksidoreduktaasien ryhmässä, joissa on mieluummin NAD + tai NADP +, ovat toiset, jotka käyttävät sytokromeja, happea, rikkiä jne.

Rakenne

Koska oksidoreduktaasien ryhmä on erittäin monipuolinen, määritellyn rakenneominaisuuden määrittäminen on melko vaikeaa. Sen rakenne ei vaihtele vain entsyymien välillä, vaan myös lajien tai elävien olentojen ryhmien välillä ja jopa soluista toisiin kudoksiin.

Bioinformaattinen malli oksidoreduktaasientsyymin rakenteesta (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa, Wikimedia Commons)

Esimerkiksi pyruvaattidehydrogenaasi-entsyymi on kompleksi, joka koostuu kolmesta peräkkäin kytketystä katalyyttisestä alayksiköstä, joka tunnetaan nimellä E1-alayksikkö (pyruvaattidehydrogenaasi), E2-alayksikkö (dihydrolipoamidiasetyylitransferaasi) ja E3-alayksikkö (dihydrolipoamididehydrogenaasi).

Jokainen näistä alayksiköistä voi puolestaan ​​koostua useammasta kuin yhdestä samantyyppisestä tai erityyppisestä proteiinimonomeeristä, ts. Ne voivat olla homodimeerisiä (ne, joissa on vain kaksi yhtä monomeeria), heterotrimerisiä (ne, joissa on kolme monomeeria) erilainen) ja niin edelleen.

Kuitenkin, ne ovat yleensä entsyymejä, jotka koostuvat eri tavoin järjestetyistä alfa-helikeseistä ja beeta-taitettuista levyistä, joilla on erityyppisiä erityisiä molekyylien sisäisiä ja molekyylien välisiä vuorovaikutuksia.

ominaisuudet

Oksidoreduktaasientsyymit katalysoivat hapettumisen vähentämisreaktioita käytännöllisesti katsoen kaikissa biosfäärissä olevien elävien asioiden kaikissa soluissa. Nämä reaktiot ovat yleensä palautuvia, joissa saman molekyylin yhden tai useamman atomin hapetustila muuttuu.

Oksidoreduktaasit tarvitsevat yleensä kaksi substraattia, toisen, joka toimii vedyn tai elektronin luovuttajana (joka hapetetaan) ja toisen, joka toimii vedyn tai elektronin vastaanottajana (joka on pelkistynyt).

Nämä entsyymit ovat erittäin tärkeitä monissa biologisissa prosesseissa erityyppisissä soluissa ja organismeissa.

Ne toimivat esimerkiksi melaniinin (pigmentti, joka muodostuu ihmisen ihosoluissa) synteesissä, ligniinin (kasvisolujen rakenteellinen yhdiste) muodostumisessa ja hajoamisessa, taitettuna proteiini jne.

Niitä käytetään teollisesti modifioimaan joidenkin ruokien rakennetta, ja esimerkkejä näistä ovat peroksidaasit, glukoosioksidaasit ja muut.

Lisäksi tämän ryhmän näkyvimpiä entsyymejä ovat ne, jotka osallistuvat elektronisina kuljettajina mitokondriaalisen membraanin, klooriplastien ja bakteerien sisäisen plasmamembraanin kuljetusketjuissa, joissa ne ovat kalvon läpäiseviä proteiineja.

Esimerkkejä oksidoreduktaaseista

Luonnossa ja teollisuudessa on satoja esimerkkejä oksidoreduktaasientsyymeistä. Näillä entsyymeillä, kuten keskusteltiin, on äärimmäisen tärkeitä tehtäviä solutoiminnalle ja siten koko elämälle.

Oksidoreduktaaseihin eivät kuulu pelkästään peroksidaasien, lakkaasien, glukoosioksidaasien tai alkoholidehydrogenaasien entsyymit; Ne yhdistävät myös tärkeitä komplekseja, kuten glyseraldehydi-3-fosfaattidehydrogenaasi-entsyymi tai pyruvaattidehydrogenaasikompleksi jne., Jotka ovat välttämättömiä glukoosin katabolismin kannalta.

Se sisältää myös kaikki elektroninkuljetuskompleksin entsyymit sisäisessä mitokondriaalisessa kalvossa tai bakteerien sisämembraanissa, samanlainen kuin jotkut entsyymit, joita löytyy kasviorganismien kloroplasteista.

peroksidaasit

Peroksidaasit ovat hyvin erilaisia ​​entsyymejä, ja ne käyttävät vetyperoksidia elektroniakseptorina katalysoimaan monenlaisten substraattien, mukaan lukien fenolit, amiinit tai tiolit, hapettumista. Reaktioissaan ne pelkistävät vetyperoksidia tuottamaan vettä.

Ne ovat teollisuuden kannalta erittäin tärkeitä, piparjuuriperoksidaasi on tärkein ja tutkituin kaikista.

Biologisesti ottaen peroksidaasit ovat tärkeitä reaktiivisten happiyhdisteiden poistamiselle, jotka voivat aiheuttaa merkittäviä vaurioita soluille.

Viitteet

1. Encyclopaedia Britannica. (2019). Haettu 26. joulukuuta 2019 osoitteesta www.britannica.com
2. Ercili-Cura, D., Huppertz, T., ja Kelly, AL (2015). Meijerituotteiden rakenteen entsymaattinen muuntaminen. Tekstissä Modifying Food Texture (s. 71-97). Woodhead Publishing.
3. Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokemia. Lisätä. Wesley Longman, San Francisco.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.
5. Kansainvälisen biokemian ja molekyylibiologian liiton (NC-IUBMB) nimikkeistökomitea. (2019). Haettu osoitteesta www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
6. Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W. ja Jordan, F. (2014). Pyruvaattidehydrogenaasikompleksit: rakennepohjainen toiminta ja säätely. Journal of Biological Chemistry, 289 (24), 16615-16623.