OXIDOREDUKTASER: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER, EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De oxidoreduktaser är proteiner med enzymatisk aktivitet som är ansvariga för katalyserande oxidation - reduktionsreaktioner, dvs reaktioner som inbegriper avlägsnandet av väteatomer eller elektroner i de substrat på vilka de verkar.

Reaktionerna katalyserade av dessa enzymer, som deras namn indikerar, är oxidationsreduktionsreaktioner, det vill säga reaktioner där en molekyl donerar elektroner eller väteatomer och en annan tar emot dem, vilket ändrar deras respektive oxidationstillstånd.

Grafiskt schema för reaktionen av ett oxidoreduktas av typen 1.2.1.40-typ (Källa: akane700 Via Wikimedia Commons)

Ett exempel på oxidoreduktasenzymer som är mycket vanliga i naturen är dehydrogenaser och oxidaser. Nämnda kan göras av alkoholdehydrogenas-enzymet, som katalyserar dehydrogeneringen av etanol för att producera acetaldehyd på ett NAD + -beroende sätt eller omvänd reaktion, för att producera etanol under alkoholfermentering utförd av några kommersiellt viktiga jästar.

Enzymerna i elektrontransportkedjan i aeroba celler är oxidoreduktaser som ansvarar för pumpning av protoner, varför de genererar den elektrokemiska gradienten genom det inre mitokondriella membranet som gör det möjligt att främja syntesen av ATP.

Generella egenskaper

Oxidoreduktas-enzymer är enzymer som katalyserar oxidationen av en förening och samtidigt reduktion av en annan.

Dessa kräver normalt närvaron av olika typer av koenzymer för deras funktion. Koenzym utför funktionen av att donera eller ta emot elektroner och väteatomer som oxidoreduktaser lägger till eller tar bort till deras substrat.

Dessa koenzym kan vara NAD + / NADH-paret eller FAD / FADH2-paret. I många aeroba metaboliska system överförs dessa elektroner och väteatomer så småningom från de involverade koenzymema till syre.

Det är enzymer med en uttalad "brist" på substratspecificitet, vilket gör att de kan katalysera tvärbindningsreaktioner i olika typer av polymerer, oavsett om de är proteiner eller kolhydrater.

Klassificering

Många gånger baseras nomenklaturen och klassificeringen av dessa enzymer både på huvudsubstratet de använder och typen av koenzym som de behöver för att fungera.

Enligt rekommendationerna från Nomenklaturutskottet för International Union for Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB) tillhör dessa enzymer klass EC 1 och inkluderar mer eller mindre 23 olika typer (EC1.1-EC1.23), vilka är :

- EC 1.1: som agerar på givarna CH-OH-grupper.

- EC 1.2: som verkar på aldehydgruppen eller oxogruppen hos givarna.

- EC 1.3: som agerar på donatorernas CH-CH-grupper.

- EC 1.4: som agerar på givarna CH-NH2-grupper.

- EC 1,5: som agerar på givarna CH-NH-grupper.

- EC 1.6: som verkar i NADH eller i NADPH.

- EC 1.7: som verkar på andra kväveföreningar som givare.

- EC 1.8: som verkar på givarnas svavelgrupper.

- EC 1.9: som agerar i givarnas hemgrupper.

- EC 1.10: som verkar på givare som difenoler och andra relaterade ämnen.

- EC 1.11: som fungerar på peroxid som acceptor.

- EC 1.12: som fungerar på väte som givare.

- EC 1.13: som verkar på enkla givare med införlivande av molekylärt syre (oxygenaser).

- EC 1.14: som verkar på "parade" givare med införlivande eller minskning av molekylärt syre.

- EC 1.15: som fungerar på superoxider som acceptorer.

- EC 1.16: som oxiderar metalljoner.

- EC 1.17: som verkar på CH- eller CH2-grupper.

- EC 1.18: som verkar på proteiner som innehåller järn och lider som givare.

- EC 1.19: som agerar på minskat flavodoxin som givare.

- EC 1.20: som verkar på givare som fosfor och arsenik.

- EC 1,21: som verkar i reaktionen XH + YH = XY.

- EC 1.22: som verkar på givarnas halogen.

- EC 1.23: som minskar COC-grupper som acceptörer.

- EC 1,97: andra oxidoreduktaser.

Var och en av dessa kategorier inkluderar vidare undergrupper i vilka enzymer separeras enligt substratpreferens.

Till exempel inom gruppen oxidoreduktaser som verkar på CH-OH-grupperna hos deras givare finns det några som föredrar NAD + eller NADP + som acceptorer, medan andra använder cytokromer, syre, svavel, etc.

Strukturera

Eftersom gruppen av oxidoreduktaser är extremt mångfaldig, är det ganska svårt att skapa en definierad strukturell egenskap. Strukturen varierar inte bara från enzym till enzym, utan också mellan arter eller grupper av levande varelser och till och med från cell till cell i olika vävnader.

Bioinformatisk modell för strukturen för ett oxidoreduktasenzym (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Enzymet pyruvat-dehydrogenas är till exempel ett komplex som består av tre sekventiellt länkade katalytiska underenheter kända som El-underenheten (pyruvat-dehydrogenas), E2-subenheten (dihydrolipoamidacetyltransferas) och E3-subenheten (dihydrolipoamiddehydrogenas).

Var och en av dessa subenheter kan i sin tur bestå av mer än en proteinmonomer av samma typ eller av olika typer, det vill säga de kan vara homodimera (de med endast två lika monomerer), heterotrimeriska (de med tre monomerer olika) och så vidare.

Emellertid är de vanligtvis enzymer som består av alfa-helices och p-vikta ark arrangerade på olika sätt, med specifika intra- och intermolekylära interaktioner av olika typer.

Funktioner

Oxidoreduktasenzymer katalyserar oxidationsreduktionsreaktioner i praktiskt taget alla celler i alla levande saker i biosfären. Dessa reaktioner är i allmänhet reversibla, i vilka oxidationstillståndet för en eller flera atomer inom samma molekyl förändras.

Oxidoreduktaser behöver vanligtvis två substrat, ett som fungerar som väte- eller elektrondonator (för att oxidera) och ett annat för att fungera som väte- eller elektronacceptor (för att minska).

Dessa enzymer är oerhört viktiga för många biologiska processer i olika typer av celler och organismer.

De fungerar till exempel i syntesen av melanin (ett pigment som bildas i hudens celler), i bildningen och nedbrytningen av lignin (strukturförening av växtceller), i vikningen protein etc.

De används industriellt för att modifiera strukturen hos vissa livsmedel och exempel på dessa är peroxidaser, glukosoxidas och andra.

Dessutom är de mest framträdande enzymerna i denna grupp de som deltar som elektroniska transportörer i transportkedjorna för mitokondriell membran, kloroplaster och det inre plasmamembranet av bakterier, där de är transmembranproteiner.

Exempel på oxidoreduktaser

Det finns hundratals exempel på oxidoreduktasenzymer i naturen och inom industrin. Dessa enzymer har, såsom diskuterats, funktioner av yttersta vikt för cellfunktionen och därför för livet i sig.

Oxidoreduktaserna inkluderar inte bara enzymerna peroxidaser, laccaser, glukosoxidas eller alkoholdehydrogenaser; De kombinerar också viktiga komplex såsom enzymet glyceraldehyd 3-fosfatdehydrogenas eller pyruvatdehydrogenas-komplexet, etc., nödvändigt med tanke på glukoskatabolism.

Det inkluderar också alla enzymer i elektrontransportkomplexet i det inre mitokondriella membranet eller i det inre membranet av bakterier, liknande några av de enzymer som finns i kloroplasterna av växtorganismer.

peroxidaser

Peroxidaser är mycket olika enzymer och använder väteperoxid som en elektronacceptor för att katalysera oxidationen av en mängd olika substrat, inklusive fenoler, aminer eller tioler, bland andra. I sina reaktioner minskar de väteperoxid för att producera vatten.

De är mycket viktiga ur industriell synvinkel, med pepparrotsperoxidas är det viktigaste och mest studerade av allt.

Biologiskt sett är peroxidaser viktiga för avlägsnande av reaktiva syreföreningar som kan orsaka betydande skador på celler.

referenser

1. Encyclopaedia Britannica. (2019). Hämtad 26 december 2019 från www.britannica.com
2. Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Enzymatisk modifiering av mejeriproduktens struktur. I Modifying Food Texture (s. 71-97). Woodhead Publishing.
3. Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokemi. Lägg till. Wesley Longman, San Francisco.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.
5. Nomenklaturkommittén för International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Hämtad från www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
6. Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W., & Jordan, F. (2014). Pyruvatdehydrogenaskomplexen: strukturbaserad funktion och reglering. Journal of Biologisk kemi, 289 (24), 16615-16623.