НОМЕНКЛАТУРА, КЛАССИФИКАЦИЯ И ИНДЕКСАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
Во времена становления энзимологии открываемые ферменты именовались обычно по названию субстрата, к которому добавляли окончание «-аза». Многие из таких терминов сохранились до сих пор. Например, амилаза (от ашу1ию - крахмал) - фермент, катализирующий гидролиз крахмала; фосфатаза (гидролизует эфиры фосфорной кислоты); уреаза (расщепляет мочевину); протеиназа (осуществляет гидролиз белков). С приумножением выявляемых ферментов стали возникать названия, ничего не говорящие ни о субстрате, ни о природе катализируемой реакции. Так появились обозначения «каталаза», «диафораза», «промежуточный фермент», «желтый фермент Варбурга» (который пришлось обозначать как «старый желтый фермент» после открытия нового «желтого фермента») и т. д. Постепенно эти не очень внятные термины заменялись более точными. И все же, нередко какой-либо фермент получал разные имена или, напротив, одинаковое название давали разным ферментам.
В 1956 г. Международный биохимический союз учредил Комиссию по ферментам. Она составила список более 700 известных тогда ферментов и разработала принципы их систематизации и рационального обозначения. Созданная на этой основе Классификация и номенклатура ферментов утверждена на V Международном биохимическом конгрессе (Москва, 1961 г.). Она действует поныне, постоянно пополняясь вновь открываемыми энзимами (за 40 лет общее их число возросло пятикратно, достигнув почти 3,5 тысяч).
По новой номенклатуре наименование фермента должно состоять из названия его субстрата и обозначения типа катализируемой реакции, которое завершается окончанием «-аза». Если в реакции участвуют два субстрата, то приводятся названия обоих (разделенные двоеточием). Отсюда — громоздкость систематических наименований. Поэтому было решено «узаконить» употребление и многих традиционных (рабочих) названий, которые привычнее, а главное - гораздо короче. В самом деле, удобнее пользоваться краткими терминами «глюкозо- оксидаза» или «аденилатциклаза» вместо их названий в систематической номенклатуре: «р-О-глкжоза: кислород- 1-оксидоредуктаза» и «АТ Ф-пирофосфатл иаза (ци кл изирующая)».
В отличие от принятой в химии систематизации веществ по строению (составу) их молекул, рациональная классификация ферментов может быть построена только на основе их функции. Действительно, катализируемая реакция - это тот всеобщий признак, по которому один фермент отличается от других. При этом учитывают только суммарное химическое превращение, выражаемое формальным итоговым уравнением.
В соответствии с международной Классификацией ферментов (КФ), по типу катализируемой реакции все ферменты подразделяются на 6 классов, за каждым из которых закреплен свой порядковый номер:
Оксидоредуктазы - катализируют реакции
окисления-восстановления.
Трансферазы — реализуют межмолекуляр-
ный перенос групп атомов (метильных, гли- козильных, фосфатных, аминогрупп и т.д.).
Гидролазы - катализируют гидролитическое
расщепление сложноэфирных, пептидных, гликозидных и ряда других связей.
Лиазы — обеспечивают расщепление связи
углерода с кислородом, азотом, серой или другим углеродом без участия воды.
Изомеразы — проводят реакции внутримоле
кулярного переноса (рацемазы, мутазы, внутримолекулярные оксидоредуктазы и ряд других).
Лигазы (синтазы) - допустимо название
синтетазы’ проводят реакции синтеза за счет энергии расщепления макроэргической связи (в АТФ или его аналогах).
Первые три класса содержат почти по тысяче ферментов каждый, последние - от одной до нескольких сотен. Разнообразие ферментов в каждой из этих крупных групп потребовало дальнейшей градации классов на подклассы, а тех - на подподклассы. Главными критериями при этом служат характер атакуемой связи или функциональной группировки в молекуле субстрата, наличие второго субстрата, природа акцептора (если он есть), строение переносимой группы и т. д. Наконец, каждый подподкласс состоит из перечня индивидуальных ферментов с закрепленным для каждого из них порядковым номером. Вновь открываемые ферменты заносятся в соответствующий подподкласс под очередным номером (т.е., последовательность их носит чисто хронологический характер).
К числу преимуществ КФ относится возможность обозначать каждый фермент индивидуальным шифром (индексом). Он состоит из четырех чисел, первое из которых обозначает номер класса, второе - номер подкласса, третье — номер подподкласса и, наконец, четвертое - порядковый номер фермента в его подподклассе. Эти числа отделяются друг от друга точкой. Например, индекс глюкозоокси- дазы (КФ 1.1.3.4) указывает, что этот фермент относится к подклассу 1 класса оксидоредуктаз (т.е., действует на группу СН-ОН в молекуле окисляемого вещества); что акцептором двух атомов водорода, отнимаемых от субстрата, является молекула кислорода (такие ферменты в подклассе 1 оксидоредуктаз составляют под- подкласс 3) и, наконец, что в этом подподклас- се глюкозооксидаза имеет порядковый номер 4.
Таким образом, индекс фермента не только точно обозначает его (а также указывает на официальное признание этого энзима), но и дает представление о типе катализируемой реакции и характере атакуемых связей (отсюда — и о возможных продуктах реакции).
Современная Классификация ферментов «помехоустойчива»: любой вновь открытый фермент можно вставить в соответствующий подподкласс под очередным номером. Если понадобится - можно ввести в нее новый под- подкласс или даже подкласс. По мере углубления знаний некоторые ферменты приходится исключать из общего списка либо переносить в другой разряд. Естественно, при этом индекс фермента изменяется. Во избежание путаницы, прежний индекс сохраняется в перечне ферментов, но с пометкой «исключен» (deleted). Все новшества оперативно отражаются на специальных сайтах в Интернете, посвященных ферментам, - таких как Enzyme Nomenclature или ExPASY-ENZYME, содержание которых контролируется Комитетом по номенклатуре Международного союза по биохимии и молекулярной биологии.
Макромолекула белка может взаимодействовать с молекулой субстрата, естественно, не всей своей поверхностью, а только относительно небольшим ее участком. И не любым, а вполне определенным. Он обозначается как активный центр фермента. В его пределах выделяют две функционально различные зоны - адсорбционный центр (участок) и каталитический центр (участок). Кроме того, вне пределов активного центра может быть один или несколько так называемых аллостерических центров.