The oxidoreductases adalah protein dengan aktiviti enzim yang bertanggungjawab untuk Catalyzing pengoksidaan - tindak balas pengurangan, iaitu, tindak balas yang melibatkan penyingkiran atom hidrogen atau elektron dalam substrat di mana mereka bertindak.
Reaksi yang dikatalisis oleh enzim ini, seperti namanya, adalah reaksi pengurangan oksidasi, iaitu reaksi di mana satu molekul menyumbangkan elektron atau atom hidrogen dan yang lain menerimanya, mengubah keadaan pengoksidaan masing-masing.
Skema grafik tindak balas oksidoriduktase jenis 1.2.1.40 EC (Sumber: akane700 Melalui Wikimedia Commons)
Contoh enzim oksidoriduktase yang sangat umum adalah dehidrogenase dan oksidase. Penyebutan boleh dibuat mengenai enzim alkohol dehidrogenase, yang memangkinkan dehidrogenasi etanol untuk menghasilkan asetaldehid dengan cara yang bergantung pada NAD + atau tindak balas terbalik, untuk menghasilkan etanol semasa penapaian alkohol yang dilakukan oleh beberapa ragi yang penting secara komersial.
Enzim rantai pengangkutan elektron dalam sel aerobik adalah oksidoriduktase yang bertanggungjawab untuk mengepam proton, sehingga menghasilkan kecerunan elektrokimia melintasi membran mitokondria dalaman yang memungkinkan sintesis ATP dipacu.
Ciri umum
Enzim Oxidoreductase adalah enzim yang menjadi pemangkin pengoksidaan satu sebatian dan pengurangan yang lain.
Ini biasanya memerlukan kehadiran pelbagai jenis koenzim untuk operasi mereka. Koenzim memenuhi fungsi menderma atau menerima elektron dan atom hidrogen yang ditambah atau dikeluarkan oleh oksidoriduktase ke substratnya.
Koenzim ini boleh menjadi pasangan NAD + / NADH atau pasangan FAD / FADH2. Dalam banyak sistem metabolik aerobik, elektron dan atom hidrogen ini akhirnya dipindahkan dari koenzim yang terlibat ke oksigen.
Mereka adalah enzim dengan "kekurangan" kekhususan substrat yang jelas, yang memungkinkan mereka mengkatalisis tindak balas silang pada pelbagai jenis polimer, sama ada protein atau karbohidrat.
Pengelasan
Sering kali, tatanama dan klasifikasi enzim ini didasarkan pada substrat utama yang mereka gunakan dan jenis koenzim yang mereka perlukan untuk berfungsi.
Menurut cadangan Jawatankuasa Tatanama Kesatuan Antarabangsa untuk Biokimia dan Biologi Molekul (NC-IUBMB), enzim ini termasuk dalam kelas EC 1 dan merangkumi lebih kurang 23 jenis yang berbeza (EC1.1-EC1.23), yang :
- EC 1.1: yang bertindak terhadap kumpulan CH-OH penderma.
- EC 1.2: yang bertindak terhadap kumpulan aldehid atau kumpulan oxo penderma.
- EC 1.3: yang bertindak ke atas kumpulan CH-CH penderma.
- EC 1.4: yang bertindak pada kumpulan CH-NH2 penderma.
- EC 1.5: yang bertindak terhadap kumpulan CH-NH penderma.
- EC 1.6: yang bertindak di NADH atau di NADPH.
- EC 1.7: yang bertindak terhadap sebatian nitrogen lain sebagai penderma.
- EC 1.8: yang bertindak pada kumpulan sulfur penderma.
- EC 1.9: yang bertindak dalam kumpulan heme penderma.
- EC 1.10: yang bertindak terhadap penderma seperti diphenols dan bahan lain yang berkaitan.
- EC 1.11: yang bertindak pada peroksida sebagai akseptor.
- EC 1.12: yang bertindak terhadap hidrogen sebagai penderma.
- EC 1.13: yang bertindak pada penderma sederhana dengan penggabungan oksigen molekul (oksigenase).
- EC 1.14: yang bertindak pada penderma "berpasangan", dengan penggabungan atau pengurangan oksigen molekul.
- EC 1.15: yang bertindak pada superoksida sebagai akseptor.
- EC 1.16: yang mengoksidakan ion logam.
- EC 1.17: yang bertindak pada kumpulan CH atau CH2.
- EC 1.18: yang bertindak terhadap protein yang mengandungi zat besi dan menderita sebagai penderma.
- EC 1.19: yang bertindak mengurangkan flavodoxin sebagai penderma.
- EC 1.20: yang bertindak ke atas penderma seperti fosforus dan arsenik.
- EC 1.21: yang bertindak dalam tindak balas XH + YH = XY.
- EC 1.22: yang bertindak terhadap halogen penderma.
- EC 1.23: yang mengurangkan kumpulan COC sebagai akseptor.
- EC 1.97: oksidoriduktase lain.
Setiap kategori ini merangkumi subkumpulan di mana enzim dipisahkan mengikut pilihan substrat.
Sebagai contoh, dalam kumpulan oksidoriduktase yang bertindak pada kumpulan CH-OH penderma mereka, ada beberapa yang lebih suka NAD + atau NADP + sebagai akseptor, sementara yang lain menggunakan sitokrom, oksigen, sulfur, dll.
Struktur
Oleh kerana kumpulan oksidoriduktase sangat pelbagai, menetapkan ciri struktur yang ditentukan agak sukar. Strukturnya tidak hanya bervariasi dari enzim ke enzim, tetapi juga antara spesies atau kumpulan makhluk hidup dan bahkan dari sel ke sel dalam tisu yang berbeza.
Model bioinformatik struktur enzim oksidoriduktase (Sumber: Jawahar Swaminathan dan kakitangan MSD di Institut Bioinformatik Eropah Melalui Wikimedia Commons)
Enzim piruvat dehydrogenase, misalnya, adalah kompleks yang terdiri daripada tiga subunit katalitik berurutan yang dikenali sebagai subunit E1 (piruvat dehydrogenase), subunit E2 (dihydrolipoamide acetyltransferase), dan subunit E3 (dihydrolipoamide dehydrogenase).
Setiap subunit ini, pada gilirannya, boleh terdiri daripada lebih daripada satu monomer protein dari jenis yang sama atau dari jenis yang berbeza, iaitu, mereka boleh menjadi homodimerik (yang hanya mempunyai dua monomer sama), heterotrimerik (yang mempunyai tiga monomer berbeza) dan sebagainya.
Walau bagaimanapun, mereka biasanya merupakan enzim yang terdiri daripada heliks alfa dan helaian β-lipatan yang disusun dengan cara yang berbeza, dengan interaksi intra- dan intermolekul yang berlainan jenis.
ciri-ciri
Enzim Oxidoreductase memangkin reaksi pengurangan pengoksidaan di hampir semua sel semua makhluk hidup di biosfer. Tindak balas ini secara amnya boleh diterbalikkan, di mana keadaan pengoksidaan satu atau lebih atom dalam molekul yang sama diubah.
Oxidoreductases biasanya memerlukan dua substrat, satu yang bertindak sebagai penderma hidrogen atau elektron (untuk mengoksidakan) dan satu lagi untuk bertindak sebagai penerima hidrogen atau elektron (untuk mengurangkan).
Enzim ini sangat penting bagi banyak proses biologi dalam pelbagai jenis sel dan organisma.
Mereka berfungsi, misalnya, dalam sintesis melanin (pigmen yang terbentuk dalam sel-sel kulit manusia), dalam pembentukan dan degradasi lignin (sebatian struktur sel tumbuhan), dalam lipatan protein, dll.
Mereka digunakan secara industri untuk mengubah tekstur beberapa makanan dan contohnya adalah peroksidase, glukosa oksidase dan lain-lain.
Selanjutnya, enzim yang paling menonjol dari kumpulan ini adalah enzim yang berperanan sebagai pengangkut elektronik dalam rantai pengangkutan membran mitokondria, kloroplas dan membran plasma dalaman bakteria, di mana ia adalah protein transmembran.
Contoh oksidoriduktase
Terdapat beratus-ratus contoh enzim oksidoriduktase di alam dan di industri. Enzim-enzim ini, seperti yang dibincangkan, mempunyai fungsi yang sangat penting untuk fungsi sel dan, oleh itu, seumur hidup.
Oksidoriduktase tidak hanya merangkumi enzim peroksidase, laccases, glukosa oksidase atau alkohol dehidrogenase; Mereka juga menggabungkan kompleks penting seperti enzim gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase atau kompleks piruvat dehidrogenase, dan lain-lain, yang penting dari sudut pandang katabolisme glukosa.
Ini juga merangkumi semua enzim kompleks pengangkutan elektron dalam membran mitokondria dalam atau membran dalaman bakteria, serupa dengan beberapa enzim yang terdapat dalam kloroplas organisma tumbuhan.
Peroksidase
Peroksidase adalah enzim yang sangat pelbagai dan menggunakan hidrogen peroksida sebagai akseptor elektron untuk menjadi pemangkin pengoksidaan pelbagai jenis substrat, termasuk fenol, amina atau thiol, antara lain. Dalam reaksi mereka, mereka mengurangkan hidrogen peroksida untuk menghasilkan air.
Mereka sangat penting dari sudut perindustrian, dengan peroksidase lobak menjadi yang paling penting dan paling banyak dikaji.
Secara biologi, peroksidase penting untuk penyingkiran sebatian oksigen reaktif yang boleh menyebabkan kerosakan sel yang ketara.
Rujukan
- Ensiklopedia Britannica. (2019). Diakses pada 26 Disember 2019, dari www.britannica.com
- Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Pengubahsuaian enzimatik terhadap tekstur produk tenusu. Dalam Mengubah Tekstur Makanan (hlm. 71-97). Penerbitan Woodhead.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokimia. Tambah. Wesley Longman, San Francisco.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
- Jawatankuasa Tatanama Kesatuan Antarabangsa Biokimia dan Biologi Molekul (NC-IUBMB). (2019). Diperolehi dari www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W., & Jordan, F. (2014). Kompleks piruvat dehidrogenase: fungsi dan peraturan berdasarkan struktur. Jurnal Kimia Biologi, 289 (24), 16615-16623.