Ферменты, их свойства

Çíà÷åíèÿ ìîëåêóëÿðíûõ ìàññ ôåðìåíòîâ êîëåáëþòñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ: îò íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ äî íåñêîëüêèõ ìèëëèîíîâ.  ïðèðîäå íàñ÷èòûâàåòñÿ íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ôåðìåíòîâ, îáëàäàþùèõ ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøèìè ìîëåêóëàìè (äî 50 òûñ.). Îäíàêî áîëüøèíñòâî ôåðìåíòîâ ïðåäñòàâëåíî áåëêàìè áîëåå âûñîêîé ìîëåêóëÿðíîé ìàññû, ïîñòðîåííûìè èç ñóáúåäèíèö. Òàê, êàòàëàçà (Ì=25200) ñîäåðæèò â ìîëåêóëå øåñòü ïðîòîìåðîâ ñ Ì=42000 êàæäûé. Ìîëåêóëà ôåðìåíòà, óñêîðÿþùåãî ðåàêöèþ ñèíòåçà ðèáîíóêëåèíîâûõ êèñëîò (ÐÍÊ-ïîëèìåðàçà, Ì = 400000), ñîñòîèò èç 6 íåðàâíûõ ñóáúåäèíèö. Ïîëíàÿ ìîëåêóëà ãëóòàìàòäåãèäðîãåíàçû, óñêîðÿþùåé ïðîöåññ îêèñëåíèÿ ãëóòàìèíîâîé êèñëîòû (Ì=336000), ïîñòðîåíà èç 6 ñóáúåäèíèö ñ Ì=56000.

Ñïîñîáû êîìïîíîâêè ïðîòîìåðîâ â ìóëüòèìåðû ðàçíîîáðàçíû. Êðàéíå âàæíî, ÷òî äîñòðîåííûé èç ñóáúåäèíèö ôåðìåíò ïðîÿâëÿåò ìàêñèìàëüíóþ êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü èìåííî â âèäå ìóëüòèìåðà: äèññîöèàöèÿ íà ïðîòîìåðû ðåçêî ñíèæàåò àêòèâíîñòü ôåðìåíòà. Íå âñå ôåðìåíòû-ìóëüòèìåðû ïîñòðîåíû èñêëþ÷èòåëüíî èç êàòàëèòè÷åñêè àêòèâíûõ ïðîòîìåðîâ. Íàðÿäó ñ êàòàëèòè÷åñêèìè â èõ ñîñòàâå îòìå÷åíû ðåãóëÿòîðíûå ñóáúåäèíèöû, êàê, íàïðèìåð, ó àñïàðòàò-êàðáàìèëòðàíñôåðàçû.

Ñðåäè ôåðìåíòîâ-ìóëüòèìåðîâ áåçóñëîâíî ïðåîáëàäàþò äèìåðû è òåòðàìåðû (èõ íåñêîëüêî ñîòåí), â ìåíüøåé ìåðå ðàñïðîñòðàíåíû ãåêñàìåðû è îêòàìåðû (íåñêîëüêî äåñÿòêîâ) è íåîáûêíîâåííî ðåäêî âñòðå÷àþòñÿ òðèìåðû è ïåíòàìåðû.

Ìîëåêóëû ôåðìåíòîâ-ìóëüòèìåðîâ â ðÿäå ñëó÷àåâ ñîñòàâëåíû èç ñóáúåäèíèö äâóõ òèïîâ, îáîçíà÷àåìûõ óñëîâíî êàê ñóáúåäèíèöû òèïà À è Â. Îíè ñõîäíû äðóã ñ äðóãîì, íî îòëè÷àþòñÿ ïî íåêîòîðûì äåòàëÿì ïåðâè÷íîé è òðåòè÷íîé ñòðóêòóð.  çàâèñèìîñòè îò ñîîòíîøåíèÿ ïðîòîìåðîâ òèïà À è  â ìóëüòèìåðå ïîñëåäíèé ìîæåò ñóùåñòâîâàòü â âèäå íåñêîëüêèõ èçîìåðîâ, êîòîðûå íàçûâàþò èçîçèìàìè. Òàê, ïðè ÷åòûðåõ ñóáúåäèíèöàõ âîçìîæíû 5 èçîçèìîâ:

     I       II      III      IV      V

AAAA AAAB AABB ABBB  BBBB

 íàñòîÿùåå âðåìÿ èíòåðåñ ê èçîçèìàì ðåçêî ïîâûñèëñÿ. Îêàçàëîñü, ÷òî êðîìå ãåíåòè÷åñêè äåòåðìèíèðîâàííûõ èçîçèìîâ ñóùåñòâóåò áîëüøàÿ ãðóïïà ôåðìåíòîâ, îáëàäàþùàÿ ìíîæåñòâåííûìè ôîðìàìè, âîçíèêàþùèìè â ðåçóëüòàòå èõ ïîñòòðàíñëÿöèîííîé ìîäèôèêàöèè. Ìíîæåñòâåííûå ôîðìû ôåðìåíòîâ è èçîçèìû â ÷àñòíîñòè èñïîëüçóþòñÿ ñåé÷àñ äëÿ äèàãíîñòèêè áîëåçíåé â ìåäèöèíå, ïðîãíîçèðîâàíèÿ ïðîäóêòèâíîñòè æèâîòíûõ ïîäáîðà ðîäèòåëüñêèõ ïàð ïðè ñêðåùèâàíèè äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîãî ãåòåðîçèñà â ïîòîìñòâå è ò. ï.

Çíà÷åíèå ïðîñòðàíñòâåííîé îðãàíèçàöèè ôåðìåíòîâ îñîáåííî ÿðêî âûÿâëÿåòñÿ ïðè èçó÷åíèè ñòðîåíèÿ òàê íàçûâàåìûõ ìóëüòèýíçèìîâ, ò.å. ôåðìåíòîâ, îáëàäàþùèõ ñïîñîáíîñòüþ óñêîðÿòü îäíîâðåìåííî íåñêîëüêî õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé è îñóùåñòâëÿòü ñëîæíûå ïðåâðàùåíèÿ ñóáñòðàòà. Ïðèìåðîì ìîæåò ñëóæèòü ìóëüòèýíçèì, óñêîðÿþùèé ðåàêöèþ îêèñëèòåëüíîãî äåêàðáîêñèëèðîâàíèÿ ïèðîâèíîãðàäíîé êèñëîòû. Ýòîò  ìíîãîôåðìåíòíûé êîìïëåêñ ñ Ì=4500000 ñîñòîèò èç òðåõ âèäîâ ôåðìåíòîâ. Ïåðâûé èç íèõ (E1) óñêîðÿåò ðåàêöèþ äåêàðáîêñèëèðîâàíèÿ ïèðîâèíîãðàäíîé êèñëîòû.  ñîñòàâ êîìïëåêñà âõîäèò 12 äèìåðíûõ ìîëåêóë ýòîãî ôåðìåíòà (Ê=19200). Âòîðîé è òðåòèé ôåðìåíòû, êàòàëèçèðóþùèå îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûå ïðîöåññû ïðè îêèñëåíèè ïèðîâèíîãðàäíîé êèñëîòû, ñîñðåäîòî÷åíû âíóòðè ìóëüòèýíçèìíîãî êîìïëåêñà. Îäèí èç íèõ (Å3) ïðåäñòàâëåí øåñòüþ äèìåðíûìè ìîëåêóëàìè (Ì=112 000), äðóãîé (Å2) - 24 ïðîòîìåðàìè (Ì=70000).

 òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ìóëüòèýíçèìíûé êîìïëåêñ îáñëóæèâàåò åäèíûé, ìíîãîñòóïåí÷àòûé ïðîöåññ áèîõèìè÷åñêèõ ïðåâðàùåíèé, åãî íàçûâàþò ìåòàáîëîíîì (îò ñëîâà ìåòàáîëèçì - îáìåí âåùåñòâ). Òàêîâû ìåòàáîëîíû ãëèêîëèçà, áèîñèíòåçà ðÿäà àìèíîêèñëîò, öèêëà äèêàðáîíîâûõ è òðèêàðáîíîâûõ êèñëîò è äð.

 ðåçóëüòàòå ñëàæåííîãî âî âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâå äåéñòâèÿ âñåõ òðåõ âèäîâ âõîäÿùèõ â åãî ñîñòàâ ôåðìåíòîâ ìóëüòèýíçèì ñ îãðîìíîé ñêîðîñòüþ îñóùåñòâëÿåò ïðåâðàùåíèå ïèðîâèíîãðàäíîé êèñëîòû. Èìåííî â êîîïåðàòèâíîì õàðàêòåðå êàòàëèòè÷åñêîãî ïðîöåññà è êðîåòñÿ ãëàâíîå îòëè÷èå áèîêàòàëèçàòîðîâ îò êàòàëèçàòîðîâ íåîðãàíè÷åñêîé ïðèðîäû, èìåííî ïîýòîìó èíòåíñèâíîñòü áèîêàòàëèçà â äåñÿòêè, ñîòíè è òûñÿ÷è ðàç ïðåâîñõîäèò ìîùíîñòü äåéñòâèÿ íåîðãàíè÷åñêèõ êàòàëèçàòîðîâ.

Ñðàâíèòåëüíî íåäàâíî âûÿâëåíà åùå îäíà ñâîåîáðàçíàÿ ÷åðòà â ñòðîåíèè ôåðìåíòîâ: íåêîòîðûå èç íèõ ÿâëÿþòñÿ ïîëèôóíêöèîíàëüíûìè, ò.å. îáëàäàþò íåñêîëüêèìè ýíçèìàòè÷åñêèìè àêòèâíîñòÿìè, íî âñåãî ëèøü îäíîé ïîëèïåïòèäíîé öåïüþ. Äåëî â òîì, ÷òî ýòà åäèíàÿ öåïü ïðè ôîðìèðîâàíèè òðåòè÷íîé ñòðóêòóðû îáðàçóåò íåñêîëüêî ôóíêöèîíàëüíî è ñòåðè÷åñêè îáîñîáëåííûõ ãëîáóëÿðíûõ ó÷àñòêîâ - äîìåíîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ õàðàêòåðèçóåòñÿ ñâîåé êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ.

Ïðè èçó÷åíèè ìóëüòèýíçèìíûõ êîìïëåêñîâ è ïîëèôóíêöèîíàëüíûõ ôåðìåíòîâ óäàëîñü ïîíÿòü íàèáîëåå âàæíóþ îñîáåííîñòü ôåðìåíòàòèâíîãî êàòàëèçà, à èìåííî - ýñòàôåòíóþ ïåðåäà÷ó ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ ðåàêöèè îò îäíîãî êîìïîíåíòà êàòàëèòè÷åñêîé ñèñòåìû ê äðóãîìó áåç èõ âûñâîáîæäåíèÿ.

4. Íîìåíêëàòóðà ôåðìåíòîâ

Ôåðìåíòîëîãèÿ î÷åíü äîëãî íå ðàñïîëàãàëà ñòðîãî íàó÷íîé íîìåíêëàòóðîé ôåðìåíòîâ. Íàèìåíîâàíèÿ ôåðìåíòàì äàâàëè ïî ñëó÷àéíûì ïðèçíàêàì (òðèâèàëüíàÿ íîìåíêëàòóðà), ïî íàçâàíèþ ñóáñòðàòà (ðàöèîíàëüíàÿ), ïî õèìè÷åñêîìó ñîñòàâó ôåðìåíòà, íàêîíåö, ïî òèïó êàòàëèçèðóåìîé ðåàêöèè è õàðàêòåðó ñóáñòðàòà.

Ïðèìåðàìè òðèâèàëüíîé íîìåíêëàòóðû ìîãóò ñëóæèòü íàçâàíèÿ òàêèõ ôåðìåíòîâ, êàê ïåïñèí (îò ãðå÷. ïåïñèñ - ïèùåâàðåíèå), òðèïñèí (îò ãðå÷. òðèïñèñ - ðàçæèæàþ) è ïàïàèí (îò íàçâàíèÿ äûííîãî äåðåâà Carica papaja, èç ñîêà êîòîðîãî îí âûäåëåí). Ïî äåéñòâèþ âñå ýòè ôåðìåíòû ÿâëÿþòñÿ ïðîòåîëèòè÷åñêèìè, ò. å. óñêîðÿþò ãèäðîëèç ïðîòåèíîâ (áåëêîâ). Õàðàêòåðíîå íàçâàíèå áûëà äàíî ãðóïïå îêðàøåííûõ âíóòðèêëåòî÷íûõ ôåðìåíòîâ, óñêîðÿþùèõ îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûå ðåàêöèè â êëåòêå, - öèòîõðîìû (îò ëàò. citos - êëåòêà è chroma - öâåò).

Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëà ðàöèîíàëüíàÿ íîìåíêëàòóðà, ñîãëàñíî êîòîðîé íàçâàíèå ôåðìåíòà ñîñòàâëÿåòñÿ èç íàçâàíèÿ ñóáñòðàòà õàðàêòåðíîãî îêîí÷àíèÿ -àçà. Îíà áûëà ïðåäëîæåíà áîëåå ñòîëåòèÿ òîìó íàçàä, â 1883 ã. Ý. Äþêëî - ó÷åíèêîì Ë. Ïàñòåðà. Òàê, ôåðìåíò, óñêîðÿþùèé ðåàêöèþ ãèäðîëèçà êðàõìàëà, ïîëó÷èë íàçâàíèå àìèëàçà (îò ãðå÷. àìèëîí - êðàõìàë), ãèäðîëèçà æèðîâ - ëèïàçà (îò ãðå÷. ëèïîñ - æèð), áåëêîâ (ïðîòåèíîâ) - ïðîòåàçà, ìî÷åâèíû - óðåàçà (îò ãðå÷. óðåà - ìî÷åâèíà) è ò. ï.

Êîãäà ìåòîäàìè àíàëèòè÷åñêîé õèìèè áûëè äîñòèãíóòû èçâåñòíûå óñïåõè â ðàñøèôðîâêå õèìè÷åñêîé ïðèðîäû ïðîñòåòè÷åñêèõ ãðóïï, âîçíèêëà íîâàÿ íîìåíêëàòóðà ôåðìåíòîâ. Èõ ñòàëè èìåíîâàòü ïî íàçâàíèþ ïðîñòåòè÷åñêîé ãðóïïû, íàïðèìåð, ãåìèíôåðìåíò (ïðîñòåòè÷åñêàÿ ãðóïïà - ãåì), ïèðèäîêñàëü-ôåðìåíò (ïðîñòåòè÷åñêàÿ ãðóïïà - ïèðèäîêñàëü) è ò.ï.

Çàòåì â íàçâàíèè ôåðìåíòà ñòàëè óêàçûâàòü êàê íà õàðàêòåð ñóáñòðàòà, òàê è íà òèï êàòàëèçèðóåìîé ðåàêöèè. Ê ïðèìåðó, ôåðìåíò, îòíèìàþùèé âîäîðîä îò ìîëåêóëû ÿíòàðíîé êèñëîòû, íàçûâàþò ñóêöèíàòäåãèäðîãåíàçîé, ïîä÷åðêèâàÿ ýòèì îäíîâðåìåííî è õèìè÷åñêóþ ïðèðîäó ñóáñòðàòà, è îòíÿòèå àòîìîâ âîäîðîäà â ïðîöåññå ôåðìåíòàòèâíîãî äåéñòâèÿ:

      - 2Í

ÍÎÎÑ ¾ ÑH2 ¾ ÑÍ2 ¾ CÎÎÍ ¾¾¾¾¾® ÍÎÎÑ ¾ ÑÍ = ÑÍ ¾ ÑÎÎÍ

ßíòàðíàÿ êèñëîòà  Äåãèäðèðîâàíèå

 1961 ã. Ìåæäóíàðîäíàÿ êîìèññèÿ ïî íîìåíêëàòóðå ôåðìåíòîâ ïðåäñòàâèëà V Ìåæäóíàðîäíîìó áèîëîãè÷åñêîìó êîíãðåññó ïðîåêò íîìåíêëàòóðû, ïîñòðîåííûé íà ñòðîãî íàó÷íûõ ïðèíöèïàõ. Ïðîåêò áûë óòâåðæäåí êîíãðåññîì, è íîâàÿ íîìåíêëàòóðà ïðî÷íî âîøëà â ôåðìåíòîëîãèþ. Ñîãëàñíî ýòîé (Ìîñêîâñêîé) íîìåíêëàòóðå íàçâàíèå ôåðìåíòîâ ñîñòàâëÿþò èç õèìè÷åñêîãî íàçâàíèÿ ñóáñòðàòà è íàçâàíèÿ òîé ðåàêöèè, êîòîðàÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ôåðìåíòîì. Åñëè õèìè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ, óñêîðÿåìàÿ ôåðìåíòîì, ñîïðîâîæäàåòñÿ ïåðåíîñîì ãðóïïèðîâêè àòîìîâ îò ñóáñòðàòà ê àêöåïòîðó, íàçâàíèå ôåðìåíòà âêëþ÷àåò òàêæå õèìè÷åñêîå íàèìåíîâàíèå àêöåïòîðà.

Íàïðèìåð, ïèðèäîêñàëüôåðìåíò, êàòàëèçèðóþøèé ðåàêöèþ ïåðåàìèíèðîâàíèÿ ìåæäó L-àëàíèíîì è a-êåòîãëóòàðîâîé êèñëîòîé, íàçûâàåòñÿ L-àëàíèí: 2-îêñîãëóòàðàò àìèíîòðàíñôåðàçà.  ýòîì íàçâàíèè îòìå÷åíû ñðàçó òðè îñîáåííîñòè: 1) ñóáñòðàòîì ÿâëÿåòñÿ L-àëàíèí; 2) àêöåïòîðîì ñëóæèò 2-îêcîãëóòàðîâàÿ êèñëîòà; Ç) îò ñóáñòðàòà ê àêöåïòîðó ïåðåäàåòñÿ àìèíîãðóïïà.

Íàçâàíèÿ ôåðìåíòîâ ïî íàó÷íîé íîìåíêëàòóðå íåèçìåðèìî âûèãðûâàþò â òî÷íîñòè, íî ñòàíîâÿòñÿ â ðÿäå ñëó÷àåâ ãîðàçäî ñëîæíåå ñòàðûõ, òðèâèàëüíûõ. Òàê, óðåàçà (òðèâèàëüíîå íàçâàíèå), óñêîðÿþùàÿ ðåàêöèþ ãèäðîëèçà - ìî÷åâèíû íà îêñèä óãëåðîäà (IV) è àììèàê, ïî íàó÷íîé íîìåíêëàòóðå èìåíóåòñÿ êàðáàìèä - àìèäîãèäðîëàçîé:

Í2N ¾ ÑÎ ¾ NÍ2 + Í2Î ¾¾¾¾¾® 2NÍ3 + ÑÎ2

 ýòîì íàçâàíèè äàíî òî÷íîå õèìè÷åñêîå íàèìåíîâàíèå ñóáñòðàòà è óêàçàíî, ÷òî ôåðìåíò êàòàëèçèðóåò ðåàêöèþ ãèäðîëèçà àìèäîãðóïïû. Òðåãàëàçà, óñêîðÿþùàÿ ðåàêöèþ ãèäðîëèçà òðåãàëîçû, íàçûâàåòñÿ òðåãàëîçà-1-ãëþêî-ãèäðîëàçîé.

 ñâÿçè ñî çíà÷èòåëüíûì óñëîæíåíèåì íàó÷íûõ íàçâàíèé â íîâîé íîìåíêëàòóðå äîïóñêàåòñÿ ñîõðàíåíèå íàðÿäó ñ íîâûìè ñòàðûõ òðèâèàëüíûõ, ðàáî÷èõ íàçâàíèé ôåðìåíòîâ. Ìåæäóíàðîäíîé êîìèññèåé áûë ñîñòàâëåí äåòàëüíûé ñïèñîê âñåõ èçâåñòíûõ â òî âðåìÿ ôåðìåíòîâ, ñóùåñòâåííî äîïîëíåííûé â 1972 ã. ïðè ïåðåñìîòðå êàê êëàññèôèêàöèè, òàê è íîìåíêëàòóðû íåêîòîðûõ ôåðìåíòîâ, ãäå ðÿäîì ñ íîâûì íàó÷íûì íàçâàíèåì êàæäîãî ôåðìåíòà ïðèâåäåíî ñòàðîå, à òàêæå óêàçàí õèìèçì êàòàëèçèðóåìîé ôåðìåíòîì ðåàêöèè è â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïðèðîäà ôåðìåíòà. Òàêèì îáðàçîì, èñêëþ÷àåòñÿ âîçìîæíîñòü ïóòàíèöû â íàèìåíîâàíèè ôåðìåíòîâ.  1964 ã. ñïèñîê âêëþ÷àë 874 ôåðìåíòà; â ïîñëåäóþùåå âðåìÿ îí áûë ñóùåñòâåííî äîïîëíåí è âîçðîñ äî 1770 ôåðìåíòîâ â 1972 ã. è äî 2003 ôåðìåíòîâ â 1979 ã.

Êàæäîìó ôåðìåíòó â óêàçàííîì ñïèñêå ïðèñâîåí èíäèâèäóàëüíûé íîìåð (øèôð). Íàïðèìåð, øèôð óðåàçû âûðàæàåòñÿ öèôðàìè 3.5.1.5. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî óðåàçà îòíîñèòñÿ ê 3-ìó êëàññó (ïåðâàÿ öèôðà) ôåðìåíòîâ, âñå ïðåäñòàâèòåëè êîòîðîãî êàòàëèçèðóþò ðåàêöèè ãèäðîëèçà. Âòîðàÿ öèôðà (5) ãîâîðèò î òîì, ÷òî óðåàçà ïðèíàäëåæèò ê 5-ìó ïîäêëàññó ýòîãî êëàññà, êóäà çà÷èñëåíû âñå ôåðìåíòû, óñêîðÿþùèå ãèäðîëèç Ñ - N-ñâÿçåé, íå ÿâëÿþùèõñÿ ïåïòèäíûìè. Òðåòüÿ öèôðà øèôðà (1) óêàçûâàåò íà ïðèíàäëåæíîñòü óðåàçû ê ïîäïîäêëàññó 5-ãî ïîäêëàññà, ÷ëåíû êîòîðîãî óñêîðÿþò ãèäðîëèç ëèíåéíûõ àìèäîâ, à ïîñëåäíÿÿ öèôðà (5) - ïîðÿäêîâûé íîìåð óðåàçû â ýòîì ïîäïîäêëàññå.

Óïîìèíàâøàÿñÿ ðàíåå ëàêòàòäåãèäðîãåíåçà èìååò øèôð 1.1.1.27, ò. å. îòíîñèòñÿ ê 1-ìó êëàññó ôåðìåíòîâ (îêñèäîðåäóêòàçû), ê 1-ìó ïîäêëàññó (îêñèäîðåäóêòàçû, äåéñòâóþùèå íà ÑÍ - ÎÍ-ãðóïïèðîâêè â êà÷åñòâå äîíîðîâ àòîìîâ âîäîðîäà), ê 1-ìó ïîäïîäêëàññó (àêöåïòîðîì àòîìîâ âîäîðîäà ñëóæèò íèêîòèíàìèäàäåíèíäèíóêëåîòèä) è çàíèìàåò 27-å ìåñòî â ïåðå÷íå ôåðìåíòîâ óïîìÿíóòîãî ïîäïîäêëàññà. Òàêèì îáðàçîì, øèôð àáñîëþòíî òî÷íî óêàçûâàåò ìåñòî ôåðìåíòà â îáùåì ñïèñêå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðèíÿòî â íàó÷íûõ ïóáëèêàöèÿõ ïðè ïåðâîì óïîìèíàíèè ôåðìåíòà óêàçûâàòü â ñêîáêàõ åãî øèôð.

5. Êëàññèôèêàöèÿ ôåðìåíòîâ 
è õàðàêòåðèñòèêà íåêîòîðûõ ãðóïï

Ïî ïåðâîé â èñòîðèè èçó÷åíèÿ ôåðìåíòîâ êëàññèôèêàöèè èõ äåëèëè íà äâå ãðóïïû: ãèäðîëàçû, óñêîðÿþùèå ãèäðîëèòè÷åñêèå ðåàêöèè, è äåñìîëàçû, óñêîðÿþùèå ðåàêöèè íåãèäðîëèòè÷åñêîãî ðàñïàäà. Çàòåì áûëà ñäåëàíà ïîïûòêà ðàçáèòü ôåðìåíòû íà êëàññû ïî ÷èñëó ñóáñòðàòîâ, ó÷àñòâóþùèõ â ðåàêöèè.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ôåðìåíòû êëàññèôèöèðîâàëè íà òðè ãðóïïû. 1. Êàòàëèçèðóþùèå ïðåâðàùåíèÿ äâóõ ñóáñòðàòîâ îäíîâðåìåííî â îáîèõ íàïðàâëåíèÿõ: À+Â)Ñ+D. 2. Óñêîðÿþùèå ïðåâðàùåíèÿ äâóõ ñóáñòðàòîâ â ïðÿìîé ðåàêöèè è îäíîãî â îáðàòíîé: À+Â)Ñ. 3. Îáåñïå÷èâàþùèå êàòàëèòè÷åñêîå âèäîèçìåíåíèå îäíîãî ñóáñòðàòà êàê â ïðÿìîé, òàê è â îáðàòíîé ðåàêöèè: À)Â.

Îäíîâðåìåííî ðàçâèâàëîñü íàïðàâëåíèå, ãäå â îñíîâó êëàññèôèêàöèè ôåðìåíòîâ áûë ïîëîæåí òèï ðåàêöèè, ïîäâåðãàþùåéñÿ êàòàëèòè÷åñêîìó âîçäåéñòâèþ. Íàðÿäó ñ ôåðìåíòàìè, óñêîðÿþùèìè ðåàêöèè ãèäðîëèçà (ãèäðîëàçû), áûëè èçó÷åíû ôåðìåíòû, ó÷àñòâóþùèå â ðåàêöèÿõ ïåðåíîñà àòîìîâ è àòîìíûõ ãðóïï (ôåðàçû), â èçîìåðèçàöèè (èçîìåðàçû), ðàñùåïëåíèè (ëèàçû), ðàçëè÷íûõ ñèíòåçàõ (ñèíòåòàçû) è ò. ä. Ýòî íàïðàâëåíèå â êëàññèôèêàöèè ôåðìåíòîâ îêàçàëîñü íàèáîëåå ïëîäîòâîðíûì, òàê êàê îáúåäèíÿëî ôåðìåíòû â ãðóïïû íå ïî íàäóìàííûì, ôîðìàëüíûì ïðèçíàêàì, à ïî òèïó âàæíåéøèõ áèîõèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ëåæàùèõ â îñíîâå æèçíåäåÿòåëüíîñòè ëþáîãî îðãàíèçìà. Ïî ýòîìó ïðèíöèïó âñå ôåðìåíòû äåëÿò íà 6 êëàññîâ.

1. Îêñèäîðåäóêòàçû - óñêîðÿþò ðåàêöèè îêèñëåíèÿ - âîññòàíîâëåíèÿ. 2. Òðàíñôåðàçû - óñêîðÿþò ðåàêöèè ïåðåíîñà ôóíêöèîíàëüíûõ ãðóïï è ìîëåêóëÿðíûõ îñòàòêîâ. 3. Ãèäðîëàçû - óñêîðÿþò ðåàêöèè ãèäðîëèòè÷åñêîãî ðàñïàäà. 4. Ëèàçû - óñêîðÿþò íåãèäðîëèòè÷åñêîå îòùåïëåíèå îò ñóáñòðàòîâ îïðåäåëåííûõ ãðóïï àòîìîâ ñ îáðàçîâàíèåì äâîéíîé ñâÿçè (èëè ïðèñîåäèíÿþò ãðóïïû àòîìîâ ïî äâîéíîé ñâÿçè). 5. Èçîìåðàçû - óñêîðÿþò ïðîñòðàíñòâåííûå èëè ñòðóêòóðíûå ïåðåñòðîéêè â ïðåäåëàõ îäíîé ìîëåêóëû. 6. Ëèãàçû - óñêîðÿþò ðåàêöèè ñèíòåçà, ñîïðÿæåííûå ñ ðàñïàäîì áîãàòûõ ýíåðãèåé ñâÿçåé. Ýòè êëàññû è ïîëîæåíû â îñíîâó íîâîé íàó÷íîé êëàññèôèêàöèè ôåðìåíòîâ.

Ê êëàññó îêñèäîðåäóêòàç îòíîñÿò ôåðìåíòû, êàòàëèçèðóþùèå ðåàêöèè îêèñëåíèÿ - âîññòàíîâëåíèÿ. Îêèñëåíèå ïðîòåêàåò êàê ïðîöåññ îòíÿòèÿ àòîìîâ Í (ýëåêòðîíîâ) îò ñóáñòðàòà, à âîññòàíîâëåíèå - êàê ïðèñîåäèíåíèå àòîìîâ Í (ýëåêòðîíîâ) ê àêöåïòîðó.

 êëàññ òðàíñôåðàç âõîäÿò ôåðìåíòû, óñêîðÿþùèå ðåàêöèè ïåðåíîñà ôóíêöèîíàëüíûõ ãðóïï è ìîëåêóëÿðíûõ îñòàòêîâ îò îäíîãî ñîåäèíåíèÿ ê äðóãîìó. Ýòî îäèí èç íàèáîëåå îáøèðíûõ êëàññîâ: îí íàñ÷èòûâàåò îêîëî 500 èíäèâèäóàëüíûõ ôåðìåíòîâ.  çàâèñèìîñòè îò õàðàêòåðà ïåðåíîñèìûõ ãðóïïèðîâîê ðàçëè÷àþò ôîñôîòðàíñôåðàçû, àìèíîòðàíñôåðàçû, ãëèêîçèëòðàíñôåðàçû, àöèëòðàíñôåðàçû, òðàíñôåðàçû, ïåðåíîñÿùèå îäíîóãëåðîäíûå îñòàòêè (ìåòèëòðàíñôåðàçû, ôîðìèëòðàíñôåðàçû), è äð. Íàïðèìåð, àìèäàçû óñêîðÿþò ãèäðîëèç àìèäîâ êèñëîò. Èç íèõ âàæíóþ ðîëü â áèîõèìè÷åñêèõ ïðîöåññàõ â îðãàíèçìå èãðàþò óðåàçà, àñïàðàãèíàçà è ãëóòàìèíàçà.

Óðåàçà áûëà îäíèì èç ïåðâûõ áåëêîâ-ôåðìåíòîâ, ïîëó÷åííûì â êðèñòàëëè÷åñêîì ñîñòîÿíèè. Ýòî îäíîêîìïîíåíòíûé ôåðìåíò (Ì=480000), ìîëåêóëà åãî ãëîáóëÿðíà è ñîñòîèò èç 8 ðàâíûõ ñóáúåäèíèö. Óðåàçà óñêîðÿåò ãèäðîëèç ìî÷åâèíû äî NÍ3 è ÑÎ2.

Õàðàêòåðíûå ÷åðòû äåéñòâèÿ ôåðìåíòîâ êëàññà ëèãàç (ñèíòåòàç) âûÿâëåíû ñîâñåì íåäàâíî â ñâÿçè ñî çíà÷èòåëüíûìè óñïåõàìè â èçó÷åíèè ìåõàíèçìà ñèíòåçà æèðîâ, áåëêîâ è óãëåâîäîâ: Îêàçàëîñü, ÷òî ñòàðûå ïðåäñòàâëåíèÿ îá îáðàçîâàíèè ýòèõ ñîåäèíåíèé, ñîãëàñíî êîòîðûì îíè âîçíèêàþò ïðè îáðàùåíèè ðåàêöèé ãèäðîëèçà, íå ñîîòâåòñòâóþò äåéñòâèòåëüíîñòè. Ïóòè èõ ñèíòåçà ïðèíöèïèàëüíî èíûå.

Ãëàâíàÿ èõ îñîáåííîñòü - ñîïðÿæåííîñòü ñèíòåçà ñ ðàñïàäîì âåùåñòâ, ñïîñîáíûõ ïîñòàâëÿòü ýíåðãèþ äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ áèîñèíòåòè÷åñêîãî ïðîöåññà. Îäíèì èç òàêèõ ïðèðîäíûõ ñîåäèíåíèé ÿâëÿåòñÿ ÀÒÔ. Ïðè îòðûâå îò åå ìîëåêóëû â ïðèñóòñòâèè ëèãàç îäíîãî èëè äâóõ êîíöåâûõ îñòàòêîâ ôîñôîðíîé êèñëîòû âûäåëÿåòñÿ áîëüøîå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, èñïîëüçóåìîé äëÿ àêòèâèðîâàíèÿ ðåàãèðóþùèõ âåùåñòâ. Ëèãàçû æå êàòàëèòè÷åñêè óñêîðÿþò ñèíòåç îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé èç  àêòèâèðîâàííûõ çà ñ÷åò ðàñïàäà  ÀÒÔ  èñõîäíûõ ïðîäóêòîâ. Òàêèì îáðàçîì, ê ëèãàçàì îòíîñÿòñÿ ôåðìåíòû, êàòàëèçèðóþùèå ñîåäèíåíèå äðóã ñ äðóãîì äâóõ ìîëåêóë, ñîïðÿæåííîå ñ ãèäðîëèçîì ïèðîôîñôàòíîé ñâÿçè â ìîëåêóëå ÀÒÔ èëè èíîãî íóêëåîçèäòðèôîñôàòà.

Ìåõàíèçì äåéñòâèÿ ëèãàç èçó÷åí åùå íåäîñòàòî÷íî, íî, íåñîìíåííî, îí âåñüìà ñëîæåí.  ðÿäå ñëó÷àåâ äîêàçàíî, ÷òî îäíî èç ó÷àñòâóþùèõ â îñíîâíîé ðåàêöèè âåùåñòâ ñíà÷àëà äàåò ïðîìåæóòî÷íîå ñîåäèíåíèå ñ ôðàãìåíòîì ðàñïàäàþùåéñÿ ìîëåêóëû ÀÒÔ, à âñëåä çà ýòèì óêàçàííûé ïðîìåæóòî÷íûé ïðîäóêò âçàèìîäåéñòâóåò ñî âòîðûì ïàðòíåðîì îñíîâíîé õèìè÷åñêîé ðåàêöèè ñ îáðàçîâàíèåì êîíå÷íîãî ïðîäóêòà.

6. Ëîêàëèçàöèÿ ôåðìåíòîâ â êëåòêå

Îäíèì èç ïðèíöèïèàëüíûõ îòëè÷èé ôåðìåíòîâ îò êàòàëèçàòîðîâ íåáèîëîãè÷åñêîãî ïðîèñõîæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ êîîïåðàòèâíûé õàðàêòåð èõ äåéñòâèÿ. Íà óðîâíå îäèíî÷íîé ìîëåêóëû ôåðìåíòà êîîïåðàòèâíûé ïðèíöèï ðåàëèçóåòñÿ â òîíêîì âçàèìîäåéñòâèè ñóáñòðàòíîãî, àêòèâíîãî è àëëîñòåðè÷åñêîãî öåíòðîâ. Îäíàêî ãîðàçäî áîëüøåå çíà÷åíèå èìååò êîîïåðàòèâíîå îñóùåñòâëåíèå ðåàêöèé íà óðîâíå àíñàìáëåé ôåðìåíòîâ. Èìåííî áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ ñèñòåì ôåðìåíòîâ - â âèäå ìóëüòèýíçèìíûõ êîìïëåêñîâ èëè åùå áîëåå ñëîæíûõ îáðàçîâàíèé - ìåòàáîëîíîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ êàòàëèòè÷åñêèå ïðåâðàùåíèÿ âñåõ ó÷àñòíèêîâ åäèíîãî ìåòàáîëè÷åñêîãî öèêëà - â êëåòêàõ ñ áîëüøîé ñêîðîñòüþ îñóùåñòâëÿþòñÿ ìíîãîñòàäèéíûå ïðîöåññû êàê ðàñïàäà, òàê è ñèíòåçà îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóë. Ôåðìåíòàòèâíûé êàòàëèç â ìíîãîñòàäèéíûõ ðåàêöèÿõ èäåò áåç âûäåëåíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ: òîëüêî âîçíèêíóâ, îíè òóò æå ïîäâåðãàþòñÿ äàëüíåéøèì ïðåîáðàçîâàíèÿì.