Các sản phẩm oxy hóa là các protein có hoạt tính enzym, chịu trách nhiệm xúc tác các phản ứng oxy hóa - khử, tức là các phản ứng liên quan đến việc loại bỏ các nguyên tử hydro hoặc điện tử trong chất nền mà chúng hoạt động.
Các phản ứng được xúc tác bởi các enzym này, như tên gọi của chúng, là phản ứng oxy hóa-khử, tức là các phản ứng trong đó một phân tử cho electron hoặc nguyên tử hydro và một phân tử khác nhận chúng, thay đổi trạng thái oxy hóa tương ứng của chúng.
Sơ đồ đồ họa phản ứng của enzym oxy hóa loại EC 1.2.1.40 (Nguồn: akane700 Qua Wikimedia Commons)
Một ví dụ về enzyme oxydoreductase rất phổ biến trong tự nhiên là dehydrogenase và oxidase. Có thể đề cập đến enzyme dehydrogenase rượu, xúc tác quá trình dehydro hóa ethanol để tạo ra acetaldehyde theo cách phụ thuộc NAD + hoặc phản ứng ngược lại, để tạo ra ethanol trong quá trình lên men rượu do một số loại nấm men quan trọng về mặt thương mại thực hiện.
Các enzym của chuỗi vận chuyển điện tử trong tế bào hiếu khí là các cơ chế oxy hóa chịu trách nhiệm bơm proton, do đó tạo ra gradien điện hóa qua màng trong ty thể cho phép thúc đẩy quá trình tổng hợp ATP.
Đặc điểm chung
Enzyme oxydoreductase là những enzyme xúc tác quá trình oxy hóa của một hợp chất này và sự khử đồng thời của một hợp chất khác.
Chúng thường yêu cầu sự hiện diện của các loại coenzyme khác nhau cho hoạt động của chúng. Các coenzyme thực hiện chức năng cho hoặc nhận các điện tử và nguyên tử hydro mà các chất khử oxy hóa thêm hoặc bớt vào chất nền của chúng.
Các coenzyme này có thể là cặp NAD + / NADH hoặc cặp FAD / FADH2. Trong nhiều hệ thống trao đổi chất hiếu khí, các electron và nguyên tử hydro này cuối cùng được chuyển từ các coenzyme liên quan đến oxy.
Chúng là các enzym có đặc điểm “thiếu” cơ chất rõ rệt, cho phép chúng xúc tác các phản ứng liên kết chéo trong các loại polyme khác nhau, cho dù chúng là protein hay cacbohydrat.
Phân loại
Nhiều khi, danh pháp và phân loại của các enzym này dựa trên cả chất nền chính mà chúng sử dụng và loại coenzyme mà chúng cần để hoạt động.
Theo khuyến nghị của Ủy ban Danh pháp của Liên minh Quốc tế về Hóa sinh và Sinh học Phân tử (NC-IUBMB), các enzym này thuộc loại EC 1 và bao gồm ít hơn 23 loại khác nhau (EC1.1-EC1.23), là :
- EC 1.1: tác động lên các nhóm CH-OH của các chất cho.
- EC 1.2: tác dụng lên nhóm aldehyde hoặc nhóm oxo của các chất cho.
- EC 1.3: hoạt động trên các nhóm CH-CH của các nhà tài trợ.
- EC 1.4: tác động lên các nhóm CH-NH2 của các nhà tài trợ.
- EC 1.5: hoạt động trên các nhóm CH-NH của các nhà tài trợ.
- EC 1.6: hoạt động trong NADH hoặc trong NADPH.
- EC 1.7: hoạt động trên các hợp chất nitơ khác với tư cách là chất cho.
- EC 1.8: tác động lên các nhóm lưu huỳnh của các chất cho.
- EC 1.9: hoạt động trong nhóm heme của các nhà tài trợ.
- EC 1.10: tác động lên các chất cho như diphenol và các chất liên quan khác.
- EC 1.11: hoạt động trên peroxide như một chất nhận.
- EC 1.12: hoạt động dựa trên hydro với tư cách là chất cho.
- EC 1.13: tác động lên các nhà tài trợ đơn giản với sự kết hợp của oxy phân tử (oxygenase).
- EC 1.14: hoạt động trên các nhà tài trợ “ghép đôi”, với sự kết hợp hoặc khử oxy phân tử.
- EC 1.15: hoạt động trên superoxit làm chất nhận.
- EC 1.16: oxy hóa các ion kim loại.
- EC 1.17: tác dụng lên nhóm CH hoặc CH2.
- EC 1.18: hoạt động trên các protein có chứa sắt và bị đóng vai trò là người hiến tặng.
- EC 1.19: hoạt động trên flavodoxin khử với tư cách là chất cho.
- EC 1.20: tác động lên các chất cho như phốt pho và asen.
- EC 1.21: tác dụng trong phản ứng XH + YH = XY.
- EC 1.22: tác động lên halogen của các chất cho.
- EC 1.23: làm giảm nhóm COC làm chất chấp nhận.
- EC 1.97: các chất oxy hóa khác.
Mỗi loại này còn bao gồm các phân nhóm trong đó các enzym được phân tách theo sở thích cơ chất.
Ví dụ, trong nhóm các chất dẫn xuất oxy hóa hoạt động trên các nhóm CH-OH của các chất cho của chúng, có một số thích NAD + hoặc NADP + làm chất nhận, trong khi một số khác sử dụng cytochromes, oxy, lưu huỳnh, v.v.
Kết cấu
Vì nhóm các chất oxy hóa rất đa dạng nên việc thiết lập một đặc tính cấu trúc xác định là khá khó khăn. Cấu trúc của nó không chỉ khác nhau giữa các loại enzyme mà còn giữa các loài hoặc nhóm sinh vật sống và thậm chí từ tế bào này sang tế bào khác trong các mô khác nhau.
Mô hình thông tin sinh học về cấu trúc của enzym oxy hóa sản phẩm (Nguồn: Jawahar Swaminathan và nhân viên MSD tại Viện Tin học sinh học Châu Âu Via Wikimedia Commons)
Ví dụ, enzyme pyruvate dehydrogenase là một phức hợp bao gồm ba tiểu đơn vị xúc tác được liên kết tuần tự được gọi là tiểu đơn vị E1 (pyruvate dehydrogenase), tiểu đơn vị E2 (dihydrolipoamide acetyltransferase) và tiểu đơn vị E3 (dihydrolipoamide dehydrogenase).
Đến lượt mình, mỗi tiểu đơn vị này có thể được cấu tạo bởi nhiều hơn một đơn phân protein cùng loại hoặc khác loại, nghĩa là chúng có thể là đơn phân tử (những đơn vị chỉ có hai đơn phân bằng nhau), heterotrimeric (những đơn phân có ba đơn phân khác nhau) và như vậy.
Tuy nhiên, chúng thường là các enzym bao gồm các xoắn alpha và các tấm gấp β được sắp xếp theo các cách khác nhau, với các tương tác nội và giữa các phân tử cụ thể của các loại khác nhau.
Đặc trưng
Enzyme oxydoreductase xúc tác các phản ứng oxy hóa-khử trong hầu như tất cả các tế bào của tất cả các sinh vật trong sinh quyển. Các phản ứng này nói chung là thuận nghịch, trong đó trạng thái oxy hóa của một hoặc nhiều nguyên tử trong cùng một phân tử bị thay đổi.
Các chất oxy hóa thường cần hai chất nền, một chất hoạt động như chất cho hydro hoặc electron (để oxy hóa) và chất khác đóng vai trò như chất nhận hydro hoặc electron (để khử).
Các enzym này cực kỳ quan trọng đối với nhiều quá trình sinh học trong các loại tế bào và sinh vật.
Ví dụ, chúng hoạt động trong việc tổng hợp melanin (một sắc tố được hình thành trong tế bào da của con người), trong sự hình thành và phân hủy lignin (hợp chất cấu trúc của tế bào thực vật), protein, v.v.
Chúng được sử dụng trong công nghiệp để thay đổi kết cấu của một số thực phẩm và ví dụ về chúng là peroxidase, glucose oxidase và những loại khác.
Hơn nữa, các enzym nổi bật nhất của nhóm này là những enzym tham gia như chất vận chuyển điện tử trong các chuỗi vận chuyển của màng ti thể, lục lạp và màng sinh chất bên trong của vi khuẩn, nơi chúng là các protein xuyên màng.
Ví dụ về các chất oxy hóa
Có hàng trăm ví dụ về enzym oxydoreductase trong tự nhiên và trong công nghiệp. Những enzym này, như đã thảo luận, có những chức năng quan trọng nhất đối với chức năng tế bào và do đó, đối với sự sống.
Các sản phẩm oxy hóa không chỉ bao gồm các enzyme peroxidase, sơn mài, glucose oxidase hoặc alcohol dehydrogenase; Chúng cũng kết hợp các phức hợp quan trọng như enzyme glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase hoặc phức hợp pyruvate dehydrogenase, v.v., rất cần thiết theo quan điểm dị hóa glucose.
Nó cũng bao gồm tất cả các enzym của phức hợp vận chuyển điện tử trong màng trong ti thể hoặc trong màng trong của vi khuẩn, tương tự như một số enzym được tìm thấy trong lục lạp của sinh vật thực vật.
Peroxidase
Peroxidase là những enzym rất đa dạng và sử dụng hydrogen peroxide như một chất nhận điện tử để xúc tác quá trình oxy hóa nhiều loại chất nền, bao gồm phenol, amin hoặc thiols, trong số những chất khác. Trong các phản ứng của chúng, chúng khử hydrogen peroxide để tạo ra nước.
Chúng rất quan trọng theo quan điểm công nghiệp, với peroxidase củ cải ngựa là quan trọng nhất và được nghiên cứu nhiều nhất.
Về mặt sinh học, peroxidase rất quan trọng để loại bỏ các hợp chất oxy phản ứng có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho tế bào.
Người giới thiệu
- Bách khoa toàn thư Britannica. (2019). Truy cập ngày 26 tháng 12 năm 2019, từ www.britannica.com
- Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Enzyme sửa đổi kết cấu sản phẩm sữa. Trong Sửa đổi Kết cấu Thực phẩm (trang 71-97). Nhà xuất bản Woodhead.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Hóa sinh. Thêm vào. Wesley Longman, San Francisco.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
- Ủy ban Danh pháp của Liên minh Quốc tế Hóa sinh và Sinh học phân tử (NC-IUBMB). (2019). Lấy từ www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W., & Jordan, F. (2014). Phức hợp pyruvate dehydrogenase: chức năng và quy định dựa trên cấu trúc. Tạp chí Hóa học Sinh học, 289 (24), 16615-16623.