The oksidoreduktase adalah protein dengan aktivitas enzimatik yang bertanggung jawab untuk katalisasi oksidasi - reduksi, yaitu, reaksi yang melibatkan penghapusan atom hidrogen atau elektron dalam substrat di mana mereka bertindak.
Reaksi yang dikatalisasi oleh enzim ini, seperti yang ditunjukkan oleh namanya, adalah reaksi reduksi oksidasi, yaitu reaksi di mana satu molekul mendonasikan elektron atau atom hidrogen dan yang lain menerimanya, mengubah bilangan oksidasi masing-masing.
Skema grafik dari reaksi sebuah EC 1.2.1.40 jenis oksidoreduktase (Sumber: akane700 Via Wikimedia Commons)
Contoh enzim oksidoreduktase yang sangat umum di alam adalah enzim dehidrogenase dan oksidase. Sebutkan dapat dibuat dari enzim alkohol dehidrogenase, yang mengkatalisis dehidrogenasi etanol untuk menghasilkan asetaldehida dengan cara bergantung NAD + atau reaksi sebaliknya, untuk menghasilkan etanol selama fermentasi alkohol yang dilakukan oleh beberapa ragi yang penting secara komersial.
Enzim rantai transpor elektron dalam sel aerobik adalah oksidoreduktase yang bertanggung jawab untuk memompa proton, sehingga menghasilkan gradien elektrokimia melintasi membran mitokondria bagian dalam yang memungkinkan sintesis ATP digerakkan.
Karakteristik umum
Enzim oksidoreduktase adalah enzim yang mengkatalisis oksidasi satu senyawa dan reduksi secara bersamaan.
Ini biasanya membutuhkan keberadaan berbagai jenis koenzim untuk operasinya. Koenzim memenuhi fungsi mendonasikan atau menerima elektron dan atom hidrogen yang ditambahkan atau dihilangkan oksidoreduktase ke substratnya.
Koenzim ini dapat berupa pasangan NAD + / NADH atau pasangan FAD / FADH2. Dalam banyak sistem metabolisme aerobik, elektron dan atom hidrogen ini akhirnya ditransfer dari koenzim yang terlibat ke oksigen.
Mereka adalah enzim dengan “kekurangan” spesifisitas substrat, yang memungkinkan mereka untuk mengkatalisis reaksi ikatan silang dalam berbagai jenis polimer, apakah itu protein atau karbohidrat.
Klasifikasi
Seringkali, nomenklatur dan klasifikasi enzim ini didasarkan pada substrat utama yang mereka gunakan dan jenis koenzim yang mereka butuhkan untuk berfungsi.
Menurut rekomendasi dari Nomenclature Committee of the International Union for Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), enzim ini termasuk dalam kelas EC 1 dan mencakup kurang lebih 23 jenis yang berbeda (EC1.1-EC1.23), yaitu :
- EC 1.1: las cuales actúan en los grupos CH-OH de los donadores.
- EC 1.2: las cuales actúan en el grupo aldehído o el grupo oxo de los donadores.
- EC 1.3: las cuales actúan en los grupos CH-CH de los donadores.
- EC 1.4: las cuales actúan en los grupos CH-NH2 de los donadores.
- EC 1.5: las cuales actúan en los grupos CH-NH de los donadores.
- EC 1.6: las cuales actúan en el NADH o en el NADPH.
- EC 1.7: semua hal yang dapat dilakukan dengan benar dan benar-benar berguna bagi donadores.
- EC 1.8: las cuales actúan sobre los grupos sulfurados de los donadores.
- EC 1.9: las cuales actúan en los grupos hemo de los donadores.
- EC 1.10: las cuales actúan en donadores como difenoles y otras sustancias relacionadas.
- EC 1.11: las cuales actúan sobre peróxido como aceptor.
- EC 1.12: las cuales actúan sobre el hidrógeno como donador.
- EC 1.13: yang bekerja atas donor sederhana dengan penggabungan molekul oksigen (oksigenase).
- EC 1.14: yang bekerja pada donor "berpasangan", dengan penggabungan atau reduksi oksigen molekuler.
- EC 1.15: yang bekerja pada superoksida sebagai akseptor.
- EC 1.16: yang mengoksidasi ion logam.
- EC 1.17: yang bekerja pada grup CH atau CH2.
- EC 1.18: yang bekerja pada protein yang mengandung zat besi dan menderita sebagai donor.
- EC 1.19: yang bekerja untuk mengurangi flavodoksin sebagai donor.
- EC 1.20: yang bertindak atas donor seperti fosfor dan arsen.
- EC 1,21: yang bekerja dalam reaksi XH + YH = XY.
- EC 1.22: yang bekerja pada halogen pendonor.
- EC 1.23: yang mereduksi kelompok COC sebagai akseptor.
- EC 1.97: oksidoreduktase lainnya.
Masing-masing kategori ini selanjutnya mencakup subkelompok di mana enzim dipisahkan menurut preferensi substrat.
Misalnya, dalam kelompok oksidoreduktase yang bekerja pada gugus CH-OH dari donornya, ada beberapa yang lebih menyukai NAD + atau NADP + sebagai akseptor, sementara yang lain menggunakan sitokrom, oksigen, sulfur, dll.
Struktur
Karena kelompok oksidoreduktase sangat beragam, menetapkan karakteristik struktural yang ditentukan cukup sulit. Strukturnya tidak hanya bervariasi dari satu enzim ke enzim lainnya, tetapi juga antar spesies atau kelompok makhluk hidup dan bahkan dari sel ke sel di jaringan yang berbeda.
Model bioinformatis dari struktur enzim oksidoreduktase (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute Via Wikimedia Commons)
Enzim piruvat dehidrogenase, misalnya, adalah kompleks yang terdiri dari tiga subunit katalitik yang terhubung secara berurutan yang dikenal sebagai subunit E1 (piruvat dehidrogenase), subunit E2 (dihidrolipoamide asetiltransferase), dan subunit E3 (dihidrolipoamide dehidrogenase).
Masing-masing subunit ini, pada gilirannya, dapat terdiri dari lebih dari satu monomer protein dari jenis yang sama atau jenis yang berbeda, yaitu, mereka dapat menjadi homodimerik (yang hanya memiliki dua monomer yang sama), heterotrimerik (yang memiliki tiga monomer berbeda) dan seterusnya.
Namun, mereka biasanya merupakan enzim yang terdiri dari heliks alfa dan lembaran terlipat β yang disusun dengan cara berbeda, dengan interaksi intra dan antarmolekul spesifik dari berbagai jenis.
fitur
Enzim oksidoreduktase mengkatalisasi reaksi reduksi oksidasi di hampir semua sel makhluk hidup di biosfer. Reaksi ini umumnya reversibel, di mana bilangan oksidasi dari satu atau lebih atom dalam molekul yang sama diubah.
Oksidoreduktase biasanya membutuhkan dua substrat, satu yang bertindak sebagai hidrogen atau donor elektron (untuk mengoksidasi) dan yang lainnya untuk bertindak sebagai hidrogen atau akseptor elektron (untuk mereduksi).
Enzim ini sangat penting untuk banyak proses biologis dalam berbagai jenis sel dan organisme.
Mereka bekerja, misalnya, dalam sintesis melanin (pigmen yang terbentuk di sel-sel kulit manusia), dalam pembentukan dan degradasi lignin (senyawa struktural sel tumbuhan), dalam pelipatan. protein, dll.
Mereka digunakan secara industri untuk memodifikasi tekstur beberapa makanan dan contohnya adalah peroksidase, glukosa oksidase dan lainnya.
Lebih lanjut, enzim yang paling menonjol dari kelompok ini adalah enzim yang berpartisipasi sebagai transporter elektronik dalam rantai transpor membran mitokondria, kloroplas dan membran plasma internal bakteri, di mana mereka adalah protein transmembran.
Contoh oksidoreduktase
Ada ratusan contoh enzim oksidoreduktase di alam dan di industri. Enzim-enzim ini, seperti yang telah dibahas, memiliki fungsi yang paling penting untuk fungsi sel dan, oleh karena itu, untuk kehidupan itu sendiri.
Oksidoreduktase tidak hanya mencakup enzim peroksidase, lakase, oksidase glukosa atau alkohol dehidrogenase; Mereka juga menggabungkan kompleks penting seperti enzim gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase atau kompleks dehidrogenase piruvat, dll., Penting dari sudut pandang katabolisme glukosa.
Ini juga mencakup semua enzim dari kompleks transpor elektron di membran mitokondria bagian dalam atau di membran dalam bakteri, mirip dengan beberapa enzim yang ditemukan di kloroplas organisme tumbuhan.
Peroksidase
Peroksidase adalah enzim yang sangat beragam dan menggunakan hidrogen peroksida sebagai akseptor elektron untuk mengkatalisis oksidasi berbagai macam substrat, antara lain fenol, amina, atau tiol. Dalam reaksinya, mereka mereduksi hidrogen peroksida untuk menghasilkan air.
Mereka sangat penting dari sudut pandang industri, dengan peroksidase lobak menjadi yang paling penting dan paling banyak dipelajari.
Secara biologis, peroksidase penting untuk menghilangkan senyawa oksigen reaktif yang dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada sel.
Referensi
- Encyclopaedia Britannica. (2019). Diakses pada 26 Desember 2019 dari www.britannica.com
- Ercili-Cura, D., Huppertz, T., & Kelly, AL (2015). Modifikasi tekstur produk susu secara enzimatis. Dalam Memodifikasi Tekstur Makanan (hlm. 71-97). Penerbitan Woodhead.
- Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Biokimia. Menambahkan. Wesley Longman, San Francisco.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
- Komite Nomenklatur Persatuan Internasional Biokimia dan Biologi Molekuler (NC-IUBMB). (2019). Diambil dari www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/index.html
- Patel, MS, Nemeria, NS, Furey, W., & Jordan, F. (2014). Kompleks dehidrogenase piruvat: fungsi dan regulasi berbasis struktur. Jurnal Kimia Biologi, 289 (24), 16615-16623.