Ossidoreduttasi: sottoclassi, funzioni, reazioni

Le ossidoreduttasi sono una classe di enzimi che catalizzano le reazioni di ossidoriduzione ovvero quelle reazioni in cui una specie detta riducente cede elettroni a una specie detta ossidante.

Le ossidoreduttasi catalizzano pertanto reazioni del tipo:
A^– + B → A + B^–
dove A^– è il riducente e B è l’ossidante. Possono prendere parte sia al metabolismo anaerobico che a quello aerobico e sono tra gli enzimi disponibili nelle carote. Le ossidoreduttasi sono enzimi con caratteristiche distintive che ne favoriscono l’uso in diversi ambiti, come l’agricoltura, la gestione ambientale, la medicina e la chimica analitica.

Le ossidoreduttasi catalizzano la reazione che coinvolge l’inserimento dell’ossigeno, il trasferimento dell’idruro, l’estrazione dei protoni.  Il substrato che viene ossidato è considerato come donatore di idrogeno o elettroni, mentre il substrato che viene ridotto durante la reazione come accettore di idrogeno/elettroni.

Le ossidoreduttasi vengono utilizzate nella nutrizione, nella lavorazione degli alimenti, nella medicina e in altre sintesi chimiche. Nel prossimo futuro, l’ossidoreduttasi potrebbero essere utilizzate come  biocatalizzatori nell’industria farmaceutica, alimentare.

Tra questi enzimi sono molto interessanti ossidasi, deidrogenasi, perossidasi, ossigenasi e idrossilasi. A causa della loro diversità di substrato, possono essere utilizzati in diversi processi biocatalitici mediante catalisi omogenea ed eterogenea.

Sottoclassi delle ossidoreduttasi

A seconda del tipo di reazione che viene catalizzata le ossidoriduttasi si distinguono in sottoclassi:

• Ossidasi: enzimi che catalizzano una reazione in cui è presente O₂ che funge da accettore di elettroni ovvero da ossidante con formazione in molti casi di H₂O o di H₂O₂
• Deidrogenasi: enzimi che catalizzano il trasferimento di due atomi di idrogeno uno sotto forma di H⁺ e uno sotto forma di H^– da un substrato donatore a un substrato accettore
• Ossigenasi: enzimi in grado di ossidare un substrato trasferendo su di esso ossigeno
• Perossidasi: enzimi che catalizzano la trasformazione di perossidi organici che fungono da accettori di elettroni
• Idrossilasi: enzimi che catalizzano le reazioni di idrossilazione in cui un gruppo -C-H viene ossidato a gruppo -COH

Funzioni

Svolgono un ruolo importante nel metabolismo sia aerobico che anaerobico e intervengono in molti processi tra cui la glicolisi, il ciclo di Krebs, nella fosforilazione ossidativa e nel metabolismo degli amminoacidi.

Appartiene alla sottoclasse delle ossidasi la glucosio ossidasi che catalizza la reazione tra glucosio e ossigeno per dare perossido di idrogeno e D-glucono-1,5 lattone

Appartiene alla sottoclasse delle deidrogenasi la ADH ovvero l’alcol deidrogenasi che catalizza la reazione tra un alcol primario o secondario e l’NAD⁺ secondo la reazione:
alcol + NAD⁺ ⇌ aldeide o chetone + NADH + H⁺

Appartiene alla sottoclasse delle ossigenasi la monoossigenasi contenente flavina che catalizza la reazione tra l’N,N-dimetilanilina e il NADPH secondo la reazione:
N,N-dimetilanilina + NADPH + H⁺ + O₂ ⇌ N,N-dimetilanilina N-ossido + NADP⁺ + H₂O

Appartiene alla sottoclasse delle perossidasi, oltre la catalasi, la cloruro perossidasi che catalizza la reazione:
2 RH + 2 Cl^– + H₂O₂ ⇌ 2 RCl + 2 H₂O