Transferasen, klassifiziert als EC 2, sind eine Enzymklasse, die eine spezifische funktionelle Gruppe von einem Donormolekül auf ein Akzeptormolekül überträgt. In einigen Fällen sind sowohl Donor als auch Akzeptor Substrate, während in anderen Fällen eines von beiden ein Coenzym sein kann. Transferasen sind für ein breites Spektrum physiologischer Funktionen von herausragender Bedeutung. Sie katalysieren zahlreiche biologische Reaktionen, die für ein lebendes System essenziell sind. Zu diesen Reaktionen zählen u. a. der zentrale Stoffwechsel, genetische Regulationen, Entgiftungsprozesse und viele weitere. Transferase-Enzyme lassen sich entsprechend der funktionellen Gruppen, auf die sie wirken, in folgende Unterklassen einteilen:

• EC 2.1: Ein-Kohlenstoff-Transferasen, einschließlich Methyltransferasen, Hydroxymethyl-, Formyl- und verwandter Transferasen, Carboxy- und Carbamoyltransferasen sowie Amidinotransferasen.
• EC 2.2: Aldehyd- und Keton-Transferasen. Diese Unterklasse umfasst mehrere Transketolasen und Transaldolasen.
• EC 2.3: Acyltransferasen.
• EC 2.4: Glycosyl-, Hexosyl- und Pentosyltransferasen. Enzyme dieser Unterklasse können anhand der Art des übertragenen Zuckerrests kategorisiert werden: Hexosyltransferasen, Pentosyltransferasen und Transferasen für andere Glycosylgruppen.
• EC 2.5: Alkyl- und Aryltransferasen. Enzyme, die Alkyl- oder verwandte Gruppen übertragen, die entweder substituiert oder unsubstituiert sind.
• EC 2.6: Stickstoffhaltige Transferasen. Diese Enzyme übertragen eine stickstoffhaltige Gruppe von einem Donor auf einen Akzeptor. EC 2.6.1 umfasst die meisten Enzyme dieser Unterklasse, nämlich Enzyme, die Aminogruppen von einem Donor, in der Regel einer Aminosäure, auf einen Akzeptor übertragen. Weitere Transferasen umfassen Transaminasen, Oximinotransferasen und Transferasen für andere stickstoffhaltige Gruppen.
• EC 2.7: Phosphortransferasen. Enzyme, die Phosphat-, Diphosphat-, Nucleotidylreste und andere Gruppen auf die Akzeptorgruppe übertragen, zu denen eine Alkoholgruppe, eine Carboxylgruppe, eine stickstoffhaltige Gruppe oder eine Phosphatgruppe gehören kann. EC 2.7 umfasst viele Kinasen.
• EC 2.8: Schwefeltransferasen. Diese Enzyme übertragen eine schwefelhaltige Gruppe und können anhand der Art der Schwefelgruppe kategorisiert werden, z. B. Schwefelatome durch Schwefeltransferasen und Sulfatgruppen durch Sulfotransferasen.
• EC 2.9: Selen-Transferasen, genauer: Selenotransferasen.
• EC 2.10: Metalltransferasen, die Molybdän- oder Wolfram-haltige Gruppen übertragen.

Aufgrund der vielseitigen Rollen von Transferasen sind sie beliebte Zielstrukturen in der biomedizinischen und biotechnologischen Forschung. Fehlfunktionen von Transferasen zählen zu den Hauptursachen vieler Erkrankungen. Beispielsweise katalysieren Glutathion-S-Transferasen (GSTs) die Konjugation von Glutathion (GSH) mit toxischen Verbindungen und ermöglichen so die zelluläre Entgiftung. Dieser äußerst wertvolle Mechanismus beeinträchtigt jedoch die Chemotherapie von Krebserkrankungen, da eine Überexpression von GSTs als mit der Multidrug-Resistenz von Tumorzellen assoziiert gilt. Ein weiteres Beispiel ist die Farnesyltransferase, die mit unregulierten Aktivitäten von Krebszellen bei einem Drittel der menschlichen Krebserkrankungen in Zusammenhang steht. Das Enzym katalysiert die posttranslationale Modifikation des Ras-Proteins, die für die Aktivität von Krebszellen essenziell ist. Auf molekularer Ebene stellt die DNA-Methylierung die wichtigste Form der postreplikativen epigenetischen Modifikation dar und ist umfassend an Genregulation und Gen-Silencing beteiligt. DNA-Methylierung und die Aufrechterhaltung des Methylierungsmusters werden durch drei DNA-Methyltransferasen kontrolliert. Das Verständnis und die gezielte Modulation der Aktivität von DNA-Methyltransferasen werden zur Behandlung vieler damit assoziierter Erkrankungen beitragen. In chemischen und umweltbezogenen Anwendungen gewinnen mehrere Typen von Acyltransferasen aufgrund ihrer potenziellen Rolle bei der Herstellung von Biokraftstoffen zunehmend an Forschungsinteresse. Diese Transferasen wandeln die Strukturen langkettiger Fettsäuren und ihrer Ester in Vorstufen für die gewünschten Kohlenwasserstoffgemische um. Daher würden Untersuchungen zu Acyltransferasen die Effizienz der Biokraftstoffproduktion verbessern. Da Transferasen ein so breites Reaktionsspektrum katalysieren, kann die Messung ihrer Aktivität eine erhebliche analytische Herausforderung darstellen. Erstens wirken einige Transferasen auf zwei Substrate ohne ausgeprägte spektroskopische Eigenschaften, was die Detektion des Reaktionsfortschritts mittels spektrophotometrischer, fluorometrischer oder sogar chromatographischer Assays erschwert. Für die Prüfung dieser Enzyme sind daher fortgeschrittene analytische Methoden erforderlich, einschließlich radiometrischer und kalorimetrischer Analysen. Bei einigen anderen Enzymen hingegen sind die Auswahlmöglichkeiten an Substraten und Cofaktoren vielfältig, und die Identität von Substrat und Cofaktor kann die Aktivitätsmessung erheblich beeinflussen. Daher muss der Assay sorgfältig auf die Zielenzymaktivität sowie die ausgewählten Substrate abgestimmt werden. 

Abbildung: Die beiden Domänen in Untereinheit A der Glutathion-Transferase, mit Glutathion in der Bindungsstelle (gelbe Stabdarstellung).
Referenz: Fyfe, P. K., Westrop, G. D., Silva, A. M., Coombs, G. H., & Hunter, W. N. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012, 109(29), 11693–11698.

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