De hydrolaser er enzymer som er ansvarlig for hydrolyse av forskjellige typer av kjemiske bindinger i mange forskjellige forbindelser. Blant de viktigste bindingene som hydrolyserer er ester-, glykosid- og peptidbindinger.
Innen gruppen hydrolaser er mer enn 200 forskjellige enzymer blitt klassifisert, gruppert i minst 13 individuelle sett; klassifiseringen deres er i hovedsak basert på den type kjemiske forbindelser som fungerer som deres underlag.
Grafisk modellering med bioinformatikkverktøy for strukturen til en hydrolase (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-ansatte ved European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Hydrolaser er viktige for fordøyelsen av mat i tarmene til dyr, siden de er ansvarlige for å nedbryte en stor del av bindingene som utgjør karbonatstrukturen i maten de spiser.
Disse enzymene fungerer i vandige medier, siden de trenger vannmolekyler rundt seg for å tilføre forbindelsene når molekylene er spaltet. Med enkle ord utfører hydrolaser en hydrolytisk katalyse av forbindelsene de virker på.
For eksempel, når en hydrolase bryter en CC kovalent binding, er resultatet vanligvis en C-OH-gruppe og en CH-gruppe.
Struktur
Som mange enzymer er hydrolaser globulære proteiner organisert i komplekse strukturer som organiserer seg gjennom intramolekylære interaksjoner.
Hydrolaser, som alle enzymer, binder seg til en eller flere substratmolekyler i et område med strukturen kjent som det "aktive stedet." Dette stedet er en lomme eller spalte omgitt av mange aminosyrerester som letter grep eller feste av underlaget.
Hver type hydrolase er spesifikk for et gitt underlag, som bestemmes av dens tertiære struktur og av konformasjonen av aminosyrene som utgjør det aktive setet. Denne spesifisiteten ble hevet på en didaktisk måte av Emil Fischer som en slags "lås og nøkkel".
Det er nå kjent at underlaget generelt induserer forandringer eller forvrengninger i konformasjonen av enzymer, og at enzymene på sin side forvrenger strukturen til underlaget for å gjøre det "passe" på det aktive stedet.
Egenskaper
Alle hydrolaser har hovedfunksjonen ved å bryte kjemiske bindinger mellom to forbindelser eller innenfor strukturen til det samme molekylet.
Det er hydrolaser for å bryte nesten hvilken som helst type binding: noen bryter ned esterbindingene mellom karbohydrater, andre peptidbindingen mellom aminosyrene til proteiner, andre de karboksyliske bindingene, etc.
Hensikten med hydrolyse av kjemiske bindinger katalysert av et hydrolaseenzym varierer betydelig. Lysozym, for eksempel, er ansvarlig for hydrolyse av kjemiske bindinger med det formål å beskytte organismen som syntetiserer den.
Dette enzymet bryter ned bindingene som holder forbindelser sammen i celleveggen til bakterier, med sikte på å beskytte menneskekroppen mot bakteriell spredning og mulig infeksjon.
Nukleaser er "fosfataser" -enzymer som har evnen til å nedbryte nukleinsyrer, som også kan representere en cellulær forsvarsmekanisme mot DNA- eller RNA-virus.
Andre hydrolaser, slik som de av typen "serinproteaser", nedbryter peptidbindingen til proteiner i fordøyelseskanalen for å gjøre aminosyrer assimilerbare i mage-tarmepitelet.
Hydrolaser er til og med involvert i forskjellige energiproduksjonshendelser i cellemetabolismen, siden fosfataser katalyserer frigjøring av fosfatmolekyler fra høyeenergiunderlag som pyruvat, i glykolyse.
Eksempler på hydrolaser
Blant det store mangfoldet av hydrolaser som forskere har identifisert, har noen blitt studert med større vekt enn andre, siden de er involvert i mange prosesser som er essensielle for cellulivet.
Disse inkluderer lysozym, serinproteaser, fosfataser av endonukleasetype og glukosidaser eller glykosylaser.
lysozym
Enzymer av denne typen bryter ned de peptidoglykanske lagene i celleveggen av gram-positive bakterier. Dette ender vanligvis opp med å forårsake en total lysering av bakteriene.
Lysozymes forsvarer dyrenes kropp mot bakterielle infeksjoner og er rikelig med kroppssekret i vev som er i kontakt med miljøet, for eksempel tårer, spytt og slim.
Kyllingsegglysosymet var den første proteinstrukturen som ble krystallisert gjennom røntgenstråler.Denne krystallisasjonen ble utført av David Phillips i 1965 ved Royal Institute of London.
Det aktive stedet for dette enzymet er sammensatt av peptidet Asparagine-Alanine-Methionine-Asparagine-Alanine-Glycine-Asparagine-Alanine-Methionine (NAM-NAG-NAM).
Serinproteaser
Enzymene i denne gruppen er ansvarlige for hydrolysering av peptidbindinger i peptider og proteiner. De mest studerte er trypsin og chymotrypsin; Imidlertid er det mange forskjellige typer serinproteaser, som varierer med hensyn til substratspesifisitet og deres katalysemekanisme.
"Serinproteasene" er karakterisert ved å ha en nukleofil aminosyre av serintypen på det aktive stedet, som fungerer i nedbrytningen av peptidbindingen mellom aminosyrer. Serinproteaser er også i stand til å bryte en lang rekke esterbindinger.
Grafisk skjema for virkningen av en serinprotease som bryter en peptidbinding i aminosyren histidin (Kilde: Zephyris på det engelske språket Wikipedia Via Wikimedia Commons)
Disse enzymene kutter peptider og proteiner ikke-spesifikt. Imidlertid må alle peptider og proteiner som skal kuttes festes ved N-terminalen av peptidbindingen til det aktive setet for enzymet.
Hver serinprotease kutter nøyaktig amidbindingen som dannes mellom den C-terminale enden av aminosyren ved karboksylenden og aminosyreaminet som er mot den N-terminale enden av peptidet.
Fosfataser av nukleasetype
Disse enzymene katalyserer spaltningen av fosfodiesterbindene i sukker og fosfater i nitrogenholdige baser som utgjør nukleotidene. Det er mange forskjellige typer av disse enzymene, da de er spesifikke for nukleinsyretypen og spaltningsstedet.
Grafisk skjema for virkningen av en endonuklease som hydrolyserer en fosfodiesterbinding (Kilde: J3D3 Via Wikimedia Commons)
Endonukleaser er uunnværlige innen bioteknologi, siden de tillater forskere å endre genomene til organismer ved å kutte og erstatte fragmenter av den genetiske informasjonen til nesten hvilken som helst celle.
Endonukleaser kutter nitrogenholdige baser i tre trinn. Den første er gjennom en nukleofil aminosyre, deretter dannes en mellomstruktur med en negativ ladning som tiltrekker fosfatgruppen og til slutt bryter bindingen mellom begge baser.
referanser
- Davies, G., & Henrissat, B. (1995). Strukturer og mekanismer for glykosylhydrolaser. Struktur, 3 (9), 853-859.
- Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM, & Cox, MM (2005). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.
- Mathews, AP (1936). Prinsipper for biokjemi. W. Wood.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Harpers illustrerte biokjemi. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
- Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM, … & Sussman, JL (1992). Α / ß-hydrolasefolden. Protein Engineering, Design and Selection, 5 (3), 197-211.