De hydrolaser er enzymer, der er ansvarlige for hydrolyse forskellige typer af kemiske bindinger i mange forskellige forbindelser. Blandt de vigtigste bindinger, der hydrolyserer, er ester-, glykosid- og peptidbindinger.
I gruppen af hydrolaser er mere end 200 forskellige enzymer klassificeret, grupperet i mindst 13 individuelle sæt; klassificeringen er i det væsentlige baseret på den type kemiske forbindelse, der tjener som deres underlag.
Grafisk modellering med bioinformatikværktøjer til strukturen af en hydrolase (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)
Hydrolaser er vigtige for fordøjelsen af mad i tarmen hos dyr, da de er ansvarlige for at nedbryde en stor del af de bindinger, der udgør carbonatstrukturen i den mad, de spiser.
Disse enzymer fungerer i vandige medier, da de har brug for vandmolekyler omkring dem for at føje til forbindelserne, når molekylerne er spaltet. Med enkle ord udfører hydrolaser en hydrolytisk katalyse af de forbindelser, som de virker på.
For eksempel, når en hydrolase bryder en CC-kovalent binding, er resultatet sædvanligvis en C-OH-gruppe og en CH-gruppe.
Struktur
Som mange enzymer er hydrolaser globulære proteiner, der er organiseret i komplekse strukturer, der organiserer sig gennem intramolekylære interaktioner.
Hydrolaser binder som alle enzymer til en eller flere substratmolekyler i et område af deres struktur kendt som det "aktive sted." Dette sted er en lomme eller spalte omgivet af mange aminosyrerester, der letter greb eller fastgørelse af underlaget.
Hver type hydrolase er specifik for et givet substrat, der bestemmes af dets tertiære struktur og af konformationen af aminosyrerne, der udgør dets aktive sted. Denne specificitet blev hævet på en didaktisk måde af Emil Fischer som en slags "lås og nøgle".
Det er nu kendt, at underlaget generelt inducerer ændringer eller forvrængninger i konformationen af enzymer, og at enzymerne på sin side forvrænger strukturen af underlaget for at gøre det "fit" på dets aktive sted.
Funktioner
Alle hydrolaser har hovedfunktionen ved at bryde kemiske bindinger mellem to forbindelser eller inden for strukturen af det samme molekyle.
Der er hydrolaser til at bryde næsten enhver type binding: nogle nedbryder esterbindingerne mellem kulhydrater, andre peptidbindingerne mellem aminosyrerne i proteiner, andre de carboxyliske bindinger osv.
Formålet med hydrolyse af kemiske bindinger katalyseret af et hydrolaseenzym varierer betydeligt. Lysozym er for eksempel ansvarlig for hydrolyse af kemiske bindinger med det formål at beskytte den organisme, der syntetiserer den.
Dette enzym nedbryder bindingerne, der holder forbindelser sammen i bakteriecellevæggen for at beskytte den menneskelige krop mod bakterieforplantning og mulig infektion.
Nukleaser er "phosphatase" -enzymer, der har evnen til at nedbryde nukleinsyrer, som også kan repræsentere en cellulær forsvarsmekanisme mod DNA- eller RNA-vira.
Andre hydrolaser, såsom dem af typen "serinproteaser", nedbryder peptidbindingerne af proteiner i fordøjelseskanalen for at gøre aminosyrer, der kan assimileres i det gastrointestinale epitel.
Hydrolaser er endda involveret i forskellige energiproduktionsbegivenheder i cellemetabolismen, da phosphataser katalyserer frigivelsen af phosphatmolekyler fra højenergiunderlag, såsom pyruvat, i glykolyse.
Eksempler på hydrolaser
Blandt den store mangfoldighed af hydrolaser, som forskere har identificeret, er nogle blevet undersøgt med større vægt end andre, da de er involveret i mange processer, der er essentielle for cellelivet.
Disse inkluderer lysozym, serinproteaser, endonuclease-type phosphataser og glucosidaser eller glycosylaser.
lysozym
Enzymer af denne type nedbryder de peptidoglykanske lag i cellevæggen af gram-positive bakterier. Dette ender normalt med at forårsage en total lysering af bakterierne.
Lysozymer forsvarer dyrenes krop mod bakterielle infektioner og er rigelige i kropsekret i væv, der er i kontakt med miljøet, såsom tårer, spyt og slim.
Kyllingæggelysozym var den første proteinstruktur, der blev krystalliseret gennem røntgenstråler.Denne krystallisation blev udført af David Phillips, i 1965, ved Royal Institute of London.
Det aktive sted for dette enzym er sammensat af peptidet Asparagin-Alanin-Methionin-Asparagine-Alanine-Glycine-Asparagine-Alanine-Methionin (NAM-NAG-NAM).
Serinproteaser
Enzymerne i denne gruppe er ansvarlige for hydrolysering af peptidbindingerne i peptider og proteiner. De mest almindeligt studerede er trypsin og chymotrypsin; der er imidlertid mange forskellige typer serinproteaser, der varierer med hensyn til substratspecificitet og deres katalysemekanisme.
"Serinproteaserne" er kendetegnet ved at have en nukleofil aminosyre af serintypen på deres aktive sted, der fungerer i brud på peptidbindingen mellem aminosyrer. Serinproteaser er også i stand til at bryde en lang række esterbindinger.
Grafisk skema for virkningen af en serinprotease, der bryder en peptidbinding i aminosyren histidin (Kilde: Zephyris på det engelske sprog Wikipedia via Wikimedia Commons)
Disse enzymer skærer peptider og proteiner ikke-specifikt. Imidlertid skal alle peptider og proteiner, der skal skæres, fastgøres ved N-terminalen af peptidbindingen til det aktive sted af enzymet.
Hver serinprotease skærer nøjagtigt amidbindingen, der dannes mellem den C-terminale ende af aminosyren ved carboxylenden og aminosyreaminen, der er mod den N-terminale ende af peptidet.
Nuclease-type phosphataser
Disse enzymer katalyserer spaltningen af phosphodiesterbindingerne i sukkeret og phosphaterne af de nitrogenholdige baser, der udgør nukleotiderne. Der er mange forskellige typer af disse enzymer, da de er specifikke for nukleinsyretypen og spaltningsstedet.
Grafisk skema for virkningen af en endonuklease, der hydrolyserer en phosphodiesterbinding (Kilde: J3D3 Via Wikimedia Commons)
Endonukleaser er uundværlige inden for bioteknologi, da de giver forskere mulighed for at ændre genomerne af organismer ved at skære og udskifte fragmenter af den genetiske information i næsten enhver celle.
Endonukleaser udfører spaltning af nitrogenholdige baser i tre trin. Den første er gennem en nukleofil aminosyre, derefter dannes en negativt ladet mellemstruktur, der tiltrækker phosphatgruppen og til sidst bryder bindingen mellem begge baser.
Referencer
- Davies, G., & Henrissat, B. (1995). Strukturer og mekanismer for glycosylhydrolaser. Struktur, 3 (9), 853-859.
- Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM, & Cox, MM (2005). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.
- Mathews, AP (1936). Principper for biokemi. W. Wood.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Harpers illustrerede biokemi. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
- Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM,… & Sussman, JL (1992). A / ß-hydrolasefolden. Protein Engineering, Design and Selection, 5 (3), 197-211.