На хидролазите са ензими, които са отговорни за хидролизиране различни видове химични връзки в много различни съединения. Сред основните връзки, които хидролизират, са естери, гликозидни и пептидни връзки.
В рамките на групата на хидролазите са класифицирани повече от 200 различни ензими, групирани в поне 13 индивидуални групи; тяхната класификация по същество се основава на вида химическо съединение, което служи като техен субстрат.
Графично моделиране с инструменти за биоинформатика на структурата на хидролаза (Източник: Jawahar Swaminathan и MSD персонал от Европейския институт за биоинформатика чрез Wikimedia Commons)
Хидролазите са от съществено значение за храносмилането на храната в червата на животните, тъй като те са отговорни за разграждането на голяма част от връзките, които изграждат карбонатните структури на храната, която ядат.
Тези ензими работят във водна среда, тъй като се нуждаят от водни молекули около тях, за да добавят към съединенията, след като молекулите се разцепят. С прости думи, хидролазите извършват хидролитична катализа на съединенията, върху които действат.
Например, когато хидролазата разрушава CC ковалентна връзка, резултатът обикновено е С-ОН група и СН група.
структура
Подобно на много ензими, хидролазите са глобуларни протеини, организирани в сложни структури, които се организират чрез вътремолекулни взаимодействия.
Хидролазите, като всички ензими, се свързват с една или повече субстратни молекули в регион на тяхната структура, известен като "активното място". Този сайт представлява джоб или цепка, заобиколен от много остатъци от аминокиселини, които улесняват захващането или закрепването на субстрата.
Всеки тип хидролаза е специфичен за даден субстрат, който се определя от неговата третична структура и от конформацията на аминокиселините, които съставляват активното му място. Тази специфика беше повдигната по дидактичен начин от Емил Фишер като един вид „заключване и ключ“.
Вече е известно, че субстратът, като цяло, предизвиква промени или изкривявания в конформацията на ензимите и че ензимите от своя страна изкривяват структурата на субстрата, за да може той да "пасне" на активното му място.
Характеристика
Всички хидролази имат основната функция да разрушат химичните връзки между две съединения или в структурата на една и съща молекула.
Има хидролази за разрушаване на почти всеки тип връзка: някои разграждат естерните връзки между въглехидратите, други пептидните връзки между аминокиселините на протеините, други карбоксилните връзки и т.н.
Целта на хидролизата на химичните връзки, катализирани от ензима хидролаза, варира значително. Лизозимът, например, е отговорен за хидролизата на химичните връзки с цел защита на организма, който го синтезира.
Този ензим разгражда връзките, които държат съединенията в клетъчната стена на бактериите, с цел защита на човешкото тяло от бактериална пролиферация и възможна инфекция.
Нуклеазите са ензими „фосфатази“, които имат способността да разграждат нуклеиновите киселини, които също могат да представляват клетъчен защитен механизъм срещу ДНК или РНК вируси.
Други хидролази, като тези от типа "серинови протеази", разграждат пептидните връзки на протеините в храносмилателния тракт, за да могат аминокиселините да се асимилират в стомашно-чревния епител.
Хидролазите дори участват в различни събития на производство на енергия в клетъчния метаболизъм, тъй като фосфатазите катализират отделянето на фосфатни молекули от високоенергийни субстрати, като пируват, при гликолиза.
Примери за хидролази
Сред голямото разнообразие от хидролази, които учените са идентифицирали, някои са изследвани с по-голям акцент от други, тъй като те участват в много процеси, важни за живота на клетките.
Те включват лизозим, серинови протеази, фосфатази от ендонуклеазен тип и глюкозидази или гликозилази.
лизозим
Ензимите от този тип разграждат пептидогликановите слоеве на клетъчната стена на грам-положителни бактерии. Това обикновено завършва, причинявайки пълен лизис на бактериите.
Лизозимите защитават тялото на животните от бактериални инфекции и са в изобилие от телесни секрети в тъкани, които са в контакт с околната среда, като сълзи, слюнка и слуз.
Лизоцимът на пилешкото яйце е първата протеинова структура, която кристализира чрез рентгенови лъчи. Тази кристализация е извършена от Дейвид Филипс през 1965 г. в Кралския институт в Лондон.
Активният сайт на този ензим се състои от пептида Аспарагин-Аланин-Метионин-Аспарагин-Аланин-Глицин-Аспарагин-Аланин-Метионин (NAM-NAG-NAM).
Серинови протеази
Ензимите от тази група са отговорни за хидролизата на пептидните връзки в пептидите и протеините. Най-често изследваните са трипсин и химотрипсин; обаче има много различни видове серинови протеази, които варират по отношение на субстратната специфичност и техния катализиращ механизъм.
"Сериновите протеази" се характеризират с това, че на активното му място има нуклеофилна аминокиселина от сериновия тип, която функционира при разрушаването на пептидната връзка между аминокиселини. Серинните протеази също са способни да разрушат голямо разнообразие от естерни връзки.
Графична схема на действието на серинова протеаза, нарушаваща пептидната връзка в аминокиселината хистидин (Източник: Zephyris в английския език Wikipedia Via Wikimedia Commons)
Тези ензими режат пептидите и протеините неспецифично. Въпреки това, всички пептиди и протеини, които трябва да бъдат разрязани, трябва да бъдат прикрепени към N-края на пептидната връзка към активното място на ензима.
Всяка серинова протеаза прецизно прерязва амидната връзка, която се образува между С-крайния край на аминокиселината в карбоксилния край и аминокиселинния амин, който е към N-крайния край на пептида.
Нуклеазни фосфатази
Тези ензими катализират разцепването на фосфодиестерните връзки на захарите и фосфатите на азотните основи, които изграждат нуклеотидите. Има много различни видове от тези ензими, тъй като те са специфични за типа нуклеинова киселина и мястото на разцепване.
Графична схема на действието на ендонуклеаза, хидролизираща фосфодиестерна връзка (Източник: J3D3 Via Wikimedia Commons)
Ендонуклеазите са незаменими в областта на биотехнологиите, тъй като позволяват на учените да променят геномите на организмите, като изрязват и заменят фрагменти от генетичната информация на почти всяка клетка.
Ендонуклеазите извършват разцепването на азотни основи на три етапа. Първият е чрез нуклеофилна аминокиселина, след това се образува отрицателно заредена междинна структура, която привлича фосфатната група и накрая прекъсва връзката между двете основи.
Препратки
- Davies, G., и Henrissat, B. (1995). Структури и механизми на гликозил хидролази. Структура, 3 (9), 853-859.
- Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM, & Cox, MM (2005). Принципите на Ленингер в биохимията. Macmillan.
- Mathews, AP (1936). Принципи на биохимията. W. Wood.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Илюстрираната биохимия на Харпър. 28 (с. 588). Ню Йорк: McGraw-Hill.
- Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM,… & Sussman, JL (1992). Α / β хидролазна гънка. Протеин инженеринг, проектиране и селекция, 5 (3), 197-211.