У хидролазе су ензими који су одговорни за хидролизу различитих врста хемијских веза у различитим једињењима. Међу главним везама које хидролизују су естерске, гликозидне и пептидне везе.
Унутар групе хидролазе разврстано је више од 200 различитих ензима, груписаних у најмање 13 појединачних сетова; њихова класификација се у основи заснива на врсти хемијског једињења које им служи као супстрат.
Графичко моделирање структуре хидролазе с алатима за биоинформатику (Извор: Јавахар Сваминатхан и особље МСД-а из Европског института за биоинформатику путем Викимедиа Цоммонс)
Хидролазе су неопходне за пробаву хране у цревима животиња, пошто су оне одговорне за разградњу великог дела веза које чине угљене структуре хране коју једу.
Ови ензими делују у воденом медијуму, јер су им потребни молекули воде око њих да се додају једињењима након што се молекули цепају. Једноставним речима, хидролазе изводе хидролизну катализу једињења на која делују.
На пример, када хидролаза разбије ЦЦ ковалентну везу, резултат је обично Ц-ОХ група и ЦХ група.
Структура
Као и многи ензими, хидролазе су глобуларни протеини организовани у сложене структуре које се организују кроз интрамолекуларне интеракције.
Хидролазе се, као и сви ензими, везују за један или више молекула супстрата у области њихове структуре познате као "активно место". Ово место је џеп или усјек окружен многим аминокиселинским остацима који олакшавају пријањање или причвршћивање подлоге.
Свака врста хидролазе специфична је за дати супстрат, што је одређено његовом терцијарном структуром и конформацијом аминокиселина које чине његово активно место. Емил Фисцхер је ову специфичност на дидактички начин подигао као својеврсну "браву и кључ".
Сада је познато да супстрат, генерално, индукује промене или дисторзије у конформацији ензима и да ензими заузврат искривљују структуру супстрата да би се он "уклапао" на његово активно место.
Карактеристике
Све хидролазе имају главну функцију разбијања хемијских веза између два једињења или унутар структуре истог молекула.
Постоје хидролазе за разбијање готово било које врсте везе: неке разграђују естерске везе између угљених хидрата, друге пептидне везе између аминокиселина протеина, друге карбоксилне везе, итд.
Сврха хидролизе хемијских веза катализираних ензимом хидролазе знатно се разликује. На пример, лизоцим је одговоран за хидролизу хемијских веза ради заштите организма који га синтетише.
Овај ензим разграђује везе које држе једињења у ћелијској станици бактерија, како би се заштитило људско тело од пролиферације бактерија и могуће инфекције.
Нуклеазе су ензими "фосфатазе" који имају способност разградње нуклеинских киселина, што такође може представљати ћелијски одбрамбени механизам против ДНК или РНА вируса.
Остале хидролазе, попут оне типа "серинске протеазе", разграђују пептидне везе протеина у дигестивном тракту да би аминокиселине постале асистентне у епителу гастроинтестиналног система.
Хидролазе су чак укључене у различите догађаје производње енергије у ћелијском метаболизму, пошто фосфатазе катализују ослобађање молекула фосфата из високоенергетских супстрата, попут пирувата, у гликолизи.
Примери хидролазе
Међу великом разноликошћу хидролазе коју су научници идентификовали, неке су проучаване са већим нагласком од других, пошто су укључене у многе процесе који су неопходни за живот ћелије.
Они укључују лизоцим, серинске протеазе, фосфатазе типа ендонуклеазе и глукозидазе или гликосилазе.
Лизозим
Ензими ове врсте разграђују пептидогликанске слојеве ћелијске стијенке грам-позитивних бактерија. То обично завршава узрокујући потпуну лизу бактерија.
Лизозими бране тело животиња од бактеријских инфекција и обилују телесним излучевинама у ткивима која су у контакту са околином, попут суза, слине и слузи.
Лизоцим пилећег јајета био је прва структура протеина која је кристализована рендгенским зрацима, а ову кристализацију извршио је Давид Пхиллипс 1965. године на Краљевском институту у Лондону.
Активно место овог ензима састоји се од пептида Аспарагин-Аланин-Метионин-Аспарагин-Аланин-Глицин-Аспарагин-Аланин-Метионин (НАМ-НАГ-НАМ).
Серинске протеазе
Ензими из ове групе су одговорни за хидролизу пептидних веза у пептидима и протеинима. Најчешће се проучавају трипсин и химотрипсин; међутим, постоји много различитих врста серинских протеаза, које се разликују с обзиром на специфичност супстрата и њихов механизам катализе.
За "серинске протеазе" је карактеристично да на свом активном месту имају нуклеофилну аминокиселину серинског типа, која функционише у распаду пептидне везе између аминокиселина. Серинске протеазе су такође способне да разбију широк спектар естранских веза.
Графичка шема деловања серинске протеазе која прекида пептидну везу у хистидину аминокиселине (Извор: Зепхирис на енглеском језику Википедиа Виа Викимедиа Цоммонс)
Ови ензими неспецифично режу пептиде и протеине. Међутим, сви пептиди и протеини који треба да се секу морају бити везани на Н-крају пептидне везе на активно место ензима.
Свака серинска протеаза прецизно пресече амидну везу која формира између Ц-крајњег краја аминокиселине на карбоксилном крају и аминокиселине амин који је према Н-терминалном крају пептида.
Фосфатазе типа нуклеазе
Ови ензими катализирају цепање фосфодиестерских веза шећера и фосфата азотних база које чине нуклеотиде. Постоји много различитих врста ових ензима јер су специфични за врсту нуклеинске киселине и место цепања.
Графичка шема дејства ендонуклеазе хидролизујући фосфодиестерску везу (Извор: Ј3Д3 Виа Викимедиа Цоммонс)
Ендонуклеазе су неопходне у пољу биотехнологије, јер омогућавају научницима да модификују геноме организма резањем и заменом фрагмената генетске информације готово било које ћелије.
Ендонуклеазе цепају азотне базе у три корака. Прво је путем нуклеофилне аминокиселине, затим се ствара негативно набијена интермедијарна структура која привлачи фосфатну групу и на крају прекида везу између обе базе.
Референце
- Давиес, Г. и Хенриссат, Б. (1995). Структуре и механизми гликозил хидролазе. Структура, 3 (9), 853-859.
- Лехнингер, АЛ, Нелсон, ДЛ, Цок, ММ и Цок, ММ (2005). Лехнингерови принципи биохемије. Мацмиллан.
- Матхевс, АП (1936). Принципи биохемије. В. Воод.
- Мурраи, РК, Граннер, ДК, Маиес, П. и Родвелл, В. (2009). Харпер-ова илустрована биохемија. 28 (стр. 588). Нев Иорк: МцГрав-Хилл.
- Оллис, ДЛ, Цхеах, Е., Циглер, М., Дијкстра, Б., Фролов, Ф., Франкен, СМ,… & Суссман, ЈЛ (1992). Савијање α / β хидролазе. Протеински инжењеринг, дизајн и избор, 5 (3), 197-211.