De hydrolaser är enzymer som är ansvariga för hydrolys av olika typer av kemiska bindningar i många olika föreningar. Bland de huvudsakliga bindningarna som hydrolyserar är ester-, glykosid- och peptidbindningar.
Inom gruppen av hydrolaser har mer än 200 olika enzymer klassificerats, grupperade i minst 13 individuella uppsättningar; deras klassificering är i huvudsak baserad på den typ av kemisk förening som fungerar som deras underlag.
Grafisk modellering med bioinformatikverktyg för strukturen för ett hydrolas (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Hydrolaser är viktiga för matsmältningen i djurens tarmar, eftersom de är ansvariga för att försämra en stor del av bindningarna som utgör karbonatstrukturerna i maten de äter.
Dessa enzymer fungerar i vattenhaltiga medier eftersom de behöver vattenmolekyler runt dem för att lägga till föreningarna när molekylerna har klyvts. Med enkla ord utför hydrolaser en hydrolytisk katalys av föreningarna på vilka de verkar.
Till exempel, när ett hydrolas bryter en CC-kovalent bindning, är resultatet vanligtvis en C-OH-grupp och en CH-grupp.
Strukturera
Liksom många enzymer är hydrolaser globulära proteiner organiserade i komplexa strukturer som organiserar sig genom intramolekylära interaktioner.
Hydrolaser, som alla enzymer, binder till en eller flera substratmolekyler i en region av deras struktur känd som det "aktiva stället." Denna plats är en ficka eller klyv omgiven av många aminosyrarester som underlättar grepp eller fästning av underlaget.
Varje typ av hydrolas är specifikt för ett givet substrat, som bestäms av dess tertiära struktur och av konformationen av aminosyrorna som utgör dess aktiva plats. Denna specificitet höjdes på ett didaktiskt sätt av Emil Fischer som ett slags "lås och nyckel".
Det är nu känt att substratet generellt inducerar förändringar eller förvrängningar i konformationen av enzymer och att enzymerna i sin tur förvränger strukturen hos substratet för att få det "att passa" in i det aktiva stället.
Funktioner
Alla hydrolaser har huvudfunktionen att bryta kemiska bindningar mellan två föreningar eller inom strukturen för samma molekyl.
Det finns hydrolaser för att bryta nästan alla typer av bindningar: vissa bryter ned esterbindningarna mellan kolhydrater, andra peptidbindningarna mellan aminosyrorna i proteiner, andra de karboxyliska bindningarna, etc.
Syftet med hydrolysen av kemiska bindningar katalyserade av ett hydrolasenzym varierar avsevärt. Lysozym, till exempel, ansvarar för hydrolys av kemiska bindningar i syfte att skydda organismen som syntetiserar den.
Detta enzym bryter ned bindningarna som håller samman föreningar i bakteriecellväggen för att skydda människokroppen från bakteriell spridning och möjlig infektion.
Nukleaser är "fosfatas" -enzymer som har förmågan att bryta ner nukleinsyror, som också kan representera en cellulär försvarsmekanism mot DNA- eller RNA-virus.
Andra hydrolaser, såsom de av typen "serinproteaser", degraderar peptidbindningarna hos proteiner i matsmältningskanalen för att göra aminosyror assimilerbara i mag-tarmepitelet.
Hydrolaser är till och med involverade i olika energiproduktionshändelser i cellmetabolismen, eftersom fosfataser katalyserar frisättningen av fosfatmolekyler från högenergiunderlag såsom pyruvat, i glykolys.
Exempel på hydrolaser
Bland den stora mångfalden av hydrolaser som forskare har identifierat har vissa studerats med större betoning än andra, eftersom de är involverade i många processer som är viktiga för cellliv.
Dessa inkluderar lysozym, serinproteaser, fosfataser av endonukleas-typ och glukosidaser eller glykosylaser.
lysozym
Enzymer av denna typ bryter ned peptidoglykanlagren i cellväggen hos grampositiva bakterier. Detta slutar vanligtvis med att en total lysering av bakterierna.
Lysozym försvarar djurens kropp från bakteriella infektioner och finns rikligt med kroppsutsöndringar i vävnader som är i kontakt med miljön, såsom tårar, saliv och slem.
Kycklingägglysozymet var den första proteinstrukturen som kristalliserades genom röntgenstrålar.Den kristallisationen genomfördes av David Phillips 1965 vid Royal Institute of London.
Det aktiva stället för detta enzym består av peptiden Asparagin-Alanin-metionin-asparagin-alanin-glycin-asparagin-alanin-metionin (NAM-NAG-NAM).
Serinproteaser
Enzymerna i denna grupp ansvarar för hydrolysering av peptidbindningarna i peptider och proteiner. De mest studerade är trypsin och chymotrypsin; emellertid finns det många olika typer av serinproteaser, som varierar med avseende på substratspecificitet och deras katalysmekanism.
"Serinproteaserna" kännetecknas av att ha en nukleofil aminosyra av serintyp på deras aktiva ställe, som fungerar i att bryta peptidbindningen mellan aminosyror. Serinproteaser kan också bryta en mängd olika esterbindningar.
Grafiskt schema för verkan av ett serinproteas som bryter en peptidbindning i aminosyran histidin (Källa: Zephyris på engelska Wikipedia Via Wikimedia Commons)
Dessa enzymer skär peptider och proteiner nonspecifikt. Alla peptider och proteiner som ska skäras måste emellertid fästas vid N-terminalen av peptidbindningen till det aktiva stället för enzymet.
Varje serinproteas skär exakt amidbindningen som bildas mellan den C-terminala änden av aminosyran vid karboxyländen och aminosyraaminen som är mot den N-terminala änden av peptiden.
Fosfataser av nukleas-typ
Dessa enzymer katalyserar klyvningen av fosfodiesterbindningarna i sockerarterna och fosfaterna i kvävebaserna som utgör nukleotiderna. Det finns många olika typer av dessa enzymer, eftersom de är specifika för nukleinsyratypen och klyvningsstället.
Grafiskt schema för verkan av en endonukleas som hydrolyserar en fosfodiesterbindning (Källa: J3D3 Via Wikimedia Commons)
Endonukleaser är oumbärliga inom området bioteknik, eftersom de tillåter forskare att modifiera organismernas genom genom att skära och ersätta fragment av den genetiska informationen i nästan vilken cell som helst.
Endonukleaser utför klyvningen av kvävebaser i tre steg. Den första är genom en nukleofil aminosyra, sedan bildas en mellanstruktur med en negativ laddning som lockar fosfatgruppen och slutligen bryter bindningen mellan båda baserna.
referenser
- Davies, G., & Henrissat, B. (1995). Strukturer och mekanismer för glykosylhydrolaser. Struktur, 3 (9), 853-859.
- Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM, & Cox, MM (2005). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.
- Mathews, AP (1936). Principer för biokemi. W. Wood.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Harpers illustrerade 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-hydrolasvikten. Protein Engineering, Design and Selection, 5 (3), 197-211.