Par hidrolāzes ir fermenti, kas ir atbildīgi par hidrolize dažāda veida ķīmisko saišu dažādās savienojumiem. Starp galvenajām saitēm, kuras hidrolizējas, ir esteru, glikozīdu un peptīdu saites.
Hidolāžu grupā ir klasificēti vairāk nekā 200 dažādi fermenti, kas sagrupēti vismaz 13 atsevišķās kopās; to klasifikācija būtībā balstās uz ķīmiskā savienojuma veidu, kas kalpo par to substrātu.
Hidroāzes struktūras grafiskā modelēšana ar bioinformātikas rīkiem (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā caur Wikimedia Commons)
Hidrolāzes ir svarīgas pārtikas gremošanai dzīvnieku zarnās, jo tās ir atbildīgas par lielas daļas saišu, kas veido oglekļa struktūras pārtikā, sadalīšanu.
Šie fermenti darbojas ūdens vidē, jo tiem apkārt ir vajadzīgas ūdens molekulas, lai pievienotu savienojumiem pēc molekulu šķelšanās. Vienkāršiem vārdiem sakot, hidrolāzes veic savienojumu, uz kuriem tās iedarbojas, hidrolītisko katalīzi.
Piemēram, kad hidrolāze sarauj CC kovalento saiti, rezultāts parasti ir C-OH grupa un CH grupa.
Uzbūve
Tāpat kā daudzi fermenti, hidrolāzes ir globālas olbaltumvielas, kas sakārtotas sarežģītās struktūrās, kuras organizējas caur intramolekulāru mijiedarbību.
Hidrolāzes, tāpat kā visi fermenti, saistās ar vienu vai vairākām substrāta molekulām to struktūras reģionā, kas pazīstams kā “aktīvā vieta”. Šī vietne ir kabata vai sprauga, ko ieskauj daudzi aminoskābju atlikumi, kas atvieglo pamatnes saķeri vai piestiprināšanu.
Katrs hidrolāzes tips ir specifisks konkrētajam substrātam, ko nosaka tā terciārā struktūra un aminoskābju, kas veido tā aktīvo vietu, konformācija. Šo specifiku didaktiskā veidā izvirzīja Emīls Fišers kā sava veida “atslēga un atslēga”.
Tagad ir zināms, ka substrāts kopumā izraisa izmaiņas vai kropļojumus enzīmu konformācijā un ka enzīmi, savukārt, kropļo substrāta struktūru, padarot to "derīgu" tā aktīvajai vietai.
Iespējas
Visām hidrolāzēm galvenā funkcija ir ķīmisko saišu sadalīšana starp diviem savienojumiem vai vienas molekulas struktūrā.
Ir hidrolāzes, kas sašķeļ gandrīz jebkura veida saites: dažas noārda estera saites starp ogļhidrātiem, citas - peptīdu saites starp olbaltumvielu aminoskābēm, citas - karboksilsaites utt.
Ķīmisko saišu hidrolīzes mērķis, ko katalizē hidrolāzes ferments, ievērojami atšķiras. Lizocīms, piemēram, ir atbildīgs par ķīmisko saišu hidrolīzi ar mērķi aizsargāt organismu, kas to sintezē.
Šis ferments sadala saites, kas savienojumus satur kopā baktēriju šūnu sieniņās, ar mērķi aizsargāt cilvēka ķermeni no baktēriju pavairošanas un iespējamās infekcijas.
Nukleāzes ir "fosfatāzes" fermenti, kuriem piemīt spēja noārdīt nukleīnskābes, kas var būt arī šūnu aizsardzības mehānisms pret DNS vai RNS vīrusiem.
Citas hidrolāzes, piemēram, "serīna proteāžu" tipa, sadala gremošanas trakta olbaltumvielu peptīdu saites, lai aminoskābes būtu pielīdzināmas kuņģa-zarnu trakta epitēlijā.
Hidrolāzes ir iesaistītas pat dažādos enerģijas ražošanas pasākumos šūnu metabolismā, jo fosfatazes katalizē fosfātu molekulu atbrīvošanos no augstas enerģijas substrātiem, piemēram, piruvāta, glikolīzē.
Hidrolāžu piemēri
Starp zinātnieku identificētajām hidrolāžu lielajām daudzveidībām daži ir pētīti ar lielāku uzsvaru nekā citi, jo tie ir iesaistīti daudzos procesos, kas nepieciešami šūnu dzīvībai.
Tie ietver lizocīmu, serīna proteāzes, endonukleāzes tipa fosfatāzes un glikozidāzes vai glikozilāzes.
Lizocīms
Šāda veida fermenti noārda grampozitīvo baktēriju šūnu sienas peptidoglikāna slāņus. Parasti tas izraisa baktēriju kopējo līzi.
Lizocīmi aizsargā dzīvnieku ķermeni no baktēriju infekcijām, un tie ir bagātīgi ķermeņa izdalījumos audos, kas ir saskarē ar vidi, piemēram, asarās, siekalās un gļotās.
Vistas olu lizocīms bija pirmā olbaltumvielu struktūra, kas izkristalizējās caur rentgena stariem.Šo kristalizāciju veica Deivids Filips 1965. gadā Londonas Karaliskajā institūtā.
Šī fermenta aktīvo vietu veido peptīds Asparagīns-Alanīns-Metionīns-Asparagīns-Alanīns-Glicīns-Asparagīns-Alanīns-Metionīns (NAM-NAG-NAM).
Serīna proteāzes
Šīs grupas fermenti ir atbildīgi par peptīdu saišu hidrolīzi peptīdos un olbaltumvielās. Visbiežāk tiek pētīti tripsīns un himotripsīns; tomēr ir daudz dažādu serīna proteāžu veidu, kas mainās atkarībā no substrāta specifikas un to katalīzes mehānisma.
"Serīna proteāzes" raksturo tas, ka aktīvajā vietā ir serīna tipa nukleofīlās aminoskābes, kas darbojas, pārtraucot peptīdu saiti starp aminoskābēm. Serīna proteāzes arī spēj sadalīt visdažādākās esteru saites.
Serīna proteāzes darbības grafiskā shēma, kas pārtrauc peptīdu saiti aminoskābē histidīnā (Avots: Zephyris angļu valodā Wikipedia Via Wikimedia Commons)
Šie fermenti nespecifiski sagriež peptīdus un olbaltumvielas. Tomēr visi sagriežamie peptīdi un olbaltumvielas jāpiestiprina peptīda saites N galā ar enzīma aktīvo vietu.
Katra serīna proteāze precīzi sagriež amīda saiti, kas veidojas starp aminoskābes C-galu karboksilgrupas galā un aminoskābes amīnu, kas ir virzienā uz peptīda N-galu.
Nukleāzes tipa fosfatāzes
Šie fermenti katalizē cukuru fosfodiesteru saišu un slāpekļa bāzu fosfātu šķelšanos, kas veido nukleotīdus. Ir daudz dažādu šo enzīmu veidu, jo tie ir specifiski nukleīnskābju tipam un šķelšanās vietai.
Fosfodiestera saites hidrolizējošās endonukleāzes darbības grafiskā shēma (Avots: J3D3, izmantojot Wikimedia Commons)
Endonukleāzes ir neaizstājamas biotehnoloģijas jomā, jo tās ļauj zinātniekiem modificēt organismu genomus, izgriežot un aizvietojot gandrīz jebkuras šūnas ģenētiskās informācijas fragmentus.
Endonukleāzes slāpekļa bāzu šķelšanu veic trīs posmos. Pirmais notiek caur nukleofīlo aminoskābi, pēc tam veidojas negatīvi lādēta starpposma struktūra, kas piesaista fosfātu grupu un visbeidzot sarauj saiti starp abām bāzēm.
Atsauces
- Davies, G., & Henrissat, B. (1995). Glikozilhidrolāžu struktūras un mehānismi. Struktūra, 3 (9), 853–859.
- Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM, & Cox, MM (2005). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.
- Mathews, AP (1936). Bioķīmijas principi. W. Wood.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., and Rodwell, V. (2009). Harpera ilustrētā bioķīmija. 28 (588. lpp.). Ņujorka: Makgreivs.
- Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM,… & Sussman, JL (1992). Α / β hidrolāzes locījums. Olbaltumvielu inženierija, dizains un atlase, 5 (3), 197–211.