В гидролазы представляет собой ферменты, которые отвечают за гидролиз различных типов химических связей во многих различных соединениях. Среди основных гидролизующихся связей - сложноэфирные, гликозидные и пептидные связи.
Внутри группы гидролаз было классифицировано более 200 различных ферментов, сгруппированных по меньшей мере в 13 индивидуальных наборов; их классификация в основном основана на типе химического соединения, которое служит их субстратом.
Графическое моделирование с помощью инструментов биоинформатики структуры гидролазы (Источник: Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD в Европейском институте биоинформатики через Wikimedia Commons)
Гидролазы необходимы для переваривания пищи в кишечнике животных, поскольку они ответственны за разрушение значительной части связей, составляющих карбонатные структуры пищи, которую они едят.
Эти ферменты работают в водной среде, так как им нужны окружающие их молекулы воды, чтобы присоединиться к соединениям после их расщепления. Проще говоря, гидролазы осуществляют гидролитический катализ соединений, на которые они действуют.
Например, когда гидролаза разрывает ковалентную связь CC, результатом обычно является группа C-OH и группа CH.
Структура
Как и многие ферменты, гидролазы представляют собой глобулярные белки, организованные в сложные структуры, которые организуются посредством внутримолекулярных взаимодействий.
Гидролазы, как и все ферменты, связываются с одной или несколькими молекулами субстрата в области их структуры, известной как «активный центр». Этот сайт представляет собой карман или щель, окруженную множеством аминокислотных остатков, которые облегчают захват или прикрепление субстрата.
Каждый тип гидролазы специфичен для данного субстрата, что определяется его третичной структурой и конформацией аминокислот, составляющих его активный сайт. Эмиль Фишер дидактически поднял эту специфику как своего рода «замок и ключ».
Теперь известно, что субстрат обычно вызывает изменения или искажения в конформации ферментов и что ферменты, в свою очередь, искажают структуру субстрата, заставляя его «вписываться» в свой активный сайт.
Характеристики
Все гидролазы имеют главную функцию разрыва химических связей между двумя соединениями или внутри структуры одной и той же молекулы.
Существуют гидролазы, которые разрушают практически любой тип связи: одни разрушают сложноэфирные связи между углеводами, другие - пептидные связи между аминокислотами белков, третьи - карбоновые связи и т. Д.
Цель гидролиза химических связей, катализируемого ферментом гидролазой, значительно различается. Лизоцим, например, отвечает за гидролиз химических связей с целью защиты организма, который его синтезирует.
Этот фермент разрушает связи, которые удерживают соединения в клеточной стенке бактерий, с целью защиты человеческого тела от размножения бактерий и возможной инфекции.
Нуклеазы - это ферменты «фосфатазы», которые обладают способностью расщеплять нуклеиновые кислоты, что также может представлять собой механизм клеточной защиты от ДНК или РНК вирусов.
Другие гидролазы, такие как гидролазы типа «сериновые протеазы», разрушают пептидные связи белков в пищеварительном тракте, чтобы аминокислоты усваивались в желудочно-кишечном эпителии.
Гидролазы даже участвуют в различных процессах производства энергии в клеточном метаболизме, поскольку фосфатазы катализируют высвобождение молекул фосфата из высокоэнергетических субстратов, таких как пируват, при гликолизе.
Примеры гидролаз
Среди огромного разнообразия гидролаз, выявленных учеными, некоторые из них были изучены с большим вниманием, чем другие, поскольку они участвуют во многих процессах, необходимых для жизни клеток.
К ним относятся лизоцим, сериновые протеазы, фосфатазы эндонуклеазного типа и глюкозидазы или гликозилазы.
Лизоцим
Ферменты этого типа разрушают пептидогликановые слои клеточной стенки грамположительных бактерий. Обычно это приводит к полному лизису бактерий.
Лизоцимы защищают организм животных от бактериальных инфекций и в большом количестве содержатся в выделениях тканей, контактирующих с окружающей средой, таких как слезы, слюна и слизь.
Лизоцим куриных яиц был первой белковой структурой, кристаллизованной с помощью рентгеновских лучей. Эта кристаллизация была проведена Дэвидом Филлипсом в 1965 году в Королевском институте Лондона.
Активный центр этого фермента состоит из пептида аспарагин-аланин-метионин-аспарагин-аланин-глицин-аспарагин-аланин-метионин (NAM-NAG-NAM).
Сериновые протеазы
Ферменты этой группы отвечают за гидролиз пептидных связей в пептидах и белках. Наиболее часто изучаются трипсин и химотрипсин; однако существует много различных типов сериновых протеаз, которые различаются в зависимости от специфичности субстрата и механизма их катализа.
«Сериновые протеазы» характеризуются наличием в активном сайте нуклеофильной аминокислоты серинового типа, которая участвует в разрыве пептидной связи между аминокислотами. Сериновые протеазы также способны разрушать самые разные сложноэфирные связи.
Графическая схема действия сериновой протеазы, разрушающей пептидную связь в аминокислоте гистидине (Источник: Zephyris на англоязычной Википедии через Wikimedia Commons)
Эти ферменты неспецифически расщепляют пептиды и белки. Однако все пептиды и белки, которые необходимо разрезать, должны быть присоединены на N-конце пептидной связи к активному сайту фермента.
Каждая сериновая протеаза точно разрывает амидную связь, которая образуется между С-концом аминокислоты на карбоксильном конце и амином аминокислоты, который находится ближе к N-концу пептида.
Фосфатазы нуклеазного типа
Эти ферменты катализируют расщепление фосфодиэфирных связей сахаров и фосфатов азотистых оснований, из которых состоят нуклеотиды. Существует много разных типов этих ферментов, поскольку они специфичны для типа нуклеиновой кислоты и сайта расщепления.
Графическая схема действия эндонуклеазы, гидролизующей фосфодиэфирную связь (Источник: J3D3 Via Wikimedia Commons)
Эндонуклеазы незаменимы в области биотехнологии, поскольку они позволяют ученым изменять геномы организмов путем вырезания и замены фрагментов генетической информации практически любой клетки.
Эндонуклеазы осуществляют расщепление азотистых оснований в три этапа. Первый - через нуклеофильную аминокислоту, затем образуется промежуточная структура с отрицательным зарядом, которая притягивает фосфатную группу и, наконец, разрывает связь между обоими основаниями.
Ссылки
- Дэвис, Г., и Хенриссат, Б. (1995). Строения и механизмы гликозилгидролаз. Структура, 3 (9), 853-859.
- Ленингер, А.Л., Нельсон, Д.Л., Кокс, М.М., и Кокс, М.М. (2005). Принципы биохимии Ленингера. Macmillan.
- Мэтьюз, А. П. (1936). Основы биохимии. В. Вуд.
- Мюррей, Р.К., Граннер, Д.К., Мэйс, П., и Родвелл, В. (2009). Иллюстрированная биохимия Харпера. 28 (с. 588). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
- Оллис, Д.Л., Чеа, Э., Сиглер, М., Дейкстра, Б., Фролов, Ф., Франкен, С.М.,… и Сассман, Дж. Л. (1992). Гидролазная складка α / β. Белковая инженерия, дизайн и отбор, 5 (3), 197-211.