Tyto hydrolázy jsou enzymy, které jsou zodpovědné za hydrolýzu různých typů chemických vazeb v mnoha různých sloučenin. Mezi hlavní vazby, které hydrolyzují, patří esterové, glykosidické a peptidové vazby.
Ve skupině hydroláz bylo klasifikováno více než 200 různých enzymů, seskupených do nejméně 13 jednotlivých sad; jejich klasifikace je v zásadě založena na typu chemické sloučeniny, která slouží jako jejich substrát.
Grafické modelování s bioinformatickými nástroji struktury hydrolázy (Zdroj: Jawahar Swaminathan a pracovníci MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)
Hydrolasy jsou nezbytné pro trávení potravy ve střevech zvířat, protože jsou zodpovědné za degradaci velké části vazeb, které tvoří uhlíkové struktury potravy, kterou jedí.
Tyto enzymy pracují ve vodném prostředí, protože potřebují molekuly vody kolem nich, aby se přidaly ke sloučeninám, jakmile se molekuly odštěpí. Zjednodušeně řečeno, hydrolázy provádějí hydrolytickou katalýzu sloučenin, na které působí.
Například, když hydroláza přeruší kovalentní vazbu CC, výsledkem je obvykle skupina C-OH a skupina CH.
Struktura
Podobně jako mnoho enzymů jsou hydrolázy globulární proteiny organizované do komplexních struktur, které se organizují prostřednictvím intramolekulárních interakcí.
Hydrolasy, stejně jako všechny enzymy, se vážou na jednu nebo více molekul substrátu v oblasti své struktury známé jako „aktivní místo“. Toto místo je kapsa nebo štěrbina obklopená mnoha zbytky aminokyselin, které usnadňují uchopení nebo připojení substrátu.
Každý typ hydrolázy je specifický pro daný substrát, který je určen jeho terciární strukturou a konformací aminokyselin, které tvoří jeho aktivní místo. Tuto specifičnost vyzdvihl Emil Fischer didaktickým způsobem jako jakýsi „zámek a klíč“.
Nyní je známo, že substrát obecně indukuje změny nebo deformace v konformaci enzymů a že enzymy zase deformují strukturu substrátu, aby se "fit" na svém aktivním místě.
Funkce
Všechny hydrolázy mají hlavní funkci přerušování chemických vazeb mezi dvěma sloučeninami nebo ve struktuře stejné molekuly.
Existují hydrolázy, které narušují téměř jakýkoli typ vazby: některé degradují esterové vazby mezi uhlohydráty, jiné peptidové vazby mezi aminokyselinami proteinů, jiné karboxylové vazby atd.
Účel hydrolýzy chemických vazeb katalyzovaných hydrolázovým enzymem se značně liší. Například lysozym je zodpovědný za hydrolýzu chemických vazeb s cílem chránit organismus, který ho syntetizuje.
Tento enzym rozkládá vazby, které drží sloučeniny pohromadě v buněčné stěně bakterií, s cílem chránit lidské tělo před bakteriální proliferací a možnou infekcí.
Nukleázy jsou enzymy "fosfatázy", které mají schopnost degradovat nukleové kyseliny, které mohou také představovat buněčný obranný mechanismus proti virům DNA nebo RNA.
Jiné hydrolázy, jako například ty typu serinových proteáz, degradují peptidové vazby proteinů v trávicím traktu, aby byly aminokyseliny asimilovatelné v gastrointestinálním epitelu.
Hydrolasy se dokonce podílejí na různých událostech produkujících energii v buněčném metabolismu, protože fosfatázy katalyzují uvolňování molekul fosfátu z vysokoenergetických substrátů, jako je pyruvát, při glykolýze.
Příklady hydroláz
Mezi velkou rozmanitostí hydroláz, které vědci identifikovali, byly některé studovány s větším důrazem než jiné, protože jsou zapojeny do mnoha procesů nezbytných pro život buněk.
Mezi ně patří lysozym, serinové proteázy, fosfatázy typu endonukleázy a glukosidázy nebo glykosylázy.
Lysozyme
Enzymy tohoto typu štěpí peptidoglykanové vrstvy buněčné stěny grampozitivních bakterií. Obvykle to nakonec způsobí úplnou lýzu bakterií.
Lysozymy chrání tělo zvířat před bakteriálními infekcemi a jsou hojné v tělových sekrecích v tkáních, které jsou v kontaktu s prostředím, jako jsou slzy, sliny a hlen.
Lysozym slepičích vajec byl první proteinovou strukturou, která byla krystalizována rentgenovým paprskem.
Aktivní místo tohoto enzymu je složeno z peptidu asparagin-alanin-methionin-asparagin-alanin-glycin-asparagin-alanin-methionin (NAM-NAG-NAM).
Serinové proteázy
Enzymy v této skupině jsou zodpovědné za hydrolýzu peptidových vazeb v peptidech a proteinech. Nejčastěji studovanými jsou trypsin a chymotrypsin; existuje však mnoho různých typů serinových proteáz, které se liší s ohledem na substrátovou specificitu a mechanismus jejich katalýzy.
"Serinové proteázy" se vyznačují tím, že mají na svém aktivním místě nukleofilní aminokyselinu typu serinu, která funguje při rozrušení peptidové vazby mezi aminokyselinami. Serinové proteázy jsou také schopné rozbít širokou škálu esterových vazeb.
Grafické schéma účinku serinové proteázy, která narušuje peptidovou vazbu v aminokyselině histidinu (Zdroj: Zephyris v anglickém jazyce Wikipedia Via Wikimedia Commons)
Tyto enzymy nešpecificky štěpí peptidy a proteiny. Všechny štěpené peptidy a proteiny však musí být připojeny na N-konci peptidové vazby k aktivnímu místu enzymu.
Každá serinová proteáza přesně štěpí amidovou vazbu, která se tvoří mezi C-koncovým koncem aminokyseliny na karboxylovém konci a aminokyselinovým aminem, který je směrem k N-koncovému konci peptidu.
Fosfatázy nukleázového typu
Tyto enzymy katalyzují štěpení fosfodiesterových vazeb cukrů a fosfátů dusíkatých bází, které tvoří nukleotidy. Existuje mnoho různých typů těchto enzymů, protože jsou specifické pro typ nukleové kyseliny a místo štěpení.
Grafické schéma působení endonukleázy hydrolyzující fosfodiesterovou vazbu (Zdroj: J3D3 Via Wikimedia Commons)
Endonukleázy jsou nezbytné v oblasti biotechnologií, protože umožňují vědcům modifikovat genomy organismů řezáním a nahrazováním fragmentů genetické informace téměř jakékoli buňky.
Endonukleázy provádějí štěpení dusíkatých bází ve třech krocích. První je přes nukleofilní aminokyselinu, pak se vytvoří intermediární struktura s negativním nábojem, která přitahuje fosfátovou skupinu a nakonec přeruší vazbu mezi oběma bázemi.
Reference
- Davies, G., & Henrissat, B. (1995). Struktury a mechanismy glykosylhydroláz. Struktura, 3 (9), 853-859.
- Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM a Cox, MM (2005). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.
- Mathews, AP (1936). Základy biochemie. W. Wood.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. a Rodwell, V. (2009). Harperova ilustrovaná biochemie. 28 (str. 588). New York: McGraw-Hill.
- Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM,… & Sussman, JL (1992). A / β hydroláza. Protein Engineering, Design and Selection, 5 (3), 197-211.