HYDROLAASIT: RAKENNE, TOIMINNOT, ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2026

Hydrolaaseja ovat entsyymejä, jotka ovat vastuussa hydrolysoimiseksi erilaisten kemiallisten sidosten monia eri yhdisteitä. Tärkeimmistä sidoksista, jotka hydrolysoituvat, ovat esteri-, glykosidiset ja peptidisidokset.

Hydrolaasien ryhmässä on luokiteltu yli 200 erilaista entsyymiä, ryhmiteltynä ainakin 13 yksittäiseen ryhmään; niiden luokittelu perustuu pääosin kemiallisen yhdisteen tyyppiin, joka toimii niiden substraattina.

Graafinen mallintaminen hydrolaasin rakenteen bioinformatiikkatyökaluilla (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa, Wikimedia Commons)

Hydrolaasit ovat välttämättömiä ruuansulatukselle eläinten suolistossa, koska ne ovat vastuussa suuren osan sidosten hajoamisesta, jotka muodostavat ruokailunsa ruokien karbonaattirakenteet.

Nämä entsyymit toimivat vesipitoisissa väliaineissa, koska ne tarvitsevat ympärilläsi vesimolekyylejä lisätäkseen yhdisteitä, kun molekyylit on pilkottu. Yksinkertaisesti sanottuna, hydrolaasit suorittavat hydrolyyttisen katalyytin yhdisteille, joihin ne vaikuttavat.

Esimerkiksi, kun hydrolaasi rikkoo CC-kovalenttisen sidoksen, tulos on yleensä C-OH-ryhmä ja CH-ryhmä.

Rakenne

Kuten monet entsyymit, hydrolaasit ovat globaaleja proteiineja, jotka on järjestetty monimutkaisiksi rakenteiksi, jotka järjestäytyvät molekyylinsisäisten vuorovaikutusten kautta.

Hydrolaasit, kuten kaikki entsyymit, sitoutuvat yhteen tai useampaan substraattimolekyyliin rakennealueella, joka tunnetaan nimellä "aktiivinen kohta". Tämä kohta on tasku tai rako, jota ympäröivät monet aminohappotähteet, jotka helpottavat substraatin tarttumista tai kiinnittymistä.

Kukin tyyppi hydrolaasia on spesifinen tietylle substraatille, joka määritetään sen tertiäärisestä rakenteesta ja sen aktiivisen kohdan muodostavien aminohappojen konformaatiosta. Emil Fischer esitti tämän erityisyyden didaktisella tavalla eräänlaisena "lukkona ja avaimena".

Nyt tiedetään, että substraatti yleensä indusoi muutoksia tai vääristymiä entsyymien konformaatiossa ja että entsyymit puolestaan ​​vääristävät substraatin rakennetta sen tekemiseksi "sopivaksi" aktiiviseen kohtaansa.

ominaisuudet

Kaikilla hydrolaaseilla on pääasiallinen tehtävä hajottaa kemiallisia sidoksia kahden yhdisteen välillä tai saman molekyylin rakenteessa.

On olemassa hydrolaaseja, jotka voivat hajottaa melkein minkä tahansa tyyppisiä sidoksia: toiset hajoavat esterisidoksia hiilihydraattien välillä, toiset peptidisidoksia proteiinien aminohappojen välillä, toiset karboksyylisidoksia jne.

Hydrolaasientsyymin katalysoimien kemiallisten sidosten hydrolyysin tarkoitus vaihtelee huomattavasti. Esimerkiksi lysotsyymi vastaa kemiallisten sidosten hydrolyysistä tarkoituksena suojata sitä syntetisoiva organismi.

Tämä entsyymi hajottaa sidokset, jotka pitävät yhdisteitä yhdessä bakteerien soluseinämässä, tarkoituksena suojata ihmiskehoa bakteerien lisääntymiseltä ja mahdollisilta infektioilta.

Nukleaasit ovat "fosfataaseja" entsyymejä, joilla on kyky hajottaa nukleiinihappoja, mikä voi myös edustaa solun puolustusmekanismia DNA: ta tai RNA-viruksia vastaan.

Muut hydrolaasit, kuten "seriiniproteaasityyppiset", hajottavat ruuansulatuksessa olevien proteiinien peptidisidoksia aminohappojen tekemistä varten ruoansulatuskanavan epiteelissä.

Hydrolaasit osallistuvat jopa erilaisiin energiantuotantotapahtumiin solujen aineenvaihdunnassa, koska fosfataasit katalysoivat fosfaattimolekyylien vapautumista korkeaenergisistä substraateista, kuten pyruvaatista, glykolyysiin.

Esimerkkejä hydrolaaseista

Tiedemiesten tunnistamien suurten hydrolaasien joukosta joitain on tutkittu enemmän kuin toisia, koska ne osallistuvat moniin solujen elämälle välttämättömiin prosesseihin.

Näitä ovat lysotsyymi, seriiniproteaasit, endonukleaasityyppiset fosfataasit ja glukosidaasit tai glykosylaasit.

lysotsyymi

Tämän tyyppiset entsyymit hajottavat gram-positiivisten bakteerien soluseinämän peptidoglykaanikerrokset. Tämä johtaa yleensä bakteerien täydelliseen hajoamiseen.

Lysotsyymit puolustavat eläinten kehoa bakteeri-infektioilta, ja niitä on runsaasti ympäristön kanssa kosketuksissa olevissa kudoksissa, kuten kyyneleissä, syljessä ja limassa.

Kananmunan lysotsyymi oli ensimmäinen proteiinirakenne, joka kiteytettiin röntgenkuvien avulla. Tämän kiteyttämisen toteutti David Phillips, vuonna 1965, Lontoon kuninkaallisessa instituutissa.

Tämän entsyymin aktiivinen kohta koostuu peptidistä Asparagiini-Alaniini-Metioniini-Asparagiini-Alaniini-Glysiini-Asparagiini-Alaniini-Metioniini (NAM-NAG-NAM).

Seriiniproteaasit

Tämän ryhmän entsyymit vastaavat peptidien sidosten hydrolysoinnista peptideissä ja proteiineissa. Yleisimmin tutkittuja ovat trypsiini ja kymotrypsiini; seriiniproteaaseja on kuitenkin monia erityyppisiä, jotka vaihtelevat substraattispesifisyyden ja niiden katalyyttisen mekanismin suhteen.

"Seriiniproteaaseille" on tunnusomaista, että niiden aktiivisessa paikassa on seriinityyppinen nukleofiilinen aminohappo, joka toimii aminohappojen välisen peptidisidoksen katkaisemisessa. Seriiniproteaasit kykenevät myös hajottamaan monenlaisia ​​esterisidoksia.

Graafinen kaavio seriiniproteaasin vaikutuksesta, joka katkaisee peptidisidoksen aminohappossa histidiini (Lähde: Zephyris englanninkielisessä Wikipediassa Via Wikimedia Commons)

Nämä entsyymit leikkaavat peptidit ja proteiinit epäspesifisesti. Kaikkien leikattavien peptidien ja proteiinien on kuitenkin oltava kiinnittyneinä peptidisidoksen N-päässä terminaalin entsyymin aktiiviseen kohtaan.

Jokainen seriiniproteaasi katkaisee tarkasti amidisidoksen, joka muodostuu karboksyylipäässä olevan aminohapon C-terminaalisen pään ja peptidin N-päätä kohti olevan aminohappamiinin välillä.

Nukleaasityyppiset fosfataasit

Nämä entsyymit katalysoivat sokereiden fosfodiesterisidosten ja typpipitoisten emästen fosfaattien pilkkomista, jotka muodostavat nukleotidit. Näitä entsyymejä on monia erityyppisiä, koska ne ovat spesifisiä nukleiinihappotyypille ja pilkkomiskohdalle.

Graafinen kaavio fosfodiesterisidoksen hydrolysoivan endonukleaasin vaikutuksesta (Lähde: J3D3 Via Wikimedia Commons)

Endonukleaasit ovat välttämättömiä bioteknologian alalla, koska niiden avulla tutkijat voivat modifioida organismien genomeja leikkaamalla ja korvaamalla melkein minkä tahansa solun geneettisen informaation fragmentit.

Endonukleaasit suorittavat typpipitoisten emästen pilkkoutumisen kolmessa vaiheessa. Ensimmäinen tapahtuu nukleofiilisen aminohapon kautta, sitten muodostuu negatiivisesti varautunut välirakenne, joka houkuttelee fosfaattiryhmää ja lopulta katkaisee sidoksen molempien emästen välillä.

Viitteet

1. Davies, G., ja Henrissat, B. (1995). Glykosyylihydrolaasien rakenteet ja mekanismit. Rakenne, 3 (9), 853 - 859.
2. Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM, & Cox, MM (2005). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.
3. Mathews, AP (1936). Biokemian periaatteet. W. Wood.
4. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. ja Rodwell, V. (2009). Harperin havainnollistettu biokemia. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
5. Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM,… & Sussman, JL (1992). A / p-hydrolaasin taitto. Proteiinitekniikka, suunnittelu ja valinta, 5 (3), 197 - 211.