Hidrolazlar çok çeşitli bileşikler kimyasal bağlar çeşitli hidrolize sorumlu enzimlerdir. Hidrolize olan ana bağlar arasında ester, glikosidik ve peptid bağları bulunur.
Hidrolazlar grubu içinde, 200'den fazla farklı enzim sınıflandırılmıştır, en az 13 ayrı sette gruplanmıştır; sınıflandırmaları esasen substratları olarak hizmet eden kimyasal bileşiğin türüne dayanmaktadır.
Bir hidrolaz yapısının biyoinformatik araçlarıyla grafik modelleme (Kaynak: Jawahar Swaminathan ve Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü Via Wikimedia Commons'daki MSD personeli)
Hidrolazlar, yedikleri gıdanın karbonat yapılarını oluşturan bağların büyük bir kısmının bozulmasından sorumlu olduklarından, hayvanların bağırsaklarındaki yiyeceklerin sindirimi için gereklidir.
Bu enzimler sulu ortamda çalışırlar çünkü moleküller parçalandıktan sonra bileşiklere eklemek için çevrelerindeki su moleküllerine ihtiyaç duyarlar. Basit bir deyişle, hidrolazlar, etki ettikleri bileşiklerin hidrolitik bir katalizini gerçekleştirir.
Örneğin, bir hidrolaz bir CC kovalent bağını kırdığında, sonuç genellikle bir C-OH grubu ve bir CH grubudur.
yapı
Pek çok enzim gibi hidrolazlar da, molekül içi etkileşimler yoluyla kendilerini organize eden karmaşık yapılar halinde organize olmuş küresel proteinlerdir.
Hidrolazlar, tüm enzimler gibi, yapılarının "aktif bölge" olarak bilinen bir bölgesinde bir veya daha fazla substrat molekülüne bağlanır. Bu site, substratın kavranmasını veya bağlanmasını kolaylaştıran birçok amino asit kalıntısı ile çevrili bir cep veya yarıktır.
Her tip hidrolaz, üçüncül yapısı ve aktif bölgesini oluşturan amino asitlerin konformasyonu ile belirlenen belirli bir substrat için spesifiktir. Bu özgüllük, Emil Fischer tarafından didaktik bir şekilde bir tür "kilit ve anahtar" olarak yükseltildi.
Artık substratın genel olarak enzimlerin konformasyonunda değişikliklere veya bozulmalara neden olduğu ve bunun karşılığında enzimlerin substratın yapısını aktif sahasına "uyacak" hale getirmek için bozduğu artık bilinmektedir.
Özellikleri
Tüm hidrolazlar, iki bileşik arasındaki veya aynı molekülün yapısı içindeki kimyasal bağları kırma ana işlevine sahiptir.
Neredeyse her tür bağı kırmak için hidrolazlar vardır: bazıları karbonhidratlar arasındaki ester bağlarını bozar, diğerleri proteinlerin amino asitleri arasındaki peptit bağlarını, diğerleri ise karboksilik bağları vb.
Bir hidrolaz enzimi tarafından katalize edilen kimyasal bağların hidrolizinin amacı önemli ölçüde değişir. Örneğin lizozim, onu sentezleyen organizmayı korumak amacıyla kimyasal bağların hidrolizinden sorumludur.
Bu enzim, insan vücudunu bakteri çoğalmasından ve olası enfeksiyonlardan korumak için bakteriyel hücre duvarında bileşikleri bir arada tutan bağları parçalar.
Nükleazlar, aynı zamanda DNA veya RNA virüslerine karşı hücresel bir savunma mekanizmasını temsil edebilen nükleik asitleri indirgeme kabiliyetine sahip "fosfataz" enzimleridir.
"Serin proteazlar" tipindekiler gibi diğer hidrolazlar, amino asitleri mide-bağırsak epitelinde asimile edilebilir hale getirmek için sindirim sistemindeki proteinlerin peptit bağlarını bozar.
Fosfatazlar glikolizde piruvat gibi yüksek enerjili substratlardan fosfat moleküllerinin salımını katalize ettiğinden, hidrolazlar hücre metabolizmasında çeşitli enerji üretim olaylarında bile rol oynarlar.
Hidrolaz örnekleri
Bilim adamlarının belirlediği büyük hidrolaz çeşitliliği arasında, hücre yaşamı için gerekli olan birçok işlemde yer aldıklarından bazıları diğerlerinden daha fazla vurgulanmıştır.
Bunlar arasında lizozim, serin proteazlar, endonükleaz tipi fosfatazlar ve glukosidazlar veya glikosilazlar bulunur.
Lizozim
Bu tip enzimler, gram-pozitif bakterilerin hücre duvarının peptidoglikan katmanlarını parçalar. Bu genellikle bakterinin tamamen parçalanmasına neden olur.
Lizozimler, hayvanların vücudunu bakteriyel enfeksiyonlardan korurlar ve gözyaşı, tükürük ve mukus gibi çevre ile temas eden dokularda vücut salgılarında bol miktarda bulunurlar.
Tavuk yumurtası lizozimi, X-ışınları ile kristalize edilen ilk protein yapısıdır.Bu kristalizasyon, David Phillips tarafından 1965 yılında Royal Institute of London'da gerçekleştirilmiştir.
Bu enzimin aktif bölgesi, peptit Asparagin-Alanin-Metiyonin-Asparagin-Alanin-Glisin-Asparagin-Alanin-Metiyonin'den (NAM-NAG-NAM) oluşur.
Serin proteazlar
Bu gruptaki enzimler, peptit ve proteinlerdeki peptit bağlarının hidrolize edilmesinden sorumludur. En yaygın olarak çalışılanlar tripsin ve kimotripsin; bununla birlikte, substrat spesifikliğine ve bunların kataliz mekanizmasına göre değişen birçok farklı serin proteaz tipi vardır.
"Serin proteazlar", amino asitler arasındaki peptit bağının parçalanmasında işlev gören, aktif bölgesinde serin tipinde bir nükleofilik amino aside sahip olmaları ile karakterize edilir. Serin proteazlar aynı zamanda çok çeşitli ester bağlarını kırabilir.
Bir serin proteazın, amino asit histidindeki bir peptit bağını kıran etkisinin grafik şeması (Kaynak: Zephyris, İngilizce Wikipedia'da Wikipedia Via Wikimedia Commons)
Bu enzimler, peptitleri ve proteinleri spesifik olmayan bir şekilde keser. Bununla birlikte, kesilecek tüm peptidler ve proteinler, enzimin aktif bölgesine peptid bağının N-terminaline bağlanmalıdır.
Her serin proteaz, karboksil ucundaki amino asidin C-terminal ucu ile peptidin N-terminal ucuna doğru olan amino asit amin arasında oluşan amid bağını kesin olarak keser.
Nükleaz tipi fosfatazlar
Bu enzimler, şekerlerin fosfodiester bağlarının ve nükleotitleri oluşturan azotlu bazların fosfatlarının bölünmesini katalize eder. Bu enzimlerin birçok farklı türü vardır, çünkü bunlar nükleik asit tipine ve bölünme bölgesine özgüdür.
Bir fosfodiester bağını hidrolize eden bir endonükleazın eyleminin grafik şeması (Kaynak: J3D3, Wikimedia Commons)
Endonükleazlar, biyoteknoloji alanında vazgeçilmezdir çünkü bilim adamlarının, hemen hemen her hücrenin genetik bilgisinin parçalarını kesip değiştirerek organizmaların genomlarını değiştirmelerine izin verirler.
Endonükleazlar, nitrojenli bazların bölünmesini üç aşamada gerçekleştirir. Birincisi nükleofilik bir amino asitten geçer, daha sonra fosfat grubunu çeken ve son olarak her iki baz arasındaki bağı koparan negatif yüklü bir ara yapı oluşur.
Referanslar
- Davies, G. ve Henrissat, B. (1995). Glikosil hidrolazların yapıları ve mekanizmaları. Yapı, 3 (9), 853-859.
- Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM ve Cox, MM (2005). Lehninger biyokimyanın ilkeleri. Macmillan.
- Mathews, AP (1936). Biyokimyanın ilkeleri. W. Wood.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. ve Rodwell, V. (2009). Harper'ın resimli biyokimyası. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
- Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM,… & Sussman, JL (1992). Α / β hidrolaz kıvrımı. Protein Mühendisliği, Tasarım ve Seçimi, 5 (3), 197-211.