The hidrolase adalah enzim-enzim yang bertanggung jawab untuk hidrolisis berbagai jenis ikatan kimia di banyak senyawa yang berbeda. Di antara ikatan utama yang menghidrolisis adalah ikatan ester, glikosidik, dan peptida.
Di dalam kelompok hidrolase, lebih dari 200 enzim berbeda telah diklasifikasikan, dikelompokkan dalam setidaknya 13 set individu; klasifikasi mereka pada dasarnya didasarkan pada jenis senyawa kimia yang berfungsi sebagai substratnya.
Pemodelan grafis dengan alat bioinformatika dari struktur hidrolase (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute Via Wikimedia Commons)
Hidrolase sangat penting untuk pencernaan makanan di usus hewan, karena mereka bertanggung jawab untuk menurunkan sebagian besar ikatan yang membentuk struktur karbon dari makanan yang mereka makan.
Enzim ini bekerja di media air, karena mereka membutuhkan molekul air di sekitarnya untuk ditambahkan ke senyawa setelah molekul dibelah. Dengan kata sederhana, hidrolase melakukan katalisis hidrolitik dari senyawa tempat mereka bertindak.
Misalnya, ketika hidrolase memutus ikatan kovalen CC, hasilnya biasanya berupa gugus C-OH dan gugus CH.
Struktur
Seperti banyak enzim, hidrolase adalah protein globular yang disusun menjadi struktur kompleks yang mengatur dirinya sendiri melalui interaksi intramolekuler.
Hidrolase, seperti semua enzim, mengikat satu atau lebih molekul substrat di wilayah strukturnya yang dikenal sebagai "situs aktif". Situs ini adalah kantung atau celah yang dikelilingi oleh banyak residu asam amino yang memfasilitasi pegangan atau pelekatan substrat.
Setiap jenis hidrolase spesifik untuk substrat tertentu, yang ditentukan oleh struktur tersiernya dan oleh konformasi asam amino yang menyusun situs aktifnya. Kekhususan ini dibesarkan dengan cara didaktik oleh Emil Fischer sebagai semacam "gembok dan kunci".
Sekarang diketahui bahwa substrat, secara umum, menginduksi perubahan atau distorsi dalam konformasi enzim dan enzim, pada gilirannya, mengubah struktur substrat untuk membuatnya "sesuai" di situs aktifnya.
fitur
Semua hidrolase memiliki fungsi utama untuk memutus ikatan kimia antara dua senyawa atau dalam struktur molekul yang sama.
Ada hidrolase untuk memutuskan hampir semua jenis ikatan: beberapa menurunkan ikatan ester antara karbohidrat, yang lain ikatan peptida antara asam amino protein, yang lain ikatan karboksilat, dll.
Tujuan hidrolisis ikatan kimia yang dikatalisis oleh enzim hidrolase sangat bervariasi. Lisozim, misalnya, bertanggung jawab untuk hidrolisis ikatan kimia dengan tujuan melindungi organisme yang mensintesisnya.
Enzim ini memecah ikatan yang menahan senyawa di dinding sel bakteri, untuk melindungi tubuh manusia dari perkembangbiakan bakteri dan kemungkinan infeksi.
Nuklease adalah enzim "fosfatase" yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi asam nukleat, yang juga dapat mewakili mekanisme pertahanan seluler terhadap virus DNA atau RNA.
Hidrolase lain, seperti jenis "protease serin", menurunkan ikatan peptida protein di saluran pencernaan untuk membuat asam amino dapat berasimilasi dalam epitel gastrointestinal.
Hidrolase bahkan terlibat dalam berbagai peristiwa produksi energi dalam metabolisme sel, karena fosfatase mengkatalisasi pelepasan molekul fosfat dari substrat berenergi tinggi seperti piruvat, dalam glikolisis.
Contoh hidrolase
Di antara keragaman besar hidrolase yang telah diidentifikasi oleh para ilmuwan, beberapa telah dipelajari dengan penekanan yang lebih besar daripada yang lain, karena mereka terlibat dalam banyak proses yang penting untuk kehidupan sel.
Ini termasuk lisozim, protease serin, fosfatase tipe endonuklease, dan glukosidase atau glikosilase.
Lisozim
Enzim jenis ini memecah lapisan peptidoglikan dari dinding sel bakteri gram positif. Ini biasanya menyebabkan lisis total bakteri.
Lisozim melindungi tubuh hewan dari infeksi bakteri dan melimpah dalam sekresi tubuh di jaringan yang bersentuhan dengan lingkungan, seperti air mata, air liur, dan lendir.
Lisozim telur ayam merupakan struktur protein pertama yang dikristalisasi melalui sinar X. Kristalisasi ini dilakukan oleh David Phillips, pada tahun 1965, di Royal Institute of London.
Situs aktif enzim ini terdiri dari peptida Asparagine-Alanine-Methionine-Asparagine-Alanine-Glycine-Asparagine-Alanine-Methionine (NAM-NAG-NAM).
Protease serin
Enzim dalam kelompok ini bertanggung jawab untuk menghidrolisis ikatan peptida dalam peptida dan protein. Yang paling sering dipelajari adalah tripsin dan kimotripsin; akan tetapi, ada banyak jenis protease serine, yang bervariasi sehubungan dengan spesifisitas substrat dan mekanisme katalisisnya.
"Protease serin" dicirikan dengan memiliki asam amino nukleofilik dari jenis serin di situs aktifnya, yang berfungsi dalam memutus ikatan peptida antara asam amino. Protease serin juga mampu memutus berbagai macam ikatan ester.
Skema grafik aksi protease serin yang memutuskan ikatan peptida dalam asam amino histidin (Sumber: Zephyris di Wikipedia bahasa Inggris Via Wikimedia Commons)
Enzim ini memotong peptida dan protein secara tidak spesifik. Namun, semua peptida dan protein yang akan dipotong harus dilampirkan di ujung-N dari ikatan peptida ke situs aktif enzim.
Setiap protease serin secara tepat memotong ikatan amida yang terbentuk antara ujung terminal-C dari asam amino di ujung karboksil dan asam amino amina yang mengarah ke ujung terminal-N peptida.
Fosfatase tipe nuclease
Enzim-enzim ini mengkatalisasi pemutusan ikatan fosfodiester pada gula dan fosfat dari basa nitrogen yang membentuk nukleotida. Ada banyak jenis enzim ini, karena spesifik untuk jenis asam nukleat dan lokasi pembelahan.
Skema grafik aksi endonuklease yang menghidrolisis ikatan fosfodiester (Sumber: J3D3 Via Wikimedia Commons)
Endonuklease sangat diperlukan di bidang bioteknologi, karena memungkinkan para ilmuwan untuk memodifikasi genom organisme dengan memotong dan mengganti fragmen informasi genetik dari hampir semua sel.
Endonuklease melakukan pembelahan basa nitrogen dalam tiga langkah. Yang pertama adalah melalui asam amino nukleofilik, kemudian terbentuk struktur antara dengan muatan negatif yang menarik gugus fosfat dan akhirnya memutus ikatan antara kedua basa.
Referensi
- Davies, G., & Henrissat, B. (1995). Struktur dan mekanisme hidrolase glikosil. Struktur, 3 (9), 853-859.
- Lehninger, AL, Nelson, DL, Cox, MM, & Cox, MM (2005). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
- Mathews, AP (1936). Prinsip biokimia. W. Wood.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Biokimia bergambar Harper. 28 (hlm. 588). New York: McGraw-Hill.
- Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM,… & Sussman, JL (1992). Lipatan hidrolase α / β. Rekayasa Protein, Desain dan Seleksi, 5 (3), 197-211.