Гидролазы катализируют реакции гидролиза.
Систематические названия гидролаз содержат наименование гидролизуемого субстрата и наименование отщепляемой группы в сочетании со словом гидролаза. Рекомендованные тривиальные названия многих гидролаз образуют из названия гидролизуемого субстрата с добавлением окончания – аза. Следует отметить, что специфичность действия многих гидролаз имеет сложный и не всегда выясненный характер. Это не позволяет дать таким гидролазам систематическое название. В этих случаях используются эмпирические названия, присвоенные им при первом описании. Так не имеют систематических названий большинство ферментов катализирующих гидролиз биополимеров – ДНК, РНК, белков и полисахаридов. Подклассы гидролаз образованы в зависимости от природы гидролизуемой связи. Известны гидролазы катализирующие гидролиз сложноэфирных, пептидных, гликозидных, ангидридных и других связей.
Гидролазы, катализирующие гидролиз сложноэфирных связей, образуют подкласс КФ 3.1 – эстеразы. Эстеразы в зависимости от природы сложноэфирной связи и класса субстрата делятся на следующие подподклассы и группы. По рекомендованной тривиальной номенклатуре эстеразы, катализирующие гидролиз жиров называются – липазы; моноэфиров фосфорной кислоты – фосфатазы; диэфиров фосфорной кислоты – фосфодиэстеразы; лактонов – лактоназы; эфиров серной кислоты – сульфатазы; ДНК – дезоксирибонуклеазы; РНК - рибонуклеазы и др. Рассмотрим ряд примеров:
|
|
1). Гидролиз ацетилхолина:
По систематической номенклатуре фермент КФ 3.1.1.7., катализирующий эту реакцию, называется ацетилхолин-ацетатгидролаза, по тривиальной – ацетилхолинэстераза.
2). Гидролиз жиров:
По систематической номенклатуре фермент КФ 3.1.1.3. называется триацилглицерин-моноацилатгидролаза, по тривиальной - триацилглицерин-липаза.
3). Гидролиз лактона 6-фосфоглюконовой кислоты:
По систематической номенклатуре фермент КФ 3.1.1.17. называется 6-фосфоглюконолактон-глюконатгидролаза, по тривиальной – глюконолактоназа.
4). Гидролиз фосфатидата:
По систематической номенклатуре фермент КФ 3.1.3.4. называется фосфатидат-фосфатгидролаза, по тривиальной - фосфатидат-фосфатаза.
Функцией большого числа гидролаз является гидролиз биополимеров: нуклеиновых кислот, полисахаридов и белков. Вначале рассмотрим ферменты, катализирующие гидролиз нуклеиновых кислот, поскольку они тоже относятся к эстеразам, как рассмотренные выше.
5). Эндонуклеотическое расщепление ДНК с образованием фрагментов с концевым 5′-фосфатом:
Как видно из уравнения реакции 5, хотя гидролизу подвергается фосфодиэфирный фрагмент, фермент КФ 3.1.21.1. относится к фосфатазам, поскольку гидролизуется лишь одна фосфоэфирная связь с образованием фрагментов с концевым 5′-фосфатом. Рекомендуемое название этого фермента дезоксирибонуклеаза I.
|
|
Общее название ферментов, катализирующих гидролиз нуклеиновых кислот, нуклеазы. Они делятся на две группы: эндонуклеазы – ферменты, катализирующие гидролиз внутренних фосфодиэфирных групп, и экзонуклеазы – ферменты, катализирующие гидролитическое отщепление концевых нуклеотидов. Некоторые из нуклеаз обладают высокой специфичностью к одному из классов нуклеиновых кислот – РНК или ДНК. Нуклеазы, катализирующие гидролиз ДНК, называются дезоксирибонуклеазами – РНК – рибонуклеазами.
Наиболее важной группой нуклеаз являются эндонуклеазы рестрикции (рестриктазы) – сайт-специфичные дезоксирибонуклеазы. Они катализируют расщепление двунитевой ДНК по палиндромным последовательностям. Палиндромная последовательность это короткий сегмент ДНК, в котором обе цепи при считывании в направлении 5′→3′ имеют одинаковую последовательность нуклеотидов. В настоящее время известно большое число рестриктаз. Для их обозначения используют сокращенные названия микроорганизмов-продуцентов, например, Есо R1 – рестриктаза, выделенная из Escherichia coli.
Большую группу гидролаз составляют гликозидазы – ферменты, катализирующие гидролиз О-гликозидных связей в полисахаридах (КФ 3.2.). Гликозидазы делятся на α-гликозидазы и β-гликозидазы в зависимости от того, катализируют ли они гидролиз α-гликозидной или β-гликозидной связи.
6). Гидролиз мальтозы:
7) Гидролиз лактозы:
Как видно из уравнений реакций 6 и 7, мальтаза относится к α-гликозидазам, а лактаза – к β-гликозидазам. В табл.1 приведены тривиальные названия и катализируемые реакции наиболее важных гликозидаз.
Таблица 1
Гликозидазы, гидролизующие О-гликозиды
Шифр | Название | Катализируемая реакция |
3.2.1.1 | α-Амилаза | Эндогидролиз 1,4-α-D-глюкозидных связей в полисахаридах, содержащих три или более 1,4-α-связанных D-глюкозных единиц |
3.2.1.3 | Экзо-1,4-α-D-глюкозидаза | Гидролиз концевых 1,4-связанных α-D-глюкозных остатков с высвобождением β-D-глюкозы |
3.2.1.20 | α-D-глюкозидаза | Гидролиз концевых 1,4-связанных α-D-глюкозных остатков с высвобождением α-D-глюкозы |
3.2.1.21 | β-D-галактозидаза | Гидролиз концевых β-D-галактозных остатков в β-D-галактозидах |
3.2.1.26 | Сахараза | Гидролиз концевых β-D-фруктофуранозидных остатков в β-D-фруктофуранозидах |
Еще более значительную группу гидролаз образуют протеазы (протеолитическиеферменты), катализирующие гидролиз пептидных связей в белках и полипептидах (КФ 3.4.). По месту атаки молекулы субстрата протеолитические ферменты делятся на эндопептидазы и экзопептидазы.
Эндопептидазы расщепляют пептидную связь внутри пептидной цепи. Они гидролизуют пептидные связи между определенными аминокислотными остатками молекулы белка. Эндопептидазы еще называют протеиназами. Протеиназы классифицируются по механизму действия, а точнее по строению активного центра. В настоящее время известны: сериновые протеиназы (КФ 3.4.21.N), цистеиновые протеиназы (КФ 3.4.22.N), аспартатные протеиназы (КФ 3.4.23.N), металлопротеиназы (КФ 3.4.24.N). Сериновые протеиназы содержат в активном центре важный для каталитического действия остаток серина, цистеиновые – цистеина, аспартатные – аспарагиновой кислоты, металлопротеины – ион металла (Zn2+ и др.).
Экзопептидазы гидролизуют пептиды с конца цепи: аминопептидазы с H2N-конца, карбоксипептидазы – с HOOC-конца.
Известны также дипептидазы, которые катализируют гидролиз только дипептидов
В табл.2 приведены тривиальные названия и катализируемые реакции наиболее важных протеаз.
|
|
Таблица 2