Χαρακτηριστικά υδρολυτικά ένζυμα, ταξινόμηση και λειτουργίες



Το υδρολυτικά ένζυμα ή υδρολάσες, είναι μόρια τα οποία καταλύουν αντιδράσεις υδρόλυσης (υδρο = νερό? λύσης = ρήξη), δηλαδή καταλύει μια χημική αντίδραση μεταξύ ενός μορίου νερού και άλλο μόριο.

Οι υδρολάσες, όπως και τα περισσότερα ένζυμα, είναι πλούσια σε πρωτεΐνες, πράγμα που σημαίνει ότι αποτελούνται από μία ή περισσότερες πολυπεπτιδικές αλυσίδες ή αμινοξέα.

Τα ένζυμα είναι παρόντα σχεδόν σε όλες τις βιοχημικές αντιδράσεις των ζωντανών οργανισμών. Είναι υπεύθυνοι για την επιτάχυνση αυτών των αντιδράσεων μειώνοντας το επίπεδο ενέργειας της ίδιας της αντίδρασης.

Για παράδειγμα, τα περισσότερα πεπτικά ένζυμα είναι υδρολυτικά. Αυτοί είναι υπεύθυνοι για την επιτάχυνση της αποσύνθεσης σύνθετων μορίων του βλωμού των τροφίμων.

Η αποσύνθεση έχει ως αποτέλεσμα απλούστερες μορφές που απορροφώνται εύκολα από τους οργανισμούς. Τα ένζυμα όχι μόνο εκπληρώνουν ζωτικές λειτουργίες σε οργανισμούς αλλά και έχουν ιατρική και οικονομική σημασία.

Ευρετήριο

  • 1 Χαρακτηριστικά
  • 2 Ταξινόμηση
  • 3 Λειτουργίες στο ανθρώπινο σώμα
    • 3.1 Χολινεστεράση
    • 3.2 Πεπτικά ένζυμα
  • 4 Χρήσεις
    • 4.1-Βιομηχανική
  • 5 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Τα ένζυμα, γενικά, είναι μεγάλα πρωτεϊνικά μόρια με ρυθμισμένη δραστικότητα. Όλα έχουν ένα συγκεκριμένο σχήμα 3D. Λειτουργούν σε χαμηλές συγκεντρώσεις.

Δεν τροποποιούνται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, έτσι ώστε να μπορούν να ανακτηθούν χωρίς μεταβολές στη μοριακή ή πρωτεϊνική τους δομή. Μπορούν να επεξεργάζονται υποστρώματα με μεταβλητή ταχύτητα που μπορεί να περιλαμβάνει χιλιάδες μόρια ανά λεπτό.

Είναι συγκεκριμένα και μπορούν να μετουσιωθούν και / ή να επηρεαστούν από μεταβολές της θερμοκρασίας, του pH, των συγκεντρώσεων του υποστρώματος, μεταξύ άλλων..

Από την άλλη πλευρά, τα υδρολυτικά ένζυμα είναι η μεγαλύτερη ομάδα γνωστών ενζύμων. Υπάρχουν πάνω από 200 υδρολάσες οι οποίες καταλύουν αντιδράσεις που διασπούν δεσμούς άνθρακα - οξυγόνου, άνθρακα - αζώτου, άνθρακα - άνθρακα, φωσφόρου - οξυγόνου (φωσφορικό ανυδρίτη), συμπεριλαμβανομένων των συνδέσεων Φωσφόρος - Άζωτο.

Άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά των υδρολυτικών ενζύμων είναι η ευρεία εξειδίκευση των υποστρωμάτων τους και είναι στερεοεκλεκτικά.

Ταξινόμηση

Η ταξινόμηση των υδρολυτικών ενζύμων βασίζεται κυρίως στη φύση του υδρολυμένου δεσμού και στο υπόστρωμα. Η ταξινομική ορολογία ονομάζει υδρολάσες ή υδρολυτικά ένζυμα σε αυτόν τον τύπο ενζύμων.

Από την άλλη πλευρά, τα κοινά ονόματα των ενζύμων συμφωνούν με το επίθημα -λαβή, για παράδειγμα χολινεστεράση, εστεράσες και πρωτεάσες.

Τέλος, σύμφωνα με τη Διεθνή Ένωση Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας, τα ένζυμα ταξινομούνται με αριθμούς που ονομάζονται EC (ενζυμική προμήθεια).

Οι υδρολάσες ανήκουν στην ομάδα 3 (EC3). Αυτά με τη σειρά τους υποδιαιρούνται σύμφωνα με τον τύπο συνδέσμου που υδρολύουν. Για παράδειγμα, αν τα ένζυμα υδρολύουν γραμμικά αμίδια ο αριθμός τους είναι EC3.5.1 και αν υδρολύουν πρωτεάσες σερίνης ο αριθμός τους είναι EC3.4.16.21.

Λειτουργεί στο ανθρώπινο σώμα

Χολινεστεράση

Η χολινεστεράση είναι ένα από τα σημαντικότερα γνωστά υδρολυτικά ένζυμα. Υδρολύει την ακετυλοχολίνη και την μετατρέπει σε χολίνη και οξικό οξύ.

Αυτή η συγκεκριμένη αντίδραση δρα μετά τη μετάδοση του νευρικού παλμού, σταματώντας τη δράση των μορίων νευροδιαβιβαστών (ακετυλοχολίνη).

Πεπτικά ένζυμα

Μια από τις πιο μελετημένες ενζυματικές αντιδράσεις είναι η υποβάθμιση των τροφίμων σε οργανισμούς. Είναι γνωστό ότι κατά την πέψη τα ένζυμα λιπάσης είναι υπεύθυνα για την υδρόλυση των λιπιδίων και των πρωτεασών προκαλούν τη διάσπαση των πρωτεϊνών για να ληφθούν αμινοξέα.

Τα υδρολυτικά ένζυμα είναι υπεύθυνα για το σπάσιμο ή τη διαίρεση μεγάλων μορίων και την μετατροπή τους σε απλούστερες μορφές. Αυτά τα λαμβανόμενα μόρια θα χρησιμοποιηθούν στη σύνθεση, στην αποβολή των αποβλήτων ή ως πηγές άνθρακα για την απόκτηση ενέργειας.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των πεπτικών υδρολυτικών ενζύμων είναι ότι είναι εξωκυτταρικά και ότι αναμειγνύονται με τρόφιμα καθώς περνούν μέσω του πεπτικού σωλήνα..

Αυτά τα ένζυμα παράγονται από κύτταρα που καλύπτουν το στομάχι, το έντερο και άλλα όργανα όπως το πάγκρεας.

Κυτταρική πέψη

Τα λυσοσώματα είναι οι κύριοι πρωταγωνιστές της πέψης των κυττάρων. Υπάρχουν περισσότερα από 50 ειδικά υδρολυτικά ένζυμα που περιέχονται σε αυτές τις κυτταρικές δομές.

Αυτά τα ένζυμα πληρούν τη λειτουργία της πέψης του συμπλόκου οργανικής ύλης μετατρέποντάς το σε απλούστερα μόρια, για παράδειγμα ως: μονοσακχαρίτες ή αμινοξέα.

Χρησιμοποιεί

-Βιομηχανική

Φαρμακευτική

Οι τεχνολογικές και επιστημονικές εξελίξεις των τελευταίων 20 ετών οδήγησαν σε σημαντικές ανακαλύψεις στο μοριακό πεδίο των μηχανισμών λειτουργίας των ενώσεων.

Από τους έξι γνωστούς τύπους ενζύμων, τα υδρολυτικά είναι τα πλέον χρησιμοποιούμενα (60%) στις βιοκαταλυτικές διεργασίες της φαρμακευτικής βιομηχανίας.

Οι λιπάσες είναι υδρολυτικά ένζυμα που μετατρέπουν την τριακυλγλυκερόλη σε γλυκερόλη και ελεύθερα λιπαρά οξέα. Αυτά τα ένζυμα χρησιμεύουν, στη φαρμακευτική βιομηχανία, για την ανάπτυξη profens (αντιφλεγμονώδη φάρμακα) που δρουν κατά των ρευματοειδών ασθενειών, της αρθρίτιδας, του οσφυϊκού πόνου κλπ..

Άλλες λιπάσες χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη ενώσεων όπως το χειρόμορφο synthon (ένα αντιμυκητιασικό) και το lotrafiban το οποίο είναι ένα φάρμακο που χρησιμοποιείται για την πρόληψη θρομβωτικών επεισοδίων.

Φαγητό

Επί του παρόντος, οι υδρολάσες είναι βασικά ένζυμα στην παραγωγή διαφόρων προϊόντων διατροφής, λόγω των πολλαπλών εφαρμογών που έχουν σε όλες σχεδόν τις βιομηχανικές διεργασίες του σήμερα..

Μία περιοχή ενδιαφέροντος που σχετίζεται με τη χρήση υδρολυτικών ενζύμων είναι η σύνθεση ή παραγωγή λιγνοκυτταρινικής βιομάζας. Αυτή η βιομάζα έχει μεγάλες δυνατότητες στη βιομηχανία να αποκτήσει βιοκαύσιμα.

Από την άλλη πλευρά, πρωτεάσες, ένζυμα που καταλύουν την υδρόλυση πεπτιδικών ενώσεων, έχουν μεγάλη εφαρμογή στη βιομηχανία τροφίμων, ιδιαίτερα στην παρασκευή υδρολυμάτων πρωτεϊνών σόγιας.

Επίσης, συμβάλλουν στη βελτίωση της ποιότητας των ψωμιών, στις γλυκαντικές ουσίες, στη μείωση των πικρών γεύσεων διαφόρων τροφίμων, ακόμη και ως τρυφεροποιητές κρέατος.

Η γεωργική βιομηχανία χρησιμοποιεί πηκτινάσες. Πρόκειται για μια ομάδα ενζύμων ικανών να διασπάσουν πολύ διακλαδισμένα ουδέτερα και όξινα πολυμερή (ομάδες πηκτίνης) που βρίσκονται στο κυτταρικό τοίχωμα των φυτών. 

Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες πηκτινάσες σε επίπεδο βιομηχανικής γεωργίας προέρχονται από τον μικροοργανισμό που ονομάζεται Aspergillus niger και χρησιμοποιούνται για ζύμωση σε βυθισμένες καλλιέργειες και ζύμωση στερεών υποστρωμάτων.

Οι πηκτινάσες χρησιμοποιούνται επίσης στην παραγωγή χυμών ή χυμών φρούτων και χρησιμεύουν για να μειώνουν τη θολότητα ή να διευκρινίζουν, βελτιώνοντας την ποιότητα αυτών. Τους χρησιμοποιούν επίσης για την παραγωγή μαρμελάδων και πολτών φρούτων.

Απορρυπαντικά

Από τις αρχές του περασμένου αιώνα είναι γνωστό ότι οι πεπτικές πρωτεάσες καθαρίζουν τα ρούχα. Μέχρι το τέλος του περασμένου αιώνα, τα περισσότερα απορρυπαντικά περιείχαν πεπτικά ένζυμα όπως οι αμυλάσες και οι λιπάσες.

Είναι γνωστό ότι η χρήση αυτών των ενζύμων στη βιομηχανία απορρυπαντικών καθιστά την διαδικασία πλύσης πιο αποτελεσματική. Μειώνουν το κόστος του νερού, είναι βιοδιασπώμενα και εξασφαλίζουν πλήρη καθαριότητα.

Bacillus licheniformis  και Aspergillus flavus παράγουν πρωτεάσες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή απορρυπαντικών. Το προϊόν που λαμβάνεται χρησιμεύει για την απομάκρυνση κηλίδων πρωτεϊνικής προέλευσης όπως αίμα για παράδειγμα.

Οι μύκητες παράγουν κυτταρινάσες. Οι κελλουλάσες χρησιμεύουν ως απορρυπαντικό για την απομάκρυνση των λεκέδων του εδάφους ή των υπολειμμάτων των φυτών. Άλλα ένζυμα όπως οι λιπάσες χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση ελαιωδών κηλίδων όπως είναι τα λίπη ή τα χρώματα των χειλιών. Ο μύκητας Aspergillus oryzae Χρησιμοποιείται βιομηχανικά για την παραγωγή αυτών των ενζύμων.

Αναφορές

  1. Ενζυμο Ανακτήθηκε από en.wikipedia.org.
  2. Ενζυμα, Βιοχημεια. Ανάκτηση από britannica.com.
  3. Εισαγωγή στην Ενζυμική Κλάση 3: Υδρολάσες. Ανακτήθηκε από το chem.uwec.edu.
  4. Hydrolase.Recuperated από chemistryexplained.com.
  5. T. McKee & J.R. McKee (2003). Biochemistry, 3η έκδοση. Βοστώνη: McGraw-Hill.
  6. Πεπτικά ένζυμα Ανάκτηση από το sciencelearn.org.nz
  7. Μ. Χέρνα. Η βιοκατάλυση εφαρμόζεται στην απόκτηση φαρμάκων και προϊόντων με υψηλή προστιθέμενη αξία. Κεφάλαιο VI. Ανάκτηση από το analesranf.com.
  8. Ένζυμα σε σαπούνια για ρούχα. Ανάκτηση από το argenbio.org