HIDROLASES: ESTRUTURA, FUNÇÕES, EXEMPLOS - BIOLOGIA - 2024

As hidrolases são enzimas responsáveis ​​pela hidrólise de vários tipos de ligações químicas em muitos compostos diferentes. Entre as principais ligações que hidrolisam estão as ligações éster, glicosídica e peptídica.

Dentro do grupo das hidrolases, mais de 200 enzimas diferentes foram classificadas, agrupadas em pelo menos 13 conjuntos individuais; sua classificação é essencialmente baseada no tipo de composto químico que serve como substrato.

Modelagem gráfica com ferramentas de bioinformática da estrutura de uma hidrolase (Fonte: Jawahar Swaminathan e equipe MSD do Instituto Europeu de Bioinformática Via Wikimedia Commons)

As hidrolases são essenciais para a digestão dos alimentos no intestino dos animais, pois são responsáveis ​​pela degradação de grande parte das ligações que compõem as estruturas carbonáticas dos alimentos que ingerem.

Essas enzimas atuam em meio aquoso, pois precisam de moléculas de água ao seu redor para serem adicionadas aos compostos, uma vez que as moléculas são clivadas. Em palavras simples, as hidrolases realizam uma catálise hidrolítica dos compostos sobre os quais atuam.

Por exemplo, quando uma hidrolase quebra uma ligação covalente CC, o resultado geralmente é um grupo C-OH e um grupo CH.

Estrutura

Como muitas enzimas, as hidrolases são proteínas globulares organizadas em estruturas complexas que se organizam por meio de interações intramoleculares.

As hidrolases, como todas as enzimas, ligam-se a uma ou mais moléculas de substrato em uma região de sua estrutura conhecida como "sítio ativo". Este local é uma bolsa ou fenda rodeada por muitos resíduos de aminoácidos que facilitam a aderência ou fixação do substrato.

Cada tipo de hidrolase é específico para um determinado substrato, o que é determinado por sua estrutura terciária e pela conformação dos aminoácidos que compõem seu sítio ativo. Essa especificidade foi levantada de forma didática por Emil Fischer como uma espécie de “fechadura e chave”.

Sabe-se agora que o substrato, em geral, induz alterações ou distorções na conformação das enzimas e que as enzimas, por sua vez, distorcem a estrutura do substrato para fazê-lo "encaixar" em seu sítio ativo.

Recursos

Todas as hidrolases têm como principal função quebrar ligações químicas entre dois compostos ou dentro da estrutura de uma mesma molécula.

Existem hidrolases para quebrar quase qualquer tipo de ligação: algumas degradam as ligações éster entre os carboidratos, outras as ligações peptídicas entre os aminoácidos das proteínas, outras as ligações carboxílicas, etc.

O objetivo da hidrólise de ligações químicas catalisadas por uma enzima hidrolase varia consideravelmente. A lisozima, por exemplo, é responsável pela hidrólise de ligações químicas com o objetivo de proteger o organismo que a sintetiza.

Essa enzima quebra as ligações que mantêm os compostos unidos na parede celular bacteriana, a fim de proteger o corpo humano da proliferação bacteriana e possível infecção.

Nucleases são enzimas "fosfatases" que têm a capacidade de degradar ácidos nucléicos, que também podem representar um mecanismo de defesa celular contra vírus de DNA ou RNA.

Outras hidrolases, como as do tipo "serina proteases", degradam as ligações peptídicas das proteínas no trato digestivo para tornar os aminoácidos assimiláveis ​​no epitélio gastrointestinal.

As hidrolases estão até envolvidas em vários eventos de produção de energia no metabolismo celular, uma vez que as fosfatases catalisam a liberação de moléculas de fosfato de substratos de alta energia, como o piruvato, na glicólise.

Exemplos de hidrolases

Dentre a grande diversidade de hidrolases que os cientistas identificaram, algumas têm sido estudadas com maior ênfase do que outras, por estarem envolvidas em muitos processos essenciais à vida celular.

Estes incluem lisozima, serina proteases, fosfatases do tipo endonuclease e glucosidases ou glicosilases.

Lisozima

Enzimas desse tipo quebram as camadas de peptidoglicano da parede celular das bactérias gram-positivas. Isso geralmente acaba causando uma lise total da bactéria.

As lisozimas defendem o corpo dos animais das infecções bacterianas e são abundantes nas secreções corporais nos tecidos que estão em contato com o meio ambiente, como lágrimas, saliva e muco.

A lisozima de ovo de galinha foi a primeira estrutura protéica a ser cristalizada por meio de raios X. Essa cristalização foi realizada por David Phillips, em 1965, no Royal Institute of London.

O sítio ativo desta enzima é composto pelo peptídeo Asparagina-Alanina-Metionina-Asparagina-Alanina-Glicina-Asparagina-Alanina-Metionina (NAM-NAG-NAM).

Serina proteases

As enzimas desse grupo são responsáveis ​​pela hidrólise das ligações peptídicas em peptídeos e proteínas. Os mais comumente estudados são tripsina e quimiotripsina; no entanto, existem muitos tipos diferentes de serina proteases, que variam em relação à especificidade do substrato e seu mecanismo de catálise.

As "serina proteases" são caracterizadas por possuírem um aminoácido nucleofílico do tipo serina em seu sítio ativo, que atua na quebra da ligação peptídica entre os aminoácidos. Serina proteases também são capazes de quebrar uma ampla variedade de ligações de éster.

Esquema gráfico da ação de uma serina protease quebrando uma ligação peptídica no aminoácido histidina (Fonte: Zephyris na Wikipédia em inglês via Wikimedia Commons)

Essas enzimas cortam peptídeos e proteínas de maneira não específica. No entanto, todos os peptídeos e proteínas a serem cortados devem ser anexados no terminal N da ligação peptídica ao sítio ativo da enzima.

Cada serina protease corta com precisão a ligação amida que se forma entre a extremidade C-terminal do aminoácido na extremidade carboxila e o aminoácido amina que está em direção à extremidade N-terminal do peptídeo.

Fosfatases do tipo nuclease

Essas enzimas catalisam a clivagem das ligações fosfodiéster dos açúcares e dos fosfatos das bases nitrogenadas que constituem os nucleotídeos. Existem muitos tipos diferentes dessas enzimas, pois são específicas para o tipo de ácido nucleico e o local de clivagem.

Esquema gráfico da ação de uma endonuclease hidrolisando uma ligação fosfodiéster (Fonte: J3D3 Via Wikimedia Commons)

As endonucleases são indispensáveis ​​no campo da biotecnologia, pois permitem que os cientistas modifiquem os genomas dos organismos cortando e substituindo fragmentos da informação genética de quase todas as células.

As endonucleases realizam a clivagem das bases nitrogenadas em três etapas. A primeira é por meio de um aminoácido nucleofílico, depois forma-se uma estrutura intermediária com carga negativa que atrai o grupo fosfato e, finalmente, quebra a ligação entre as duas bases.

Referências

1. Davies, G., & Henrissat, B. (1995). Estruturas e mecanismos das glicosil hidrolases. Estrutura, 3 (9), 853-859.
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3. Mathews, AP (1936). Princípios de bioquímica. W. Wood.
4. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Bioquímica ilustrada de Harper. 28 (p. 588). Nova York: McGraw-Hill.
5. Ollis, DL, Cheah, E., Cygler, M., Dijkstra, B., Frolow, F., Franken, SM,… & Sussman, JL (1992). A dobra da hidrolase α / β. Protein Engineering, Design and Selection, 5 (3), 197-211.