HYDROLYTISCHE ENZYME: EIGENSCHAFTEN, KLASSIFIZIERUNG, FUNKTIONEN - ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE - 2025

Die hydrolytischen Enzyme oder Hydrolasen sind Moleküle, die Hydrolysereaktionen katalysieren (Hydro = Wasser; Lyse = Bruch), dh eine chemische Reaktion zwischen einem Wassermolekül und einem anderen Molekül katalysieren.

Hydrolasen sind wie die meisten Enzyme von Natur aus Protein, was bedeutet, dass sie aus einer oder mehreren Polypeptid- oder Aminosäureketten bestehen.

Banddiagramm des hydrolytischen Enzyms der menschlichen Pankreas-Alpha-Amylase. Entnommen und bearbeitet aus eigener Arbeit. über Wikimedia Commons.

Enzyme sind in fast allen biochemischen Reaktionen in lebenden Organismen vorhanden. Sie sind dafür verantwortlich, diese Reaktionen zu beschleunigen, indem sie das Energieniveau der Reaktion verringern.

Zum Beispiel sind die meisten Verdauungsenzyme hydrolytisch. Diese sind für die Beschleunigung des Abbaus komplexer Moleküle im Bolus verantwortlich.

Die Zersetzung führt zu einfacheren Formen, die von Organismen leicht absorbiert werden. Enzyme erfüllen nicht nur lebenswichtige Funktionen in Organismen, sondern sind auch von medizinischer und wirtschaftlicher Bedeutung.

Eigenschaften

Enzyme sind im Allgemeinen große Proteinmoleküle mit regulierter Aktivität. Sie haben alle eine bestimmte 3D-Form. Diese arbeiten in geringen Konzentrationen.

Sie werden während der Reaktion nicht modifiziert, so dass sie ohne Änderung ihrer Molekül- oder Proteinstruktur gewonnen werden können. Sie können Substrate mit einer variablen Geschwindigkeit verarbeiten, an der Tausende von Molekülen pro Minute beteiligt sein können.

Sie sind spezifisch und können unter anderem durch Änderungen der Temperatur, des pH-Werts und der Konzentrationen der Substrate denaturiert und / oder beeinflusst werden.

Hydrolytische Enzyme sind ihrerseits die größte bekannte Gruppe von Enzymen. Es gibt mehr als 200 Hydrolasen, die Reaktionen katalysieren, die Kohlenstoff-Sauerstoff-, Kohlenstoff-Stickstoff-, Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Phosphor-Sauerstoff- (Phosphorsäureanhydrid) -Bindungen und sogar Phosphor-Stickstoff-Bindungen aufbrechen.

Andere wichtige Eigenschaften von hydrolytischen Enzymen sind ihre breite Substratspezifität und ihre Stereoselektivität.

Einstufung

Die Klassifizierung von hydrolytischen Enzymen basiert hauptsächlich auf der Art der hydrolysierten Bindung und des Substrats. Die taxonomische Terminologie nennt diese Art von Enzymhydrolasen oder hydrolytischen Enzymen.

Andererseits bestehen die gebräuchlichen Namen von Enzymen aus dem Suffix -ase, beispielsweise Cholinesterase, Esterasen und Proteasen.

Schließlich werden Enzyme gemäß der Internationalen Union für Biochemie und Molekularbiologie durch Zahlen klassifiziert, die als EC (Enzymkommission) bezeichnet werden.

Hydrolasen gehören zur Gruppe 3 (EC3). Diese wiederum werden nach der Art der Bindung unterteilt, die sie hydrolysieren. Wenn Enzyme beispielsweise lineare Amide hydrolysieren, ist ihre Anzahl EC3.5.1, und wenn sie Serinproteasen hydrolysieren, ist ihre Anzahl EC3.4.16.21.

Funktionen im menschlichen Körper

Cholinesterase

Cholinesterase ist eines der wichtigsten bekannten hydrolytischen Enzyme. Es hydrolysiert Acetylcholin und wandelt es in Cholin und Essigsäure um.

Diese spezifische Reaktion wirkt nach der Übertragung des Nervenimpulses und stoppt die Wirkung der Neurotransmittermoleküle (Acetylcholin).

Verdauungsenzyme

Eine der am meisten untersuchten enzymatischen Reaktionen ist der Abbau von Lebensmitteln in Organismen. Es ist bekannt, dass Lipaseenzyme während der Verdauung für die Hydrolyse von Lipiden verantwortlich sind und Proteasen den Abbau von Proteinen verursachen, um Aminosäuren zu erhalten.

Hydrolytische Enzyme sind dafür verantwortlich, große Moleküle zu brechen oder zu teilen und sie in einfachere Formen umzuwandeln. Diese erhaltenen Moleküle werden bei der Synthese, Ausscheidung von Abfällen oder als Kohlenstoffquellen zur Energiegewinnung verwendet.

Ein herausragendes Merkmal von hydrolytischen Verdauungsenzymen ist, dass sie extrazellulär sind und sich mit der Nahrung vermischen, wenn sie den Verdauungstrakt passieren.

Diese Enzyme werden von Zellen produziert, die den Magen, den Darm und andere Organe wie die Bauchspeicheldrüse auskleiden.

Zellverdauung

Lysosomen sind die Hauptprotagonisten der Zellverdauung. In diesen Zellstrukturen sind mehr als 50 spezifische hydrolytische Enzyme enthalten.

Diese Enzyme erfüllen die Funktion, komplexe organische Stoffe zu verdauen und in einfachere Moleküle umzuwandeln, beispielsweise als: Monosaccharide oder Aminosäuren.

Anwendungen

-Industriell

Pharmazeutisch

Die technologischen und wissenschaftlichen Fortschritte der letzten 20 Jahre haben zu wichtigen Entdeckungen im molekularen Bereich der Wirkmechanismen von Verbindungen geführt.

Von den sechs bekannten Arten von Enzymen werden die hydrolytischen in den biokatalytischen Prozessen der pharmazeutischen Industrie am häufigsten verwendet (60%).

Lipasen sind hydrolytische Enzyme, die Triacylglycerin in Glycerin und freie Fettsäuren umwandeln. Diese Enzyme werden in der pharmazeutischen Industrie verwendet, um Prophene (entzündungshemmende Medikamente) zu entwickeln, die gegen rheumatoide Erkrankungen, Arthritis, Schmerzen im unteren Rückenbereich usw. wirken.

Andere Lipasen werden verwendet, um Verbindungen wie chirales Synthon (ein Antimykotikum) und Lotrafiban zu entwickeln, ein Medikament zur Vorbeugung thrombotischer Episoden.

Essen

Gegenwärtig sind Hydrolasen aufgrund ihrer vielfältigen Anwendung in fast allen industriellen Prozessen heutzutage wesentliche Enzyme bei der Herstellung verschiedener Lebensmittelprodukte.

Ein Bereich von Interesse im Zusammenhang mit der Verwendung von hydrolytischen Enzymen ist die Synthese oder Produktion von Lignocellulose-Biomasse. Diese Biomasse hat in der Industrie ein großes Potenzial zur Gewinnung von Biokraftstoffen.

Andererseits haben Proteasen, Enzyme, die die Hydrolyse von Peptidverbindungen katalysieren, eine hohe Anwendung in der Lebensmittelindustrie, insbesondere bei der Herstellung von Sojaproteinhydrolysaten.

Sie dienen auch dazu, die Qualität von Broten in Süßungsmitteln zu verbessern und die bitteren Aromen verschiedener Lebensmittel zu reduzieren, selbst als Fleischklopfer.

Die Agrarindustrie verwendet Pektinasen. Dies ist eine Gruppe von Enzymen, die hochverzweigte saure und neutrale Polymere (Pektingruppen) abbauen können, die in Pflanzenzellwänden vorkommen.

Die auf industrieller Ebene am häufigsten verwendeten Pektinasen stammen aus dem Mikroorganismus Aspergillus niger und werden zur Fermentation in Unterwasserkulturen und zur Fermentation fester Substrate verwendet.

Pektinasen werden auch zur Herstellung von Fruchtsäften oder -säften verwendet und dienen dazu, die Trübung zu verringern oder zu klären und ihre Qualität zu verbessern. Sie verwenden sie auch zur Herstellung von Marmeladen und Fruchtfleisch.

Aspergillus niger-Arten von Mikroorganismen, die zur Gewinnung von Pektinasen verwendet werden. Entnommen und bearbeitet von: Mogana Das Murtey und Patchamuthu Ramasamy, über Wikimedia Commons.

Reinigungsmittel

Seit Anfang des letzten Jahrhunderts ist bekannt, dass Verdauungsproteasen Kleidung reinigen. Bis zum Ende des letzten Jahrhunderts enthielten die meisten Detergenzien Verdauungsenzyme wie Amylasen und Lipasen.

Es ist bekannt, dass die Verwendung dieser Enzyme in der Waschmittelindustrie den Waschprozess effizienter macht. Sie reduzieren den Wasserverbrauch, sind biologisch abbaubar und sorgen für eine vollständige Reinigung.

Bacillus licheniformis und Aspergillus flavus produzieren Proteasen, die zur Herstellung von Detergenzien verwendet werden. Das erhaltene Produkt wird verwendet, um Flecken von Proteinursprung wie beispielsweise Blut zu entfernen.

Pilze produzieren Cellulasen. Cellulasen dienen als Reinigungsmittel zur Entfernung von Bodenflecken oder Pflanzenresten. Andere Enzyme wie Lipasen werden verwendet, um Flecken ölischen Ursprungs wie Fett oder Lippenstift zu entfernen. Der Pilz Aspergillus oryzae wird industriell zur Herstellung dieser Enzyme verwendet.

Verweise

1. Enzym. Von en.wikipedia.org wiederhergestellt.
2. Enzym, Biochemie. Von britannica.com wiederhergestellt.
3. Einführung in Enzymklasse 3: Hydrolasen. Von chem.uwec.edu wiederhergestellt.
4. Hydrolase aus chemieexplained.com gewonnen.
5. T. McKee & JR McKee (2003). Biochemie, 3. Auflage. Boston: McGraw-Hill.
6. Verdauungsenzyme. Von sciencelearn.org.nz wiederhergestellt
7. M. Hernaís. Biokatalyse zur Gewinnung von Arzneimitteln und Produkten mit hohem Mehrwert. Kapitel VI. Von analesranf.com wiederhergestellt.
8. Enzyme in Waschseifen. Von argenbio.org wiederhergestellt