Hydrolasen

Seminar zum Modul Proteinchemie

Amadeus Itzenhäuser

21.06.2019 (Bild von Kakuko auf Pixabay)

Was sind Hydrolasen?

• EC-Hauptklasse 3 • Spalten von Bindungen durch Hydrolyse Reaktion mit Wasser • Häufig: Abbau-Prozesse

• Lipasen, Phosphatasen, Esterasen, Nukleasen, Peptidasen……

Chymotrypsin Trypsin Proteasom

DNase RNase

Esterasen

Lipasen: Säuren nicht wasserlöslich Esterasen: Säuren wasserlöslich

Vielfältige Strukturen und Mechanismen

Im Menschen: Z.B. Carboxlesterasen Hohe Aktivität in der Leber Abbau von Medikamenten und Drogen

Tfcut2 –aus Thermobifida fusca IsPETase –aus Ideonella sakaiensis

• α/β-Hydrolase • Katalytische Triade: Ser160, Asp206, His237

• Hydrolyse von Nitrophenyl- und Naphtyl-

Estern

• α/β-Hydrolase • Katalytische Triade: Ser130, Asp176, His208

• Hydrolyse von Cutin

Chemischer PET-Abbau

Nucleophiler Angriff durch Wasser

Tetraedrisches Intermediat - Deprotonierung

Chemischer PET-Abbau

a. 3-9 M Schwefelsäure – 150 - 190°C – 12h b. 7-13 M Salpetersäure – 70 - 100° – 72h c. 40 bar – 300°C Wasser

enzymatischer PET-Abbau

Bildquelle: [5]

Aktives Zentrum mit gebundenem PET

3D-Struktur der IsPETase

enzymatischer PET-Abbau

Wasserstoffbrückenbindungen zum Carbonyl-Sauerstoff Aktivierung

Katalytische Triade der IsPETase

enzymatischer PET-Abbau

Eliminierung des alkoholischen Rests Proton vom Histidin wird übertragen

enzymatischer PET-Abbau

Acyl-Enzym-Komplex

Wasser diffundiert ins aktive Zentrum – Ausbildung von H-Brücken

Nucleophiler Angriff durch Wasser

enzymatischer PET-Abbau

Regeneration der katalytischen Triade Ausbildung einer Carboxy-Gruppe

Zusammenfassung

• Hydrolasen spalten Bindungen durch Hydrolyse

• Unterklassen sind über Art der gespaltenen Bindung charakterisiert

• Oft in abbauenden Stoffwechselwegen

• Häufiger Mechanismus: Nukleophiler Angriff durch Serin

Literatur Allgemeine Informationen [1] H. Bisswanger; Enzyme, 1. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2015, S. 66-72.

Chemischer PET-Abbau [2] J. Spengler; Neue Methoden für das chemische Recycling von Abfall-PET, Dissertation, TU Darmstadt, 2013. [3] D. Carta, G. Cao, C. D‘Angeli; Environmental Science and Pollution Research 2003; 10, S. 390-394.

IsPETase [4] C. Liu, C. Shi, S. Zhu, R. Wei, C. Yin; Biochemical and Biophysical Research Communications 2019; 508, S. 289-294 [5] S. Joo, I. Cho, H. Seo, H .Son, H. Sagong, T. Shin, S. Choi, S. Lee, K. Kim, Nature Communications 2018; 9, S. 1-12.

Tfcut2 [6] C. Roth, R. Wei, T. Oeser, J. Then, C. Föllner, W. Zimmermann, N. Sträter; Applied Microbiology and Biotechnology 2014; 98, S. 7815-7823. [7] F. Kawei, T. Kawabata, M. Oda; Applied Microbiology and Biotechnology 2019; 103, S. 4253-4268.

Bildquellen Seite 4 [links] [http://www.rcsb.org/structure/5XJH] RCSB Protein Data Bank – Eintrag zu 5XJH [13.06.2019; 21.14] [rechts] [http://www.rcsb.org/structure/4CG1] RCSB Protein Data Bank – Eintrag zu 4CG1 [13.06.2019; 21.15]