Cysteinproteaser

Cysteinproteaser , även känd som cysteinendopeptidaser eller tiolproteaser ( EC 3.4.22), är en grupp proteolytiska enzymer ( endopeptidaser ) som klyver proteinmolekyler till sina ingående aminosyror genom hydrolys av peptidbindningen . Sammansättningen av dessa proteaser inkluderar nödvändigtvis cystein och deras katalytiska aktivitet beror på sulfhydryl- eller tiolgruppen (-SH-gruppen).

Cysteinproteaser finns vanligtvis i frukter inklusive papaya , ananas , fikon och kiwi . Andelen proteas i frukter beror på mognad, ju mognare, desto mindre finns de i frukten. Dussintals latexar från olika växtfamiljer är kända för att innehålla cysteinproteaser [1] . Tiolproteaser används som ingrediens i köttmörningsmedel.

Klassificering

MEROPS-proteasklassificeringssystemet har 14 superfamiljer plus flera odesignade familjer (sedan 2013), var och en innehåller ett stort antal familjer. Varje superfamilj använder en katalytisk triad eller dyad i olika proteinveck och representerar således en konvergent utveckling av den katalytiska mekanismen.

För superfamiljer är P = superfamilj som består av en blandning av nukleofila klassfamiljer, C = superfamilj av rena cysteinproteaser. Inom varje superfamilj betecknas deras familjer som katalytisk nukleofil (C = cysteinproteas).

Tabellen visar alla superfamiljer av cysteinproteaser:

Katalysmekanism

Det första steget i reaktionsmekanismen genom vilken cysteinproteaser katalyserar hydrolysen av peptidbindningar är deprotoneringen av tiolen vid enzymets aktiva ställe av en intilliggande aminosyra med en ryggradssidokedja, vanligtvis en histidinrest . Nästa steg är den nukleofila attacken av det anjoniska svavlet i det deprotonerade cysteinet på basens karbonylkol. I detta skede frigörs substratfragmentet med aminänden , histidinresten i proteaset reduceras till den deprotonerade formen och en tioetermellanprodukt bildas som binder den nya karboxiänden av substratet till cysteintiolen. Därför kallas de ibland även tiolproteaser. Tioeterbindningen hydrolyseras sedan för att bilda en karboxylsyradel på den återstående substratdelen medan det fria enzymet regenereras.

Förordning

Proteaser syntetiseras vanligtvis som stora prekursorproteiner som kallas zymogener, exempel är serinproteasprekursorerna trypsinogen och chymotrypsinogen och pepsinogen, en prekursor till asparaginsyraproteas. Proteaset aktiveras genom avlägsnande av ett hämmande segment eller protein. Aktivering sker när proteaset levereras till en specifik intracellulär avdelning (såsom lysosomen ) eller extracellulär miljö (såsom maglumen). Detta system förhindrar skador på celler som producerar proteas.

Proteashämmare är typiskt proteiner med domäner som internerar eller blockerar det aktiva stället för proteaset för att förhindra tillgång till substratet. Vid kompetitiv hämning binder hämmaren till det aktiva stället och förhindrar därigenom interaktionen mellan enzymet och substratet. Vid icke-kompetitiv hämning binder hämmaren till ett allosteriskt ställe, vilket ändrar konformationen av det aktiva stället och därigenom gör det otillgängligt för substratet.

Exempel på proteashämmare:

• Serpins
• Stephins
• apoptoshämmare .

Biologisk betydelse

Cysteinproteaser spelar en mångfacetterad roll i praktiskt taget alla aspekter av fysiologi och utveckling. I växter är de viktiga för tillväxt och utveckling, och för ackumulering och mobilisering av lagringsproteiner såsom frön. Dessutom är de involverade i signalvägar och som svar på biotiska och abiotiska påfrestningar [5] . Hos människor och andra djur är de ansvariga för åldrande och apoptos (programmerad celldöd), MHC klass II-proteinimmunsvar, prohormonbearbetning och ombyggnad av extracellulär matrix , viktigt för benutveckling. Makrofagers och andra cellers förmåga att mobilisera elastolytiska cysteinproteaser på sin yta under specialiserade förhållanden kan också leda till accelererad nedbrytning av kollagen och elastin vid inflammationsställen vid sjukdomar som åderförkalkning och emfysem [6] . Flera virus (t.ex. polio , hepatit C ) uttrycker hela sitt genom som en enkel massiv polypeptid och använder ett proteas för att klyva det i funktionella enheter (t.ex. tobaksetsvirusproteas ).

Applikation

Som potentiella läkemedel

För närvarande är användningen av cysteinproteaser som godkända och effektiva anthelmintiska läkemedel utbredd. Växtcysteinproteaser isolerade från dem har visat sig ha hög proteolytisk aktivitet, som är känd för att klyva (hydrolysera) nematodnagelbandet och ha mycket låg toxicitet [7] . Framgångsrika resultat har rapporterats med användning av cysteinproteaser mot nematoder som Heligmosomoides bakeri , Trichinella spiralis , Nippostrongylus brasiliensis , Trichuris muris och Ancylostoma ceylanicum ; bandmaskar - Rodentolepis microstoma , samt gris acanthocephalus - en parasit av Macracanthorynchus hirundinaceus [8] . En användbar egenskap hos cysteinproteaser är deras motståndskraft mot den sura miljön i magen, vilket möjliggör oral administrering. De tillhandahåller en alternativ verkningsmekanism för moderna anthelmintika och utvecklingen av resistens anses osannolik eftersom det skulle kräva en fullständig omstrukturering av helmintens nagelband.

Annat

Cysteinproteaser används som fodertillsatser för boskap som protein- och nukleinsyrasmältbarhetsförbättrare [9] .

Anteckningar

1. ↑ Domsalla A. , Melzig MF Förekomst och egenskaper hos proteaser i växtlatexar.  (engelska)  // Planta medica. - 2008. - Vol. 74, nr. 7 . - s. 699-711. - doi : 10.1055/s-2008-1074530 . — PMID 18496785 .
2. ↑ Mitchel RE , Chaiken IM , Smith EL Den kompletta aminosyrasekvensen av papain. Tillägg och rättelser.  (engelska)  // The Journal of biological chemistry. - 1970. - Vol. 245, nr. 14 . - P. 3485-3492. — PMID 5470818 .
3. ↑ Sierocka I. , Kozlowski LP , Bujnicki JM , Jarmolowski A. , Szweykowska-Kulinska Z. Kvinnospecifikt genuttryck i tvåboslevermos Pellia endiviifolia är utvecklingsmässigt reglerad och kopplad till arkegoniproduktion.  (engelska)  // BMC plant biology. - 2014. - Vol. 14. - S. 168. - doi : 10.1186/1471-2229-14-168 . — PMID 24939387 .
4. ↑ Sorimachi H. , Ohmi S. , Emori Y. , Kawasaki H. , Saido TC , Ohno S. , Minami Y. , Suzuki K. En ny medlem av den kalciumberoende cysteinproteasfamiljen.  (engelska)  // Biologisk kemi Hoppe-Seyler. - 1990. - Vol. 371 Suppl. - S. 171-176. — PMID 2400579 .
5. ↑ Grudkowska M., Zagdańska B. Multifunktionell roll för växtcystein-proteinaser  (neopr.)  // Acta Biochim. Pol .. - 2004. - T. 51 , nr 3 . - S. 609-624 . — PMID 15448724 .
6. ↑ Chapman HA, Riese RJ, Shi GP Framväxande roller för cysteinproteaser i mänsklig biologi  // Årliga recensioner  : tidskrift  . - 1997. - Vol. 59 . - S. 63-88 . - doi : 10.1146/annurev.physiol.59.1.63 . — PMID 9074757 .
7. ↑ Stepek G., Behnke JM, Buttle DJ, Duce IR Naturliga växtcysteinproteinaser som anthelmintika? (engelska)  // Trender : journal. - 2004. - Juli ( vol. 20 , nr 7 ). - s. 322-327 . - doi : 10.1016/j.pt.2004.05.003 . — PMID 15193563 .
8. ↑ Behnke JM, Buttle DJ, Stepek G., Lowe A., Duce IR Utvecklar nya anthelmintika från växtcystein-proteinaser  //  Parasites & Vectors : journal. - 2008. - Vol. 1 , nej. 1 . — S. 29 . - doi : 10.1186/1756-3305-1-29 . — PMID 18761736 .
9. ↑ O'Keefe, Terrence Proteasenzymer förbättrar aminosyrasmältbarheten . Watagnet (6 april 2012). Hämtad: 6 januari 2018. (obestämd)