Serin-endopeptidaze | |
---|---|
Identifikatori | |
Simbol | ? |
Serin-peptidaze ili serinske proteaze ili serinske endopeptidaze su enzimi koji cijepaju peptidnu vezu u proteinima, u kojima serin služi kao nukleofilna aminokiselina na enzimskim aktivnom mjestu.[1] Sveprisutne su i u eukariotima i u prokariotima. Serinske proteaze se prema svojoj strukturi svrstavaju u dvije široke kategorije: himotripsinolike (slične tripsinu) ili subtilizinolike.[2]
MEROPS sistem klasifikacije proteaza broji 16 natporodice (od 2013.), od kojih svaka sadrži mnogo porodica. Svaka superporodica koristi katalitsku trijadu ili dijadu u različitim proteinskim savijanjima i tako ilustrira konvergentnu evoluciju katalitiskog mehanizma. Većina pripada porodici S1 PA-klan (natporodice) proteaza.
Za superporodice, P = natporodica, koja sadrži mješavinu porodica nukleofilnih klasa, S = čisto serinske proteaze. Unutar svake nadporodice porodice označene su njihovim katalitskim nukleofilom (S = serinske proteaze).
Porodice serin proteaza
Natporodica | Porodice | Primjeri |
---|---|---|
SB | S8, S53 | Subtilizin (Bacillus licheniformis) |
SC | S9, S10, S15, S28, S33, S37 | Prolil-oligopeptidaza (Sus scrofa) |
SE | S11, S12, S13 | D-Ala-D-Ala peptidaza C (Escherichia coli) |
SF | S24, S26 | Signalna peptidaza I (Escherichia coli) |
SH | S21, S73, S77, S78, S80 | Citomegalovirusni asemblin (ludski herpesvirus 5) |
SJ | S16, S50, S69 | Lon-A peptidaza (Escherichia coli) |
SK | S14, S41, S49 | Clp proteaza]] (Escherichia coli) |
SO | S74 | Fagna K1F endosialidaza CIMCD samocijepajući protein (Enterobacteria fag K1F) |
SP | S59 | Nukleoporin 145 (Homo sapiens) |
SR | S60 | Laktoferin (Homo sapiens) |
SS | S66 | Murein-tetrapeptidaza LD-karboksipeptidaza (Pseudomonas aeruginosa) |
ST | S54 | Romboidna-1 (Drosophila melanogaster) |
PA | S1, S3, S6, S7, S29, S30, S31, S32, S39, S46, S55, S64, S65, S75 | Himotripsin A (Bos taurus) |
PB | S45, S63 | Prekursor penicilin G-acilaze (Escherichia coli) |
PC | S51 | Dipeptidaza E (Escherichia coli) |
PE | P1 | DmpA-aminopeptidaza (Ochrobactrum anthropi) |
Neoznačene | S48, S62, S68, S71, S72, S79, S81 |
Serinske proteaze karakterizira obilježavajuća struktura, koja se sastoji od dva beta-barelska domena koji konvergiraju na katalitski aktivnom mjestu. Ovi enzimi mogu se dalje kategorizirati na osnovu specifičnosti podloge, kao tripsinolike, himotripsinolike ili slične elastazi.[3]
Tripsinolike proteaze cijepaju peptidne veze nakon pozitivno nabijene aminokiseline (lizin ili arginin).[4] Ova specifičnost je uzrokovana ostatkom koji se nalazi u bazi enzimskog džepa S1 (općenito negativno nabijena asparaginska ili glutaminska kiselina).
S1 džep enzima sličnih himotripsinu hidrofobniji je nego u proteazama sličnim tripsinu. Ovo rezultira specifičnošću za hidrofobne ostatke srednje do velike veličine, kao što su tirozin, fenilalanin i triptofan.
Ove ključuju trombin, tkivno aktivirajući plazminogen i plazmin. Utvrđeno je da imaju ulogu u zgrušavanju i probavi, kao i u patofiziologiji neurodegenerativnih poremećaja poput Alzheimerove i Parkinsonove demencije.
Proteaze slične elastazi imaju mnogo manji rascjep S1 nego proteaze slične tripsinu ili himotripsinu. Shodno tome, poželjni suostaci kao što su alaninski, glicinski i valinski.
Subtilizin je serinska proteaza u prokariotima. Subtilisin nije evolucijski povezan s klanom himotripsina, ali dijeli isti katalitski mehanizam koji koristi katalitsku trijadu za stvaranje nukleofilnih serina. Ovo je klasični primjer koji se koristi za ilustraciju konvergentne evolucije, budući da se isti mehanizam razvijao dva puta neovisno tokom evolucije.
Glavni faktor mehanizma kataliza u serinskim proteazama je katalitska trijada. Trijada se nalazi na aktivnom mjestu enzima, gdje dolazi do katalize, a konzervirana je u svim natporodicama serinskih proteaznih enzima. Trijada je koordinirana struktura koja se sastoji od tri aminokiseline: His 57, Ser195 (otuda naziv "serin proteaza") i Asp 102. Ove tri ključne aminokiseline igraju bitnu ulogu u sposobnosti cijepanja proteazama. Dok su aminokiselinski članovi trijade međusobno udaljeni j u nizu proteina, zbog nabora, oni će biti vrlo blizu jedan drugom u jezgru enzima. Posebna geometrija članova trijade vrlo je karakteristična za njihovu specifičnu funkciju: pokazano je da položaj samo četiri tačke trijade karakterizira funkciju enzima koji sadrži.[5]
U slučaju katalize dolazi do uređenog mehanizma u kojem nastaje nekoliko međuprodukata. Kataliza cijepanja peptida može se promatrati kao ping-pong kataliza, u kojoj se supstrat veže (u ovom slučaju, polipeptid koji se cijepa), proizvod se oslobađa (N-kraj "polovine" peptida), veže se još jedan supstrat (u ovom slučaju voda), a oslobađa se još jedan proizvod (C-kraj "polovine" peptida).
Svaka aminokiselina u trijadi u ovom procesu obavlja određenu funkciju:
Cijela reakcija može se sažeti na sljedeći način:
Organizmi domaćini moraju osigurati da je aktivnost serinskih proteaza adekvatno regulirana. To se postiže početnom aktivacijom proteaze i lučenjem inhibitora.
Zimogeni su obično neaktivni prekursori enzima. Da su probavni enzimi bili aktivni pri sintezi, odmah bi počeli razlagati sintetizirajuće organe i tkiva. Akutni pankreatitis je takvo stanje, u kojem dolazi do preranog aktiviranja probavnih enzima u gušterači, što rezultira samo-probavom (autoliza). Također komplicira posmrtnu provjeru, jer gušterača često probavlja prije nego što se može vizualno procijeniti.
Zimogeni su velike, neaktivne strukture koje se mogu raspasti ili promijeniti u manje aktivne enzime. Razlika između zimogena i aktiviranih enzima je u činjenici da je aktivno mjesto za katalizu zimogena iskrivljeno. Kao rezultat toga, polipeptid supstrata ne može se efikasno vezati i ne dolazi do proteolize. Tek nakon aktivacije, tokom koje se promijeni konformacija i struktura zimogena i otvori aktivno mjesto, može doći do proteolize.
Zimogen | Enzim | Napomene |
Tripsinogen | Tripsin | Kad tripsinogen iz gušterače uđe u tanko crijevo, sekrecije enteropeptidaza iz sluznice duodenuma cijepa vezu lizin 15 – izoleucin 16, peptidnu vezu zimogena. Kao posljedica toga, zimogen tripsinogena se razlaže na tripsin. Podsjetimo da je tripsin također odgovoran za cijepanje lizinskih peptidnih veza, pa stoga, nakon što se stvori mala količina tripsina, sudjeluje u cijepanju vlastitog zimogena, stvarajući još više tripsina. Proces aktivacije tripsina može se stoga nazvati autokatalitski. |
Hmotripsinogen | Himotripsin | Nakon što se veza Arg 15 – Ile 16 tripsinom odcijepi u himotripsinogenskom zimogenu, novonastala struktura nazvana pi -himotripsin prolazi autolizu (samorazgradnju), dajući aktivni himotripsin. |
Proelastaza | Elastaza | Aktivira se cijepanjem tripsina. |
Kao što se može vidjeti, bitna je aktivacija tripsinogena do tripsina, jer aktivira vlastitu reakciju, kao i reakciju himotripsina i elastaze. Stoga je važno da se ova aktivacija ne dogodi prije vremena. Postoji nekoliko zaštitnih mjera koje organizam poduzima kako bi spriječio samo probavu:
Određivanje nivoa serinske proteaze može biti korisno u kontekstu određenih bolesti.