Cistein peptidaza

Cisteinske proteaze – poznate i kao tiolske proteaze – su enzimi koji degradiraju proteine. Ove proteaze imaju zajedničke katalitske mehanizme koji uključuju nukleofilni cisteinski tiol u katalitskoj trijadi ili dijadi.

Cisteinska peptidaza
Kristalna struktura cistein peptidaze papainskog kompleksa sa kovalentnim inhibitorom E-64.
Identifikatori
SimbolPeptidase_C1
PfamPF00112
Pfam klanCL0125
InterProIPR000668
SMARTSM00645
PROSITEPDOC00126
MEROPSC1
SCOP21aec / SCOPe / SUPFAM
OPM superporodica420
OPM protein1m6d
Dostupne proteinske strukture:
Pfam  strukture / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumsažetak strukture

Csteinske proteazw su općenito nalaze u voću, uključujući papaju, ananas smokvu i kivi. Proporcija proteaza je veća u nezrelom voću. Ustvari, poznato je nekoliko porodica čiji predstavnici sadrže cistein proteaze.[1] Cisteinske proteaze se upotrebljavaju kao ingradijenti – sastojci za učvršćivanje mesa.[2][3][4][5][6]

Klasifikacija uredi

MEROPS sistem klasifikacije proteaza uračunava 14 proteinskih natporodica plus nekoliko neoznačenih (do 2013.), a svaka sadrži mnogo porodica. Svaka superporodica ima katalitsku trijadu ili dijadu u različitim proteinskim naborima i tako ukazuju na konvergentnu evoluciju katalitskog mehanizma.

Za proteinske natporodice, P = natporodica sadrži mješavinu nukleofila familija klase, C = natporodica čistih cisteinskih proteazna. U svakoj natporodici, proteinske porodice su označene karakterističnim nukleofilom (C = cistein proteaze).

Porodica cistein proteaza

Natporodica Porodica Primjeri
CA C1, C2, C6, C10, C12, C16, C19, C28, C31, C32, C33, C39, C47, C51, C54, C58, C64,

C65, C66, C67, C70, C71, C76, C78, C83, C85, C86, C87, C93, C96, C98, C101

Papain (Carica papaya),[7] bromelain (Ananas comosus), katepsin K (metilj)[8] i kalpain (Homo sapiens)[9]
CD C11, C13, C14, C25, C50, C80, C84 Kaspaza-1 (Rattus norvegicus) i separaza (Saccharomyces cerevisiae)
CE C5, C48, C55, C57, C63, C79 Adenain (ljudski adenovirus tip 2)
CF C15 Piroglutamil-peptidaza I (Bacillus amyloliquefaciens)
CL C60, C82 Sortaza A (Staphylococcus aureus)
CM C18 Hepatitis C virus peptidaza 2 (Hepatitis C virus)
CN C9 Sindbis virus-tipe nsP2 peptidaza (sindbis virus)
CO C40 Dipeptidil-peptidaza VI (Lysinibacillus sphaericus Arhivirano 17. 9. 2020. na Wayback Machine)
CP C97 DeSI-1 peptidaza (Mus musculus)
PA C3, C4, C24, C30, C37, C62, C74, C99 TEV proteaza (Etch virus duhana)
PB C44, C45, C59, C69, C89, C95 Prekursor amidofosforibosiltransferaze (Homo sapiens)
PC C26, C56 Gama-glutamil hidrolaza (Rattus norvegicus)
PD C46 Ježni rotein (Drosophila melanogaster)
PE P1 DmpA aminopeptidaza (Ochrobactrum anthropi)
Neoznačeni C7, C8, C21, C23, C27, C36, C42, C53, C75

Katalitski mehanizam uredi

 
Reakcijski mehanizam cijepanja peptidne veze posredovan cistein proteazom.

Prvi korak u reakcijskom mehanizmu kojim cisteinske proteaze kataliziraju hidrolizu peptidnih veza je deprotonacija tiola na aktivnom mjestu enzima, pomoću susjedne aminokiseline s baznim bočnim lancem, obično ostatkom histidina. Sljedeći korak je nukleofilni napad deprotoniranog cisteina anionskog sumpora na supstratu karbonilnog ugljika. U ovom koraku, fragment supstrata se oslobađa s aminskim krajem, a histidinski ostatak u proteazi vraća se u svoj deprotonirani oblik, a tioesternom međuvezom formira se novi karboksi-terminal supstrata za cisteinski tiol. Stoga se ponekad nazivaju i tiol-proteazama. tioesterska veza se zatim hidrolizira, kako bi se stvorio karboksilnokiselinski dio na preostalom fragmentu supstrata, dok se regenerira slobodni enzim.

Biološki značaj uredi

Cisteinske proteaze imaju višestruke uloge, gotovo u svakom aspektu fiziologije i razvoja. U biljkama su važni u rastu i razvoju te u akumulaciji i mobilizaciji skladišnih proteina, kao što su i sjemenkama. Osim toga, uključene su u signalni put i u odgovoru na biotske i abiotske stresove.[10] U ljudi i ostalih životinja, odgovorne su za starenje i apoptoze (programirana ćelijska smrt), MHC klase II imunski odgovor, prohormonsko procesuiranje i remodeliranje vanćelijskog matriksa važnog za razvoj kosti. Sposobnost makrofagnih i drugih ćelija da mobiliziraju elastolitske cisteinske proteaze na svoje površine u specijaliziranim uvjetima također može dovesti do ubrzane degradacije kolagena i elastina na mjestima upale u bolesti, kao što su ateroskleroza i emfizem.[11] Nekoliko virusa (kao što su polio i hepatitis C) eksprimiraju svoj cijeli genom kao jedan masivni poliprotein i koriste proteazu da ga cijepaju u funkcionalne jedinice ( naprimjer, proteaza virusa jetkanja duhana).

Regulacija uredi

Proteaze se obično sintetiziraju kao veliki prekursorski proteini zvani zimogeni, kao što su serinskoproteazni prekursori tripsinogen i himotripsinogen, te asparaginskoproteazni prekursor pepsinogen. Proteaza se aktivira uklanjanjem inhibitornog segmenta ili proteina. Aktivacija se događa nakon što se proteaza dostavi u određeni unutarćelijski odjeljak (naprimjer lizosom) ili vanćelijsku okolinu (naprimjer želudac). Ovaj sistem sprječava da se ošteti ćelija koja proizvodi proteazu.

Proteazni inhibitori obično su proteini sa domenima koji ulaze u ili blokiraju aktivno mjesto proteaza, kako bi spriječili pristup supstratu. U kompetitivnoj inhibiciji, inhibitor se veže na aktivno mjesto, čime se sprječava interakcija enzima i supstrata. U nekompetitivnoj inhibiciji, inhibitor se veže na alosterno mjesto, što mijenja aktivno mjesto i čini ga nedostupnim supstratu.

Primjeri inhibitora proteaze uključuju:

Upotreba uredi

Potencijalni lijekovi uredi

Još ne postoji široka upotreba cisteinskih proteaza kao odobrenih i učinkovitih anthelmintika, ali istraživanje ove teme je polje koje obećava. Utvrđeno je da biljne cisteinske proteaze izolirane iz ovih biljaka imaju visoke proteolitske aktivnosti za koje se zna da probavljaju nematodne kutikule, uz vrlo nisku toksičnost.[12] Zabilježeni su uspješni rezultati protiv nematoda kao što su Heligmosomoides bakeri, Trichinella spiralis, Nippostrongylus brasiliensis, Trichuris muris i Ancylostoma ceylanicum; trakavica Rodentolepis microstoma i svinjski akantocefalni parazit Macracanthorynchus hirundinaceus.[13] Korisno svojstvo cisteinskih proteaza je otpornost na kiselu probavu, što omogućuje oralno davanje. Oni pružaju alternativni mehanizam djelovanja postojećim antelminticima i smatra se da je razvoj rezistencije malo vjerojatan jer bi zahtijevao potpunu promjenu strukture helmintskih kutikula.

U nekoliko lijekova tradicionalne medicine, plodovi ili lateks papaje, ananasa i smokve naširoko se koriste za liječenje infekcija crijevnih glista i kod ljudi i kod stoke .

Ostalo uredi

Cisteinske proteaze koriste se kao aditivi za stoku za poboljšanje probavljivosti proteina i aminokiselina.[14]

Također pogledajte uredi

Reference uredi

  1. ^ Domsalla A, Melzig MF (juni 2008). "Occurrence and properties of proteases in plant latices". Planta Med. 74 (7): 699–711. doi:10.1055/s-2008-1074530. PMID 18496785.
  2. ^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
  3. ^ Ibrulj S., Haverić S., Haverić A. (2008): Citogenetičke metode – Primjena u medicini . Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo,ISBN 978-9958-9344-5-2.
  4. ^ Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-3-4.
  5. ^ Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 1, Svjetlost, Sarajevo
  6. ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
  7. ^ Mitchel, R. E.; Chaiken, I. M.; Smith, E. L. (1970). "The complete amino acid sequence of papain. Additions and corrections". The Journal of Biological Chemistry. 245 (14): 3485–92. PMID 5470818.
  8. ^ Sierocka, I; Kozlowski, L. P.; Bujnicki, J. M.; Jarmolowski, A; Szweykowska-Kulinska, Z (2014). "Female-specific gene expression in dioecious liverwort Pellia endiviifolia is developmentally regulated and connected to archegonia production". BMC Plant Biology. 14: 168. doi:10.1186/1471-2229-14-168. PMC 4074843. PMID 24939387.
  9. ^ Sorimachi, H; Ohmi, S; Emori, Y; Kawasaki, H; Saido, T. C.; Ohno, S; Minami, Y; Suzuki, K (1990). "A novel member of the calcium-dependent cysteine protease family". Biological chemistry Hoppe-Seyler. 371 Suppl: 171–6. PMID 2400579.
  10. ^ Grudkowska M, Zagdańska B (2004). "Multifunctional role of plant cysteine proteinases". Acta Biochimica Polonica. 51 (3): 609–24. doi:10.18388/abp.2004_3547. PMID 15448724.
  11. ^ Chapman HA, Riese RJ, Shi GP (1997). "Emerging roles for cysteine proteases in human biology". Annual Review of Physiology. 59: 63–88. doi:10.1146/annurev.physiol.59.1.63. PMID 9074757.
  12. ^ Stepek G, Behnke JM, Buttle DJ, Duce IR (juli 2004). "Natural plant cysteine proteinases as anthelmintics?". Trends in Parasitology. 20 (7): 322–7. doi:10.1016/j.pt.2004.05.003. PMID 15193563.
  13. ^ Behnke JM, Buttle DJ, Stepek G, Lowe A, Duce IR (septembar 2008). "Developing novel anthelmintics from plant cysteine proteinases". Parasites & Vectors. 1 (1): 29. doi:10.1186/1756-3305-1-29. PMC 2559997. PMID 18761736.
  14. ^ O'Keefe, Terrence (6. 4. 2012). "Protease enzymes improve amino acid digestibility". Wattagnet. Pristupljeno 6. 1. 2018.

Vanjski linkovi uredi