Цистеиновая протеаза
| Цистеинпептидаза, клан CA | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Пептидаза_C1 | ||||||||
| Пфам | ПФ00112 | ||||||||
| Клан ПФАМ | CL0125 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR000668 | ||||||||
| УМНЫЙ | SM00645 | ||||||||
| ПРОСИТ | PDOC00126 | ||||||||
| МЕРОПС | С1 | ||||||||
| СКОП2 | 1aec / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| суперсемейство OPM | 355 | ||||||||
| белок ОПМ | 1м6д | ||||||||
| |||||||||
Цистеиновые протеазы , также известные как тиоловые протеазы , являются гидролазными ферментами , которые расщепляют белки . Эти протеазы имеют общий каталитический механизм , который включает нуклеофильный цистеиновый тиол в каталитической триаде или диаде. [1]
Открытая Гопалом Чандером Роем в 1873 году, первая цистеиновая протеаза, которая была выделена и охарактеризована, была папаином , полученным из Carica papaya . [1] Цистеиновые протеазы обычно встречаются во фруктах, включая папайю , ананас , инжир и киви . Доля протеазы, как правило, выше, когда фрукт незрелый. Фактически, известно, что латекс десятков различных семейств растений содержит цистеиновые протеазы. [2] Цистеиновые протеазы используются в качестве ингредиента в размягчителях мяса.
Классификация
Система классификации протеаз MEROPS насчитывает 14 суперсемейств плюс несколько в настоящее время нераспределенных семейств (по состоянию на 2013 год), каждое из которых содержит много семейств . Каждое суперсемейство использует каталитическую триаду или диаду в другой белковой складке и, таким образом, представляет собой конвергентную эволюцию каталитического механизма .
Для суперсемейств P обозначает суперсемейство, содержащее смесь семейств классов нуклеофилов , а C обозначает чисто цистеиновые протеазы. суперсемейство. Внутри каждого суперсемейства семейства обозначаются их каталитическим нуклеофилом (C обозначает цистеиновые протеазы).
Семейства цистеиновых протеаз Суперсемейство Семьи Примеры КА С1, С2, С6, С10, С12, С16, С19, С28, С31, С32, С33, С39, С47, С51, С54, С58, С64, С65, С66, С67, С70, С71, С76, С78, С83, С85, С86, С87, С93, С96, С98, С101
Папаин ( Carica papaya ), [3] бромелайн ( Ananas comosus ), катепсин К ( печеночник ) [4] и кальпаин ( Homo sapiens ) [5] компакт-диск С11, С13, С14, С25, С50, С80, С84 Каспаза 1 ( Rattus norvegicus ) и сепараза ( Saccharomyces cerevisiae ) СЕ С5, С48, С55, С57, С63, С79 Аденаин (человеческий аденовирус типа 2) CF С15 Пироглутамилпептидаза I ( Bacillus amyloliquefaciens ) КЛ С60, С82 Сортаза А ( золотистый стафилококк ) СМ С18 Пептидаза 2 вируса гепатита С ( вирус гепатита С ) КН С9 Пептидаза nsP2 вируса Синдбис ( вирус Синдбис ) КО С40 Дипептидилпептидаза VI ( Lysinibacillus sphaericus ) КП С97 Пептидаза DeSI-1 ( мышечная мышца ) ПА С3 , С4 , С24, С30 , С37, С62, С74, С99 Протеаза TEV ( вирус травления табака ) ПБ С44, С45, С59, С69, С89, С95 Предшественник амидофосфорибозилтрансферазы ( Homo sapiens ) ПК С26, С56 Гамма-глутамилгидролаза ( Rattus norvegicus ) ПД С46 Белок ежа ( Drosophila melanogaster ) ЧП П1 DmpA-аминопептидаза ( Brucella anthropi ) неназначенный С7, С8, С21, С23, С27, С36, С42, С53, С75
Каталитический механизм
Первым шагом в механизме реакции, посредством которого цистеиновые протеазы катализируют гидролиз пептидных связей, является депротонирование тиола в активном центре фермента соседней аминокислотой с основной боковой цепью , обычно остатком гистидина . Следующим шагом является нуклеофильная атака анионной серы депротонированного цистеина на карбонильный углерод субстрата . На этом этапе фрагмент субстрата высвобождается с аминным концом, остаток гистидина в протеазе восстанавливается до своей депротонированной формы, и образуется тиоэфирный интермедиат, связывающий новый карбокси-конец субстрата с цистеиновым тиолом . Поэтому их также иногда называют тиоловыми протеазами. Тиоэфирная связь впоследствии гидролизуется с образованием карбоксильной кислотной группы на оставшемся фрагменте субстрата, при этом восстанавливая свободный фермент. [6]
Биологическое значение
Цистеиновые протеазы играют многогранную роль, практически в каждом аспекте физиологии и развития. В растениях они важны для роста и развития, а также для накопления и мобилизации запасных белков, таких как семена. Кроме того, они участвуют в сигнальных путях и в ответе на биотические и абиотические стрессы. [7] У людей и других животных они отвечают за старение и апоптоз (запрограммированную гибель клеток), иммунные реакции MHC класса II , обработку прогормонов и ремоделирование внеклеточного матрикса , важные для развития костей. Способность макрофагов и других клеток мобилизовать эластолитические цистеиновые протеазы на свои поверхности в особых условиях может также приводить к ускоренной деградации коллагена и эластина в местах воспаления при таких заболеваниях , как атеросклероз и эмфизема . [8] Некоторые вирусы (например, полиомиелит и гепатит С ) экспрессируют весь свой геном в виде одного массивного полипротеина и используют протеазу для расщепления его на функциональные единицы (например, протеаза вируса табачной гравировки ).
Регулирование
Активность цистеиновых протеаз регулируется несколькими общими механизмами, которые включают в себя продукцию зимогенов , селективную экспрессию, изменение pH, клеточную компартментализацию и регуляцию их ферментативной активности эндогенными ингибиторами , что, по-видимому, является наиболее эффективным механизмом, связанным с регуляцией активности цистеиновых протеаз. [6]
Протеазы обычно синтезируются в виде крупных белков-предшественников, называемых зимогенами , например, предшественники сериновой протеазы трипсиноген и химотрипсиноген , а также предшественник аспарагиновой протеазы пепсиноген . Протеаза активируется путем удаления ингибирующего сегмента или белка. Активация происходит, когда протеаза попадает в определенное внутриклеточное пространство (например, лизосому ) или внеклеточную среду (например, желудок ). Эта система предотвращает повреждение клетки , которая производит протеазу.
Ингибиторы протеазы обычно представляют собой белки с доменами , которые входят в активный сайт протеазы или блокируют его , чтобы предотвратить доступ субстрата . При конкурентном ингибировании ингибитор связывается с активным сайтом, тем самым предотвращая взаимодействие фермента и субстрата. При неконкурентном ингибировании ингибитор связывается с аллостерическим сайтом , что изменяет активный сайт и делает его недоступным для субстрата.
Примеры ингибиторов протеазы включают:
Использует
Потенциальные фармацевтические препараты
В настоящее время цистеиновые протеазы не получили широкого распространения в качестве одобренных и эффективных антигельминтных средств, но исследования в этой области являются многообещающей областью исследований. Было обнаружено, что растительные цистеиновые протеазы, выделенные из этих растений, обладают высокой протеолитической активностью , которая, как известно, переваривает кутикулы нематод , с очень низкой токсичностью. [9] Успешные результаты были зарегистрированы против нематод, таких как Heligmosomoides bakeri , Trichinella spiralis , Nippostrongylus brasiliensis , Trichuris muris и Ancylostoma ceylanicum ; ленточного червя Rodentolepis microstoma и паразита свиного скребня Macracanthorhynchus hirundinaceus . [10] Полезным свойством цистеиновых протеаз является устойчивость к кислотному пищеварению, что позволяет применять их перорально . Они обеспечивают альтернативный механизм действия по сравнению с существующими антигельминтными средствами, и считается, что развитие резистентности маловероятно, поскольку для этого потребовалось бы полное изменение структуры кутикулы гельминта .
В ряде традиционных лекарственных средств плоды или латекс папайи, ананаса и инжира широко используются для лечения кишечных глистов как у людей, так и у скота .
Другой
Цистеиновые протеазы используются в качестве кормовых добавок для скота для улучшения усвояемости белков и аминокислот. [11]
Смотрите также
- Протеаза
- Фермент
- Протеолиз
- Каталитическая триада
- Конвергентная эволюция
- клан ПА
- Карта протеолиза
- Ингибитор протеазы (фармакология)
- Ингибитор протеазы (биология)
- TopFIND – база данных специфичности протеаз, субстратов, продуктов и ингибиторов
- MEROPS – база данных эволюционных групп протеаз
Ссылки
- ^ ab Рават, Аадиш; Рой, Мриналини; Джоти, Анупам; Каушик, Санкет; Верма, Кулдип; Шривастава, Виджай Кумар (август 2021 г.). «Цистеиновые протеазы: борьба с патогенными паразитическими простейшими с помощью вездесущих ферментов». Микробиологические исследования . 249 : 126784. doi : 10.1016/j.micres.2021.126784 . ISSN 1618-0623. PMID 33989978. S2CID 234597200.
- ^ Домсалла А., Мельциг М.Ф. (июнь 2008 г.). «Распространение и свойства протеаз в растительных латексах». Planta Medica . 74 (7): 699–711 . doi : 10.1055/s-2008-1074530 . PMID 18496785.
- ^ Mitchel RE, Chaiken IM, Smith EL (июль 1970). «Полная аминокислотная последовательность папаина. Дополнения и исправления». Журнал биологической химии . 245 (14): 3485–92 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)62954-0 . PMID 5470818.
- ^ Sierocka I, Kozlowski LP, Bujnicki JM, Jarmolowski A, Szweykowska-Kulinska Z (июнь 2014 г.). «Экспрессия генов, специфичных для самок, в двудомном печеночнике Pellia endiviifolia регулируется развитием и связана с производством архегониев». BMC Plant Biology . 14 : 168. doi : 10.1186/1471-2229-14-168 . PMC 4074843 . PMID 24939387.
- ^ Sorimachi H, Ohmi S, Emori Y, Kawasaki H, Saido TC, Ohno S и др. (май 1990 г.). «Новый представитель семейства кальций-зависимых цистеиновых протеаз». Biological Chemistry Hoppe-Seyler . 371 Suppl: 171– 6. PMID 2400579.
- ^ аб Рой, Мриналини; Рават, Аадиш; Кошик, Санкет; Джйоти, Анупам; Шривастава, Виджай Кумар (май 2022 г.). «Эндогенные ингибиторы цистеиновой протеазы у наиболее патогенных паразитических простейших». Микробиологические исследования . 261 : 127061. doi : 10.1016/j.micres.2022.127061 . PMID 35605309. S2CID 248741177.
- ^ Грудковская М, Загданьская Б (2004). «Многофункциональная роль растительных цистеиновых протеиназ». Acta Biochimica Polonica . 51 (3): 609–24 . doi : 10.18388/abp.2004_3547 . PMID 15448724.
- ^ Chapman HA, Riese RJ, Shi GP (1997). «Новые роли цистеиновых протеаз в биологии человека». Annual Review of Physiology . 59 : 63–88 . doi :10.1146/annurev.physiol.59.1.63. PMID 9074757.
- ^ Stepek G, Behnke JM, Buttle DJ, Duce IR (июль 2004 г.). «Натуральные растительные цистеиновые протеиназы как антигельминтики?». Trends in Parasitology . 20 (7): 322– 7. doi :10.1016/j.pt.2004.05.003. PMID 15193563.
- ^ Behnke JM, Buttle DJ, Stepek G, Lowe A, Duce IR (сентябрь 2008 г.). «Разработка новых антигельминтиков из растительных цистеиновых протеиназ». Parasites & Vectors . 1 (1): 29. doi : 10.1186/1756-3305-1-29 . PMC 2559997. PMID 18761736 .
- ^ О'Киф, Терренс (6 апреля 2012 г.). «Протеазные ферменты улучшают усвояемость аминокислот». Wattagnet . Получено 6 января 2018 г.
Внешние ссылки
- Онлайн -база данных MEROPS для пептидаз и их ингибиторов: Цистеиновые пептидазы. Архивировано 04.04.2017 на Wayback Machine.
- Цистеин+эндопептидазы в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
