Proteaza

Proteaze – poznate i kao peptidaze ili proteinaze – svi su oni enzimi koji kataliziraju proteolizu, to jest, kataboliziraju razgradnju proteina, hidrolizom peptidnih veza koje povezuju aminokiseline u polipeptidnom lancu.

Struktura TEV proteaze u kompleksu sa njenim peptidnim supstratom (crno) i katalitskim ostacima (crveno)

Proteaze karakterizira konvergentna evolucija, pa njihove različite klase mogu obavljati istu reakciju, uz potpuno drugačiji katalitski mehanizam. Proteaze imaju životinje , biljke, bakterije, archaea i virusi.^[1][2][3]

Funkcija i mehanizam djelovanja

Poređenje dva mehanizma katalize u proteolizi. Enzim je prikazan crno, proteinski supstrat crveno, a voda plavo.
Gornji dio prikazuje 1-stepenu hidrolizu gdje je enzim uzima kiselinu sa polarizirane vode, koja zatim hidrolizira supstrat.
Donji dio prikazuje 2-stepenu hidrolizu, gdje je ostatak unutar enzima aktiviran da djeluje kao nukleofil (Nu) i napada supstrat.
Formira se međuprodukt, gdje je enzim kovalentno vezan za polovinu supstratnog N-terminala.
U drugom koraku, voda je aktivirana za hidrolizu ovog međuprodukta i kompletiranje katalize.
Drugi enzimski ostatak (nije prikazan) donira i prima vodike i elektrostatski stabilizira naboj strukture, duž reakcijskog mehanizma

Proteaza su uključene u razgradnju dugih proteinskih lanaca u kraće fragmente, razdvajanjem peptidnih veza u lancu aminokiselinskih ostataka. Neki odvajaju terminalne aminokiseline iz lanca proteina (egzopeptidaze, kao što su aminopeptidaza i karboksipeptidaza); drugi napadaju unutrašnje peptidne veze proteina (endopeptidaze, kao što su tripsinska, himotripsinska, pepsinska, papainska, elastaza).

Klasifikacija

Katalitski ostaci

Proteaze se mogu naučno svrstati u sedam skupina:

• Serin-proteaza - pomoću serin alkohola
• Cistein-proteaza - koristeći cistein tiol
• Aspartat-proteaza - pomoću aspartata karboksila
• Treonin-proteaza - koristeći treonin sekundarni alkohol
• Glutaminska kiselina-proteaza - koristeći glutamat karboksile
• Metalo- - pomoću metala, obično cinka
• Asparagin peptid-lijaza - uključuje asparagin, ali su drugačija vrsta proteolitičkih enzima od onih iznad.

Proteaze su prvobitno grupiran u 84 porodica, u skladu sa svojim evolucijskim odnosima, a u 1993. su svrstane u četiri katalitska tipa:

• serinski,
• cisteinski, te
• aspartamske, i
• metaloproteaze.

Treoninske i proteaza glutaminske kiseline nisu opisane sve do 1995., odnosno 2004. godine. Mehanizam koji se koristi za razlaganje peptidne veze uključuje gradnju ostataka aminokiselina koje imaju cistein i treonin (proteaza) ili molekulu vode (aspartamska kiselina, metalo- i proteaza glutaminske kiseline) nukleofile, tako da može napasti peptidnu karboksilnnu grupu. Jedan od načina za nukleofil je putem katalitičke trijade, gdje se za aktiviranje serina, cisteina, ili treonina kao nukleofila koristi histidinski ostatak. Ovo nije evolucijska skupina, ali je, kao vrsta nukleofila imala konvergentnu evoluciju, u proteinskom natporodicama različitih grupa organizama. Neke superfamilije pokazuju različite evoluciju na više različitih nukleofila.^[4]

Sedmi katalitičke tip proteolitskih enzima, asparaginska peptid lijaza, opisana je u 2011. To je, međutim, neobičan enzim koji se ne ponaša kao ostale proteaze, jer ne koristi hidrolizu za prekidanje veza, a umjesto asparaginskih formira ciklične hemijske strukture koje same po sebi, u odgovarajućim uvjetima, djeluju na asparaginske ostatake u proteinima. To je proteolitički enzim, ali spada u njihovu drugu klasu enzima, pa uključivanje u peptidaze može biti sporno.^[5]

Evolucijske veze

Podaci o evolucijskoj klasifikaciji proteaza za proteinske natporodice nalaze se u MEROPS bazi podataka. U njoj su prvo svrstane po 'klanovima' (natporodicama) zasnovanim na strukturi, mehanizmu djelovanja i redu katalitskog ostatka (npr. u PA klanu, gdje P ukazuje na mješavinu nukleofilne porodice). Unutar svakog 'klana', proteaza se svrstavaju u porodice na osnovu sekvence sličnosti (npr S1 i C3 obitelji u PA klan). Svaka porodica može sadržavati više stotina srodnih proteaza (npr. tripsina, elastaza, trombin i streptogrisin, unutar porodice S1).

Trenutno su poznati više od 50 klanova, a svaki ukazuje nezavisno evolucijsko porijeklo proteolize.

Također pogledajte

• Enzim
• Katalizator
• Protein

Reference

1. Hall J. E., Guyton A. C. (2006): Textbook of medical physiology, 11th edition. Elsevier Saunders, St. Louis, Mo, ISBN 0-7216-0240-1.
2. Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
3. 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.
4. http://jb.oxfordjournals.org/content/151/1/13.long, New families of carboxyl peptidases: serine-carboxyl peptidases and glutamic peptidases.
5. http://www.jbc.org/content/286/44/38321.full?sid=04913b93-98b7-434f-ae4a-e135a36e4061, Asparagine peptide lyases: a seventh catalytic type of proteolytic enzymes.