Цистеиновая протеаза
| Цистеинпептидаза, клан CA | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Пептидаза_C1 | ||
| Пфам | PF00112 | ||
| Пфам Клан | CL0125 | ||
| ИнтерПро | ИПР000668 | ||
| УМНЫЙ | SM00645 | ||
| PROSITE | PDOC00126 | ||
| МЕРОПС | С1 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1aec / SCOPe / СУПФАМ | ||
| Суперсемейство OPM | 355 | ||
| белок OPM | 1м6д | ||
| |||
Цистеиновые протеазы , также известные как тиоловые протеазы , представляют собой -гидролазы ферменты , которые расщепляют белки . Эти протеазы имеют общий каталитический механизм который включает нуклеофильный цистеинтиол , в каталитической триаде или диаде. [1]
Первой выделенной и охарактеризованной цистеиновой протеазой, открытой Гопалом Чандер Роем в 1873 году, был папаин , полученный из папайи Carica . [1] Цистеиновые протеазы обычно встречаются во фруктах , включая папайю , ананас , инжир и киви . Доля протеазы имеет тенденцию быть выше, когда плоды незрелые. Фактически, известно, что латекс десятков различных семейств растений содержит цистеиновые протеазы. [2] Цистеиновые протеазы используются в качестве ингредиента в размягчителях мяса.
Классификация
[ редактировать ]Система классификации протеаз MEROPS насчитывает 14 суперсемейств плюс несколько неназначенных в настоящее время семейств (по состоянию на 2013 год), каждое из которых содержит множество семейств . Каждое суперсемейство использует каталитическую триаду или диаду в разных белковых складках и, таким образом, представляет собой конвергентную эволюцию каталитического механизма .
Для суперсемейств P указывает на суперсемейство, содержащее смесь семейств классов нуклеофилов , а C указывает на чисто цистеиновые протеазы. суперсемья. Внутри каждого суперсемейства семейства обозначаются каталитическим нуклеофилом (C обозначает цистеиновые протеазы).
Каталитический механизм
[ редактировать ]
Первым этапом механизма реакции, с помощью которой цистеиновые протеазы катализируют гидролиз пептидных связей, является депротонирование соседней аминокислотой с основной тиола в активном центре фермента боковой цепью , обычно остатком гистидина . Следующим шагом является нуклеофильная атака депротонированного цистеина анионной серы на субстрата карбонильный углерод . На этом этапе высвобождается фрагмент субстрата с аминным концом, остаток гистидина в протеазе восстанавливается до его депротонированной формы и тиоэфирное промежуточное соединение, связывающее новый карбокси-конец субстрата с цистеинтиолом . образуется Поэтому их также иногда называют тиолпротеазами. Тиоэфирная на оставшемся фрагменте связь впоследствии гидролизуется с образованием фрагмента карбоновой кислоты субстрата, одновременно регенерируя свободный фермент. [6]
Биологическое значение
[ редактировать ]Цистеиновые протеазы играют многогранную роль практически во всех аспектах физиологии и развития. У растений они важны для роста и развития, а также для накопления и мобилизации запасных белков, например, в семенах. Кроме того, они участвуют в сигнальных путях и в реакции на биотические и абиотические стрессы. [7] У людей и других животных они ответственны за старение и апоптоз (запрограммированную гибель клеток), иммунные реакции MHC класса II , обработку прогормонов и ремоделирование внеклеточного матрикса , важное 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 (такие как полиомиелит и гепатит С ) выражают весь свой геном в виде одного массивного полипротеина и используют протеазу для расщепления его на функциональные единицы (например, протеаза вируса травления табака ).
Регулирование
[ редактировать ]Активность цистеиновых протеаз регулируется несколькими общими механизмами, которые включают продукцию зимогенов , селективную экспрессию, модификацию 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 , таких как сериновых протеаз предшественники трипсиноген и химотрипсиноген и аспарагиновой протеазы предшественник пепсиноген . Протеаза активируется путем удаления ингибирующего сегмента или белка. Активация происходит, когда протеаза доставляется в определенный внутриклеточный компартмент (например, лизосому ) или внеклеточную среду (например, желудок ). Эта система предотвращает клетки повреждение , вырабатывающей протеазу.
протеазы Ингибиторы обычно представляют собой белки с доменами протеазы или блокируют его, , которые проникают в активный центр чтобы предотвратить доступ субстрата . При конкурентном ингибировании ингибитор связывается с активным центром, тем самым предотвращая взаимодействие фермента и субстрата. При неконкурентном ингибировании ингибитор связывается с аллостерическим сайтом , что изменяет активный центр и делает его недоступным для субстрата.
Примеры ингибиторов протеазы включают:
Использование
[ редактировать ]Потенциальные фармацевтические препараты
[ редактировать ]В настоящее время не существует широкого применения цистеиновых протеаз в качестве одобренных и эффективных антигельминтных средств, но исследования по этому вопросу являются многообещающей областью исследований. Было обнаружено, что растительные цистеиновые протеазы, выделенные из этих растений, обладают высокой протеолитической активностью , которая, как известно, переваривает нематод кутикулы , с очень низкой токсичностью. [9] Сообщалось об успешных результатах против таких нематод, как Heligmosomoides Bakeri , Trichinellaspiralis , Nippostrongylus brasiliensis , Trichuris muris и Ancylostoma ceylanicum ; червь ленточный Rodentolepis и свиной Macracanthorhynchus паразит microstoma hirundinaceus . [10] Полезным свойством цистеиновых протеаз является устойчивость к кислотному расщеплению, что позволяет осуществлять их пероральный прием . Они представляют собой альтернативный механизм действия современным антигельминтикам, и развитие резистентности считается маловероятным, поскольку это потребует полного изменения структуры кутикулы гельминта .
В ряде традиционных лекарств плоды или латекс папайи, ананаса и инжира широко используются для лечения кишечных глистных инфекций как у людей, так и у домашнего скота .
Другой
[ редактировать ]Цистеиновые протеазы используются в качестве кормовых добавок для скота для улучшения переваримости белков и аминокислот. [11]
См. также
[ редактировать ]- 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
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Рават, Аадиш; Рой, Мриналини; Джьоти, Анупам; Кошик, Санкет; Верма, Калдип; 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 . ПМИД 33989978 . S2CID 234597200 .
- ^ Домсалла А, Мельциг МФ (июнь 2008 г.). «Присутствие и свойства протеаз в растительных латексах» . Планта Медика . 74 (7): 699–711. дои : 10.1055/s-2008-1074530 . ПМИД 18496785 .
- ^ Митчел Р.Э., Чайкен И.М., Смит Э.Л. (июль 1970 г.). «Полная аминокислотная последовательность папаина. Дополнения и исправления» . Журнал биологической химии . 245 (14): 3485–92. дои : 10.1016/S0021-9258(18)62954-0 . ПМИД 5470818 .
- ^ Сероцка И., Козловский Л.П., Буйницкий Ю.М., Ярмоловский А., Швейковска-Кулинска З. (июнь 2014 г.). «Экспрессия женских генов у двудомного печеночника Pellia endiviifolia регулируется на этапе развития и связана с производством архегониев» . Биология растений BMC . 14 :168. дои : 10.1186/1471-2229-14-168 . ПМК 4074843 . ПМИД 24939387 .
- ^ Соримачи Х., Оми С., Эмори Ю., Кавасаки Х., Сайдо Т.С., Оно С. и др. (май 1990 г.). «Новый член семейства кальций-зависимых цистеиновых протеаз». Биологическая химия Хоппе-Сейлера . 371 Приложение: 171–6. ПМИД 2400579 .
- ^ Jump up to: а б 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 . ПМИД 35605309 . S2CID 248741177 .
- ^ Грудковска М, Загданьска Б (2004). «Мультифункциональная роль растительных цистеиновых протеиназ» . Акта Биохимика Полоника . 51 (3): 609–24. дои : 10.18388/abp.2004_3547 . ПМИД 15448724 .
- ^ Чепмен Х.А., Ризе Р.Дж., Ши Г.П. (1997). «Новая роль цистеиновых протеаз в биологии человека». Ежегодный обзор физиологии . 59 : 63–88. doi : 10.1146/annurev.physiol.59.1.63 . ПМИД 9074757 .
- ^ Степек Г., Бенке Дж. М., Баттл DJ, Дуче И. Р. (июль 2004 г.). «Природные растительные цистеиновые протеиназы как антигельминтные средства?». Тенденции в паразитологии . 20 (7): 322–7. дои : 10.1016/j.pt.2004.05.003 . ПМИД 15193563 .
- ^ Бенке Дж. М., Баттл DJ, Степек Г., Лоу А., Дуче И. Р. (сентябрь 2008 г.). «Разработка новых антигельминтных средств на основе цистеиновых протеиназ растений» . Паразиты и переносчики . 1 (1): 29. дои : 10.1186/1756-3305-1-29 . ПМК 2559997 . ПМИД 18761736 .
- ^ О'Киф, Терренс (6 апреля 2012 г.). «Ферменты-протеазы улучшают усвояемость аминокислот» . Ваттагнет . Проверено 6 января 2018 года .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- по Онлайн -база данных MEROPS пептидазам и их ингибиторам: цистеиновые пептидазы . Архивировано 4 апреля 2017 г. на Wayback Machine.
- Цистеин + эндопептидазы Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
