Ključna razlika med aspartilcisteinskimi in serinskimi proteazami so njihove funkcionalne skupine, ki delujejo kot katalitični ostanki. Funkcionalna skupina, ki deluje kot katalitični ostanki aspartil proteaze, je skupina karboksilne kisline, medtem ko pri cistein proteazi tiolna ali sulfhidrilna skupina deluje kot funkcionalna skupina pri katalitskem ostanku, pri serinski proteazi pa deluje hidroksilna skupina ali alkohol. kot funkcionalna skupina pri katalitskem ostanku.
Proteaze so encimi, ki katalizirajo proteolizo, to je razgradnjo beljakovin v manjše polipeptide ali aminokisline. Ta proces poteka s cepitvijo peptidnih vezi znotraj beljakovin s postopkom hidrolize. Proteaze so vključene v številne biološke funkcije, kot so prebava zaužitih beljakovin, katabolizem beljakovin in celično signaliziranje. Proteaze so prisotne v vseh oblikah življenja. Aspartil, cistein in serin so tri pomembne proteaze, ki igrajo ključno vlogo v živih organizmih.
Kaj so aspartil proteaze?
Aspartil proteaze so vrsta encimov, ki razgrajujejo beljakovine. Imajo dva visoko ohranjena aspartata v aktivnem mestu in so optimalno aktivni pri kislem pH. Te proteaze cepijo dipeptidne vezi, ki imajo hidrofobne ostanke in beta-metilensko skupino. Katalitski mehanizem aspartil proteaze je kislinsko-bazični mehanizem. To vključuje koordinacijo molekule vode z dvema ostankoma aspartata. En aspartat aktivira molekulo vode z odstranitvijo protona. To omogoča vodi, da izvede nukleofilni napad na karbonilni ogljik substrata. Posledično ustvari tetraedrični oksianionski intermediat, ki je stabiliziran z vodikovimi vezmi z drugim aspartatnim ostankom. Prerazporeditev tega intermediata je odgovorna za cepitev peptida v dva peptidna produkta.
Slika 01: Aspartil proteaza
Obstaja pet superdružin asparaginskih proteaz: Clan AA, ki je družina, Clan AC, ki je družina signalne peptidaze II, Clan AD, ki je družina presenilina, Clan AE, ki je družina endopeptidaz GPR, in Clan AF, ki je družina omptin.
Kaj so cisteinske proteaze?
Cisteinske proteaze so skupina encimov hidrolaz, ki razgrajujejo beljakovine. Prikazujejo katalitični mehanizem, ki vključuje nukleofilni cistein tiol v katalitični triadi ali diadi. Začetni korak v katalitskem mehanizmu cisteinskih proteaz je deprotonacija. Tiolna skupina postane deprotonirana znotraj aktivnega mesta encima s sosednjo aminokislino, kot je histidin, ki ima bazično stransko verigo. Naslednji korak je nukleofilni napad deprotoniranega anionskega žvepla cisteina na substrat. Tu se fragment substrata sprosti z aminom, histidinski ostanek v proteazi pa obnovi svojo deprotonirano obliko. Posledica tega je tvorba tioestrskega intermediata substrata, ki povezuje novi karboksi konec s cistein tiolom. Tioestrska vez hidrolizira, da nastane del karboksilne kisline na preostalem fragmentu substrata.
Slika 02: Cisteinska proteaza
Cisteinske proteaze igrajo več vlog v fiziologiji in razvoju. V rastlinah igrajo pomembno vlogo pri rasti, razvoju, kopičenju in mobilizaciji beljakovin za shranjevanje. Pri ljudeh so pomembni pri staranju in apoptozi, imunskih odzivih, predelavi prohormonov in preoblikovanju zunajceličnega matriksa za razvoj stožca.
Kaj so serinske proteaze?
Serinske proteaze so tudi skupina proteolitičnih encimov, ki cepijo peptidne vezi v beljakovinah. Serin služi kot nukleofilna aminokislina na aktivnem mestu encima. Ti so prisotni tako pri evkariontih kot pri prokariontih. Serinske proteaze so običajno razdeljene v različne kategorije z značilno strukturo, ki je sestavljena iz dveh beta-cevnih domen, ki se zbližujeta na aktivnem katalitskem mestu, in tudi na podlagi njihove substratne specifičnosti. So podobni tripsinu, kimotripsinu, trombinu, elastazi in subtilizinu.
Slika 03: Serinska proteaza
Tripsinu podobne proteaze cepijo peptidne vezi po pozitivno nabiti aminokislini, kot sta lizin ali arginin. Specifični so za negativno nabite ostanke, kot sta asparaginska kislina ali glutaminska kislina. Kimotripsinu podobne proteaze so bolj hidrofobne. Njihova specifičnost je v velikih hidrofobnih ostankih, kot so tirozin, triptofan in fenilalanin. Trombinu podobne proteaze vključujejo trombin, ki je plazminogen, ki aktivira tkivo, in plazmin. Pomagajo pri strjevanju krvi in prebavi ter tudi pri patofiziologiji nevrodegenerativnih motenj. Elastazi podobne proteaze dajejo prednost ostankom, kot so alanin, glicin in valin. Subtilizinu podobne proteaze vključujejo serin v prokariontih. Ima skupen katalitični mehanizem, ki uporablja katalitično triado za ustvarjanje nukleofilnega serina. Regulacija aktivnosti serinske proteaze zahteva začetno aktivacijo proteaze in izločanje inhibitorjev.
Kakšne so podobnosti med aspartilcisteinom in serinskimi proteazami?
- Aspartil, cistein in serinske proteaze katalizirajo razgradnjo beljakovin s cepitvijo peptidnih vezi.
- Mehanizmi so podobni, kjer ostanki aktivnega mesta napadejo peptidne vezi in povzročijo pretrganje.
- Vsi vsebujejo nukleofile.
- Vsi so beljakovine.
Kakšna je razlika med aspartilcisteinskimi in serinskimi proteazami?
Ključna razlika med aspartilcisteinskimi in serinskimi proteazami je odvisna od njihove funkcionalne skupine, ki deluje kot katalitični ostanki. Pri aspartil proteazi skupina karboksilne kisline deluje kot funkcionalna skupina, medtem ko pri cistein proteazi tiolna ali sulfhidrilna skupina deluje kot funkcionalna skupina, pri serin proteazi pa hidroksilna skupina ali alkohol deluje kot funkcionalna skupina.
Aspartil proteaze imajo aspartatno aktivno mesto, medtem ko imajo cisteinske proteaze cisteinsko aktivno mesto. Ostanek aktivnega mesta serinske proteaze je hidroksilna skupina. Tako je to še ena razlika med aspartil cisteinom in serinskimi proteazami. Za razliko od serinskih in cisteinskih proteaz aspartilne proteaze med procesom cepitve ne tvorijo kovalentnega intermediata. Zato pride do proteolize za aspartil proteaze v enem koraku.
Spodnja infografika predstavlja razlike med aspartilcisteinskimi in serinskimi proteazami v obliki tabele za vzporedno primerjavo.
Povzetek – Aspartil cistein proti serinskim proteazam
Proteaze so encimi, ki katalizirajo razgradnjo beljakovin v manjše polipeptide ali aminokisline. Ključna razlika med aspartilcisteinskimi in serinskimi proteazami je funkcionalna skupina, ki deluje kot njihov katalitični ostanek. Skupina karboksilne kisline deluje kot funkcionalna skupina v aspartil proteazi, medtem ko tiolna ali sulfhidrilna skupina deluje kot funkcionalna skupina v cistein proteazi. Hidroksilna skupina ali alkohol deluje kot funkcionalna skupina v serin proteazi.
