Kluczową różnicą między cysteiną aspartylową a proteazami serynowymi są ich grupy funkcyjne, które działają jako reszty katalityczne. Grupą funkcyjną, która działa jako reszty katalityczne proteazy aspartylowej, jest grupa kwasu karboksylowego, podczas gdy w proteazie cysteinowej jako grupa funkcyjna przy reszcie katalitycznej działa grupa tiolowa lub sulfhydrylowa, a w proteazie serynowej działa grupa hydroksylowa lub alkohol jako grupa funkcyjna w reszcie katalitycznej.
Proteazy to enzymy, które katalizują proteolizę, czyli rozpad białek na mniejsze polipeptydy lub aminokwasy. Proces ten odbywa się poprzez rozszczepianie wiązań peptydowych w białkach w procesie hydrolizy. Proteazy biorą udział w wielu funkcjach biologicznych, takich jak trawienie spożywanych białek, katabolizm białek i sygnalizacja komórkowa. Proteazy są obecne we wszystkich formach życia. Aspartyl, cysteina i seryna to trzy ważne proteazy, które odgrywają kluczową rolę w żywych organizmach.
Czym są proteazy aspartylowe?
Proteazy aspartylowe to rodzaj enzymów rozkładających białka. Mają dwa wysoce konserwowane asparaginiany w miejscu aktywnym i są optymalnie aktywne w kwaśnym pH. Te proteazy rozszczepiają wiązania dipeptydowe, które mają reszty hydrofobowe, a także grupę beta-metylenową. Mechanizm katalityczny proteazy aspartylowej jest mechanizmem kwasowo-zasadowym. Wiąże się to z koordynacją cząsteczki wody z dwiema resztami asparaginianowymi. Jeden asparaginian aktywuje cząsteczkę wody usuwając proton. Umożliwia to wodzie wykonanie ataku nukleofilowego na węgiel karbonylowy substratu. W rezultacie generuje tetraedryczny oksyanion pośredni, który jest stabilizowany wiązaniami wodorowymi z drugą resztą asparaginianową. Rearanżacja tego związku pośredniego jest odpowiedzialna za rozszczepienie peptydu na dwa produkty peptydowe.
Rysunek 01: Proteaza aspartylowa
Istnieje pięć superrodzin proteaz asparaginowych: Clan AA, która jest rodziną, Clan AC, która jest rodziną peptydazy sygnałowej II, Clan AD, która jest rodziną prezenilin, Clan AE, która jest rodziną endopeptydaz GPR, i Clan AF, który jest rodziną omptin.
Czym są proteazy cysteinowe?
Proteazy cysteinowe to grupa enzymów hydrolazowych, które rozkładają białka. Wykazują mechanizm katalityczny, który obejmuje nukleofilową tiol cysteinowy w katalitycznej triadzie lub diadzie. Pierwszym etapem katalitycznego mechanizmu proteaz cysteinowych jest deprotonacja. Grupa tiolowa zostaje deprotonowana w miejscu aktywnym enzymu przez sąsiadujący aminokwas, taki jak histydyna, która ma zasadowy łańcuch boczny. Następnym krokiem jest atak nukleofilowy przez zdeprotonowaną anionową siarkę cysteiny na substrat. Tutaj fragment substratu uwalnia się wraz z aminą, a reszta histydynowa w proteazie przywraca jej zdeprotonowaną formę. Powoduje to powstanie tioestrowego związku pośredniego substratu, łączącego nowy koniec karboksylowy z tiolem cysteiny. Wiązanie tioestrowe hydrolizuje, aby wytworzyć ugrupowanie kwasu karboksylowego na pozostałym fragmencie substratu.
Rysunek 02: Proteaza cysteinowa
Proteazy cysteinowe odgrywają wiele ról w fizjologii i rozwoju. W roślinach odgrywają ważną rolę we wzroście, rozwoju, akumulacji i mobilizacji białek zapasowych. U ludzi są one ważne w starzeniu się i apoptozie, odpowiedziach immunologicznych, przetwarzaniu prohormonów i przebudowie macierzy zewnątrzkomórkowej w celu rozwoju czopków.
Czym są proteazy seryny?
Proteazy serynowe to także grupa enzymów proteolitycznych, które rozcinają wiązania peptydowe w białkach. Seryna służy jako aminokwas nukleofilowy w miejscu aktywnym enzymu. Są one obecne zarówno u eukariontów, jak i prokariontów. Proteazy serynowe są zwykle podzielone na różne kategorie przez wyróżniającą się strukturę, która składa się z dwóch domen beta-beczki zbiegających się w aktywnym miejscu katalitycznym, a także w oparciu o ich specyficzność substratową. Są podobne do trypsyny, chymotrypsyny, trombiny, elastazy i subtylizyny.
Rysunek 03: Proteaza serynowa
Trypsynopodobne proteazy rozszczepiają wiązania peptydowe po dodatnio naładowanym aminokwasie, takim jak lizyna lub arginina. Są one specyficzne dla ujemnie naładowanych reszt, takich jak kwas asparaginowy lub kwas glutaminowy. Proteazy podobne do chymotrypsyny są bardziej hydrofobowe. Ich specyficzność polega na dużych resztach hydrofobowych, takich jak tyrozyna, tryptofan i fenyloalanina. Proteazy trombinopodobne obejmują trombinę, która jest plazminogenem aktywującym tkankę, oraz plazminę. Pomagają w krzepnięciu krwi i trawieniu, a także w patofizjologii w chorobach neurodegeneracyjnych. Proteazy podobne do elastazy preferują reszty takie jak alanina, glicyna i walina. Proteazy podobne do subtylizyny obejmują serynę u prokariontów. Posiada mechanizm katalityczny wykorzystujący triadę katalityczną w celu wytworzenia nukleofilowej seryny. Regulacja aktywności proteazy serynowej wymaga początkowej aktywacji proteazy i wydzielania inhibitorów.
Jakie są podobieństwa między aspartylową cysteiną a proteazami serynowymi?
- Proteazy aspartylowe, cysteinowe i serynowe katalizują rozpad białek poprzez rozszczepianie wiązań peptydowych.
- Mechanizmy są podobne, gdy pozostałości miejsca aktywnego atakują wiązania peptydowe powodując ich pęknięcie.
- Wszystkie zawierają nukleofile.
- Wszystkie są białkami.
Jaka jest różnica między aspartylową cysteiną a proteazami serynowymi?
Kluczowa różnica między aspartylo-cysteiną a proteazami serynowymi zależy od ich grupy funkcyjnej, która działa jako reszty katalityczne. W proteazie aspartylowej rolę grupy funkcyjnej pełni kwas karboksylowy, podczas gdy w proteazie cysteinowej rolę grupy funkcyjnej pełni grupa tiolowa lub sulfhydrylowa, a w proteazie serynowej rolę grupy funkcyjnej pełni grupa hydroksylowa lub alkohol.
Proteazy aspartylowe mają miejsce aktywne asparaginianu, podczas gdy proteazy cysteinowe mają miejsce aktywne cysteiny. Resztą w miejscu aktywnym proteazy serynowej jest grupa hydroksylowa. Jest to zatem również kolejna różnica między proteazami aspartylowo-cysteinowymi i serynowymi. W przeciwieństwie do proteaz serynowych i cysteinowych, proteazy aspartylowe nie tworzą kowalencyjnego związku pośredniego podczas procesu rozszczepiania. Dlatego proteoliza zachodzi w jednym etapie dla proteaz aspartylowych.
Poniższa infografika przedstawia różnice między aspartylową cysteiną a proteazami serynowymi w formie tabelarycznej do bezpośredniego porównania.
Podsumowanie – Aspartyl cysteina kontra proteazy seryny
Proteazy to enzymy, które katalizują rozkład białek na mniejsze polipeptydy lub aminokwasy. Kluczową różnicą między proteazami aspartylo-cysteinowymi i serynowymi jest grupa funkcyjna, która działa jako ich reszta katalityczna. Grupa kwasu karboksylowego działa jako grupa funkcyjna w proteazie aspartylowej, podczas gdy grupa tiolowa lub sulfhydrylowa działa jako grupa funkcyjna w proteazie cysteinowej. Grupa hydroksylowa lub alkohol działają jako grupa funkcyjna w proteazie serynowej.
