Kľúčovým rozdielom medzi aspartylcysteínovými a serínovými proteázami sú ich funkčné skupiny, ktoré pôsobia ako katalytické zvyšky. Funkčná skupina, ktorá pôsobí ako katalytické zvyšky aspartylproteázy, je skupina karboxylovej kyseliny, zatiaľ čo v cysteínovej proteáze pôsobí tiolová alebo sulfhydrylová skupina ako funkčná skupina na katalytickom zvyšku a v serínovej proteáze pôsobí hydroxylová skupina alebo alkohol. ako funkčná skupina na katalytickom zvyšku.
Proteázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú proteolýzu, čo je rozklad bielkovín na menšie polypeptidy alebo aminokyseliny. Tento proces prebieha štiepením peptidových väzieb v proteínoch procesom hydrolýzy. Proteázy sa podieľajú na mnohých biologických funkciách, ako je trávenie požitých proteínov, katabolizmus proteínov a bunková signalizácia. Proteázy sú prítomné vo všetkých formách života. Aspartyl, cysteín a serín sú tri dôležité proteázy, ktoré hrajú kľúčovú úlohu v živých organizmoch.
Čo sú aspartylproteázy?
Aspartylproteázy sú typom enzýmov štiepiacich proteíny. Majú dva vysoko konzervované aspartáty v aktívnom mieste a sú optimálne aktívne pri kyslom pH. Tieto proteázy štiepia dipeptidové väzby, ktoré majú hydrofóbne zvyšky, ako aj beta-metylénovú skupinu. Katalytický mechanizmus aspartylproteázy je acidobázický mechanizmus. To zahŕňa koordináciu molekuly vody s dvoma zvyškami aspartátu. Jeden aspartát aktivuje molekulu vody odstránením protónu. To umožňuje vode vykonať nukleofilný útok na karbonylový uhlík substrátu. Výsledkom je, že generuje tetraedrický oxyaniónový medziprodukt, ktorý je stabilizovaný vodíkovými väzbami s druhým aspartátovým zvyškom. Preskupenie tohto medziproduktu je zodpovedné za rozdelenie peptidu na dva peptidové produkty.
Obrázok 01: Aspartylproteáza
Existuje päť superrodín aspartátových proteáz: klan AA, čo je rodina, klan AC, čo je rodina signálnych peptidáz II, klan AD, čo je rodina presenilínov, klan AE, čo je rodina endopeptidáz GPR, a Clan AF, čo je rodina Omptinovcov.
Čo sú cysteínové proteázy?
Cysteínové proteázy sú skupinou hydrolázových enzýmov, ktoré degradujú proteíny. Ukazujú katalytický mechanizmus, ktorý zahŕňa nukleofilný cysteínový tiol v katalytickej triáde alebo dyáde. Počiatočným krokom v katalytickom mechanizme cysteínových proteáz je deprotonácia. Tiolová skupina sa deprotonuje v aktívnom mieste enzýmu susednou aminokyselinou, ako je histidín, ktorý má zásaditý bočný reťazec. Ďalším krokom je nukleofilný útok deprotonizovanej aniónovej síry cysteínu na substrát. Tu sa fragment substrátu uvoľní s amínom a histidínový zvyšok v proteáze obnoví svoju deprotonovanú formu. To vedie k vytvoreniu tioesterového medziproduktu substrátu, ktorý spája nový karboxy-koniec s cysteínovým tiolom. Tioesterová väzba sa hydrolyzuje za vzniku skupiny karboxylovej kyseliny na zostávajúcom fragmente substrátu.
Obrázok 02: Cysteínová proteáza
Cysteínové proteázy hrajú vo fyziológii a vývoji viacero úloh. V rastlinách hrajú dôležitú úlohu pri raste, vývoji, akumulácii a mobilizácii zásobných bielkovín. U ľudí sú dôležité pri starnutí a apoptóze, imunitných reakciách, spracovaní prohormónov a prestavbe extracelulárnej matrice na vývoj čapíkov.
Čo sú to serínové proteázy?
Serínové proteázy sú tiež skupinou proteolytických enzýmov, ktoré štiepia peptidové väzby v proteínoch. Serín slúži ako nukleofilná aminokyselina v aktívnom mieste enzýmu. Sú prítomné v eukaryotoch aj prokaryotoch. Serínové proteázy sú zvyčajne rozdelené do rôznych kategórií podľa charakteristickej štruktúry, ktorá pozostáva z dvoch beta-barelových domén zbiehajúcich sa v aktívnom katalytickom mieste a tiež na základe ich substrátovej špecifickosti. Sú podobné trypsínu, chymotrypsínu, trombínu, elastáze a subtilizínu.
Obrázok 03: Serínová proteáza
Proteázy podobné trypsínu štiepia peptidové väzby po pozitívne nabitej aminokyseline, ako je lyzín alebo arginín. Sú špecifické pre negatívne nabité zvyšky, ako je kyselina asparágová alebo kyselina glutámová. Proteázy podobné chymotrypsínu sú hydrofóbnejšie. Ich špecifickosť spočíva vo veľkých hydrofóbnych zvyškoch, ako je tyrozín, tryptofán a fenylalanín. Proteázy podobné trombínu zahŕňajú trombín, čo je tkanivo aktivujúci plazminogén, a plazmín. Pomáhajú pri zrážaní krvi a trávení a tiež v patofyziológii pri neurodegeneratívnych poruchách. Proteázy podobné elastáze preferujú zvyšky, ako je alanín, glycín a valín. Proteázy podobné subtilizínu zahŕňajú serín v prokaryotoch. Zdieľa katalytický mechanizmus využívajúci katalytickú triádu na vytvorenie nukleofilného serínu. Regulácia aktivity serínovej proteázy vyžaduje počiatočnú aktiváciu proteázy a sekréciu inhibítorov.
Aké sú podobnosti medzi aspartylcysteínom a serínovými proteázami?
- Proteázy aspartylu, cysteínu a serínu katalyzujú rozklad bielkovín štiepením peptidových väzieb.
- Mechanizmy sú podobné, keď zvyšky aktívneho miesta napádajú peptidové väzby a spôsobujú ich prerušenie.
- Všetky obsahujú nukleofily.
- Všetky sú bielkoviny.
Aký je rozdiel medzi aspartylcysteínom a serínovými proteázami?
Kľúčový rozdiel medzi aspartylcysteínovými a serínovými proteázami závisí od ich funkčnej skupiny, ktorá pôsobí ako katalytické zvyšky. V aspartylproteáze pôsobí skupina karboxylovej kyseliny ako funkčná skupina, zatiaľ čo v cysteínovej proteáze pôsobí ako funkčná skupina tiolová alebo sulfhydrylová skupina a v serínovej proteáze pôsobí ako funkčná skupina hydroxylová skupina alebo alkohol.
Aspartylové proteázy majú aktívne miesto pre aspartát, zatiaľ čo cysteínové proteázy majú aktívne miesto pre cysteín. Zvyšok aktívneho miesta serínovej proteázy je hydroxylová skupina. Toto je tiež ďalší rozdiel medzi aspartylcysteínom a serínovými proteázami. Na rozdiel od serínových a cysteínových proteáz, aspartylproteázy netvoria počas procesu štiepenia kovalentný medziprodukt. Preto sa proteolýza aspartylových proteáz vyskytuje v jedinom kroku.
Nižšie uvedená infografika predstavuje rozdiely medzi aspartylcysteínom a serínovými proteázami v tabuľkovej forme na porovnanie vedľa seba.
Zhrnutie – aspartylcysteín vs serínové proteázy
Proteázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú rozklad bielkovín na menšie polypeptidy alebo aminokyseliny. Kľúčový rozdiel medzi aspartylcysteínovými a serínovými proteázami je funkčná skupina, ktorá pôsobí ako ich katalytický zvyšok. Skupina karboxylovej kyseliny pôsobí ako funkčná skupina v aspartylproteáze, zatiaľ čo tiolová alebo sulfhydrylová skupina pôsobí ako funkčná skupina v cysteínovej proteáze. Hydroxylová skupina alebo alkohol pôsobí ako funkčná skupina v serínovej proteáze.
