BC Proteasen (Huesgen)

• Kontrollieren die Proteinmenge & Funktionalität durch Vollständigen Abbau (-> Aufnahme von Nährstoffen, Abbau beschädigter Proteine, Gezielter Abbau regulatorischer Proteine)

• Regulieren biologische Prozesse durch spezifisches irreversibles Prozessieren (-> Proteinreifung, Aktivierung, Inaktivierung, Funktionsänderung)

-> Schneiden (katalysieren Hydrolyse von Peptidbindungen) Substrate an unterschiedlichen Stellen: Exo- & Endopeptidasen

• funktionell nach Angriffspunkt im Substrat: Endopeptidasen, Exopeptidasen (Aminopeptidases, Carboxypeptidases)

-> Bsp. Cys Proteasen Cathepsin-Familie - ähnliche Proteasen aber starke Unterscheidung in Spezifität

• Klassifizierung von Proteasen nach katalytischem Mechanismus

• Substratbindetasche bestimmt Sequenzspezifität der Protease

• Serinprotease, schneidet spezifisch nach AS mit aromatischen (Q,Y,F) oder langkettigen unpolaren Seitenketten (L,M)

• katalytische Triade Asp102-His57-Ser195 ermöglicht Peptidspaltung (Asp102 macht His57 durch HHBB’ zu Protonenakzeptor, His57 polarisiert Hydroxyl-Seitenkette des Ser195 -> wird zu starkem Nucleophil)

• Bei Substratbindung Deprotonierung Hydroxyl zu Alkoxidion

• 1. Schritt - Bildung eines Acyl-Enzyms (Acylierung)

  • Substratbindung

  • Nucleophiler Angriff des Serin, Stabilisierung des tetraedrischen Zwischenprodukte in der Oxyanionentasche

  • Zerfall instabiles tetraedrischen Zwischenprodukts

  • Freisetzung Peptidfragments (mit neuem N-terminus)

• 2. Schritt - Deacylierung des Serins

  • Anlagerung von Wasser

  • Nucleophiler Angriff des Wasser auf Acyl-Enzym-Zwischenprodukt, Ausbildung tetraedrischen Zwischenprodukt

  • Zerfallen tetraedrisches Zwischenprodukt

  • Abspalten Peptidfragment mit freier Carboxylgruppe (neuer C-terminus)

• z.B Papain, nutzen katalytische Diade (Histidin, Cystein)

• Histidin polarisiert Sulfhydryl-Seitengruppe des Cystein im katalytischen Zentrum

• Cystein wird zu starkem Nucleophil

• Peptidspaltung in 2 Schritten unter Ausbildung eines Acyl-Enzyms

• ebenso bei Threonin-Proteasen

• z.B Renin, katalytisches Zentrum mit 2 Asparaginsäureresten

• 1. Asp polarisiert Wassermolekül

• 2. Asp polarisiert durch Wasserstoffbrückenbildung Peptidcarbonyl

• Wasser wirkt direkt als Nucleophil

• Peptidspaltung in einem Schritt!

• Ähnlich bei Glutamyl-Proteasen

• z.B Thermolysin, nutzen Metallion im aktiven Zentrum

• AS binden zweiwertiges Metallion (meist Zn2+)

• Wassermolekül bindet koordinativ an Metallion & wird polarisiert

• basische Gruppe polarisiert durch Wasserstoffbrückenbildung Wassermolekül zusätzlich

• Wassermolekül greift als Nucleophil Peptidcarbonyl an

  -> Peptidspaltung in einem Schritt

• Architektur der Substratbindetasche bestimmt Sequenzspezifität

• z.B Hydrophobe Substrattasche - Chymotrypsin

• negative sidechain - Trypsin

• Sequenzspezifität kann durch Interaktion an mehreren Positionen vermittelt werden

• Schnitt nach Arg15 durch Trypsin aktiviert Chymotrypsin

• Spaltung an Ile 16 führt zu Konformationsänderung

• Ausbildung ionischer Wechselwirkung zw. Seitenkette-Carboxylgruppe von Asp 194 mit N-terminaler Aminogruppe an Ile 16

• Kontrollierte Aktivierung (extrazelluläre Proteasen als inaktive Zymoge sekretiert)

  • Enteropeptidase aus Duodenum, Trypsin aktiviert alle Zymogene des Pankreas

• Spezifische Inhibitoren (Bsp: Serpine - Serin Protease Inhibitoren, Bindung als Substratanalogon

• Regulation durch Proteolyse: Bsp. Blutgerinnung - Bildung Fibringerinnseln durch Proteolytische Spaltung von Fibrinogen initiiert

• Blutung durch Ausbildung Thrombus gestoppt

• 1.Schritt ”Verkleben” durch Thrombozyten-Aggregation

• 2. Schritt: Bildung eines stabilen Fibrin-Netzwerks

• Bildung von Fibrinngerinseln wird durch proteolytische Spaltung von Fibrinogen initiiert

• Serinprotease Thrombin spaltet Fibrinogen und

  ermöglicht Aneinanderlagerung von Fibrinmolekülen

• Fibringerinnsel wird durch eine durch Transglutaminase (FXIIIa) stabilisiert, (Thrombin aktiviert auch die Pro-Transglutaminase (FXIII) zu aktiver Transglutaminase FXIIIa)