Ключевое различие между аспартилцистеиновыми и сериновыми протеазами заключается в их функциональных группах, которые действуют как каталитические остатки. Функциональная группа, которая действует как каталитический остаток аспартилпротеазы, представляет собой группу карбоновой кислоты, в то время как в цистеиновой протеазе тиольная или сульфгидрильная группа действует как функциональная группа на каталитическом остатке, а в сериновой протеазе действует гидроксильная группа или спирт. в качестве функциональной группы каталитического остатка.
Протеазы - это ферменты, катализирующие протеолиз, то есть расщепление белков на более мелкие полипептиды или аминокислоты. Этот процесс происходит путем расщепления пептидных связей в белках в процессе гидролиза. Протеазы участвуют во многих биологических функциях, таких как переваривание проглоченных белков, катаболизм белков и передача клеточных сигналов. Протеазы присутствуют во всех формах жизни. Аспартил, цистеин и серин - три важные протеазы, играющие ключевую роль в живых организмах.
Что такое аспартилпротеазы?
Аспартилпротеазы представляют собой ферменты, расщепляющие белок. У них есть два высококонсервативных аспартата в активном центре, и они оптимально активны при кислом рН. Эти протеазы расщепляют дипептидные связи, имеющие гидрофобные остатки, а также бета-метиленовую группу. Каталитический механизм аспартилпротеазы представляет собой кислотно-щелочной механизм. Это включает координацию молекулы воды с двумя остатками аспартата. Один аспартат активирует молекулу воды, удаляя протон. Это позволяет воде осуществлять нуклеофильную атаку на карбонильный углерод субстрата. В результате образуется промежуточный тетраэдрический оксианион, который стабилизирован водородными связями со вторым аспартатным остатком. Перегруппировка этого интермедиата отвечает за расщепление пептида на два пептидных продукта.
Рисунок 01: Аспартилпротеаза
Существует пять суперсемейств аспарагиновых протеаз: Clan AA, семейство сигнальных пептидаз II, Clan AD, семейство пресенилинов, Clan AE, семейство эндопептидаз GPR, и Clan AF, который является семейством omptin.
Что такое цистеиновые протеазы?
Цистеиновые протеазы представляют собой группу гидролазных ферментов, расщепляющих белки. Они показывают каталитический механизм, который включает нуклеофильный тиол цистеина в каталитическую триаду или диаду. Начальным этапом каталитического механизма цистеиновых протеаз является депротонирование. Тиоловая группа депротонируется в активном центре фермента соседней аминокислотой, такой как гистидин, которая имеет основную боковую цепь. Следующим шагом является нуклеофильная атака субстрата депротонированной анионной серой цистеина. Здесь фрагмент субстрата высвобождается с амином, а остаток гистидина в протеазе восстанавливает свою депротонированную форму. Это приводит к образованию тиоэфирного промежуточного соединения субстрата, связывающего новый карбоксиконец с тиолом цистеина. Тиоэфирная связь гидролизуется с образованием фрагмента карбоновой кислоты на оставшемся фрагменте субстрата.
Рисунок 02. Цистеиновая протеаза
Цистеиновые протеазы играют несколько ролей в физиологии и развитии. У растений они играют важную роль в росте, развитии, накоплении и мобилизации запасных белков. У людей они важны для старения и апоптоза, иммунных реакций, процессинга прогормонов и ремоделирования внеклеточного матрикса для развития колбочек.
Что такое сериновые протеазы?
Сериновые протеазы также представляют собой группу протеолитических ферментов, расщепляющих пептидные связи в белках. Серин служит нуклеофильной аминокислотой в активном центре фермента. Они присутствуют как у эукариот, так и у прокариот. Сериновые протеазы обычно подразделяют на разные категории по характерной структуре, состоящей из двух доменов бета-бочонка, сходящихся в активном каталитическом центре, а также на основании их субстратной специфичности. Они трипсиноподобны, химотрипсиноподобны, тромбиноподобны, эластазоподобны и субтилизиноподобны.
Рисунок 03. Сериновая протеаза
Трипсиноподобные протеазы расщепляют пептидные связи после положительно заряженной аминокислоты, такой как лизин или аргинин. Они специфичны к отрицательно заряженным остаткам, таким как аспарагиновая кислота или глутаминовая кислота. Химотрипсиноподобные протеазы более гидрофобны. Их специфичность заключается в больших гидрофобных остатках, таких как тирозин, триптофан и фенилаланин. Тромбинподобные протеазы включают тромбин, который представляет собой плазминоген, активирующий ткани, и плазмин. Они помогают в свертывании крови и пищеварении, а также в патофизиологии нейродегенеративных заболеваний. Эластазоподобные протеазы предпочитают такие остатки, как аланин, глицин и валин. Субтилизин-подобные протеазы включают серин у прокариот. Он имеет общий каталитический механизм, использующий каталитическую триаду для создания нуклеофильного серина. Регуляция активности сериновых протеаз требует первоначальной активации протеаз и секреции ингибиторов.
Каковы сходства между аспартилцистеином и сериновыми протеазами?
- Аспартиловая, цистеиновая и сериновая протеазы катализируют расщепление белков путем расщепления пептидных связей.
- Механизмы схожи, когда остатки активного центра атакуют пептидные связи, вызывая их разрыв.
- Все содержат нуклеофилы.
- Все они белки.
В чем разница между аспартилцистеином и сериновыми протеазами?
Ключевое различие между аспартилцистеиновыми и сериновыми протеазами зависит от их функциональной группы, которая действует как каталитические остатки. В аспартилпротеазе в качестве функциональной группы выступает группа карбоновой кислоты, в то время как в цистеиновой протеазе в качестве функциональной группы действует тиоловая или сульфгидрильная группа, а в сериновой протеазе в качестве функциональной группы действует гидроксильная группа или спирт.
Аспартилпротеазы имеют активный центр аспартата, тогда как цистеиновые протеазы имеют активный центр цистеина. Остаток активного центра сериновой протеазы представляет собой гидроксильную группу. Таким образом, это еще одно различие между аспартилцистеиновыми и сериновыми протеазами. В отличие от сериновых и цистеиновых протеаз, аспартилпротеазы не образуют ковалентного интермедиата в процессе расщепления. Таким образом, протеолиз аспартилпротеаз происходит в одну стадию.
Приведенная ниже инфографика представляет различия между аспартилцистеином и сериновыми протеазами в табличной форме для параллельного сравнения.
Резюме – Аспартилцистеин и сериновые протеазы
Протеазы – это ферменты, катализирующие расщепление белков на более мелкие полипептиды или аминокислоты. Ключевое различие между аспартилцистеиновыми и сериновыми протеазами заключается в функциональной группе, которая действует как их каталитический остаток. Группа карбоновой кислоты действует как функциональная группа в аспартилпротеазе, тогда как тиольная или сульфгидрильная группа действует как функциональная группа в цистеиновой протеазе. Гидроксильная группа или спирт действует как функциональная группа в сериновой протеазе.
