Avainero aspartyylikysteiinin ja seriiniproteaasien välillä on niiden funktionaaliset ryhmät, jotka toimivat katalyyttisinä tähteinä. Aspartyyliproteaasin katalyyttisinä tähteinä toimiva funktionaalinen ryhmä on karboksyylihapporyhmä, kun taas kysteiiniproteaasissa katalyyttitähteen funktionaalisena ryhmänä toimii tioli- tai sulfhydryyliryhmä ja seriiniproteaasissa hydroksyyliryhmä tai alkoholi funktionaalisena ryhmänä katalyyttijäännöksessä.
Proteaasit ovat entsyymejä, jotka katalysoivat proteolyysiä, joka on proteiinien hajoamista pienemmiksi polypeptideiksi tai aminohapoiksi. Tämä prosessi tapahtuu pilkkomalla peptidisidoksia proteiineista hydrolyysiprosessilla. Proteaasit osallistuvat moniin biologisiin toimintoihin, kuten nautittujen proteiinien pilkkomiseen, proteiinien kataboliaan ja solujen signalointiin. Proteaaseja esiintyy kaikissa elämänmuodoissa. Aspartyyli, kysteiini ja seriini ovat kolme tärkeää proteaasia, joilla on keskeinen rooli elävissä organismeissa.
Mitä aspartyyliproteaasit ovat?
Aspartyyliproteaasit ovat eräänlaisia proteiineja hajottavia entsyymejä. Niiden aktiivisessa kohdassa on kaksi erittäin konservoitunutta aspartaattia, ja ne ovat optimaalisesti aktiivisia happamassa pH:ssa. Nämä proteaasit katkaisevat dipeptidisidoksia, joissa on hydrofobisia tähteitä sekä beeta-metyleeniryhmä. Aspartyyliproteaasin katalyyttinen mekanismi on happo-emäs -mekanismi. Tämä sisältää vesimolekyylin koordinoinnin kahden aspartaattijäännöksen kanssa. Yksi aspartaatti aktivoi vesimolekyylin poistamalla protonin. Tämä mahdollistaa veden nukleofiilisen hyökkäyksen substraatin karbonyylihiileen. Tämän seurauksena se tuottaa tetraedrisen oksianionivälituotteen, joka stabiloituu vetysidoksilla toisen aspartaattitähteen kanssa. Tämän välituotteen uudelleenjärjestely on vastuussa peptidin jakautumisesta kahdeksi peptidituotteeksi.
Kuva 01: Aspartyyliproteaasi
Asparagiiniproteaasien superperhettä on viisi: Clan AA, joka on perhe, Clan AC, joka on signaalipeptidaasi II -perhe, Clan AD, joka on preseniliiniperhe, Clan AE, joka on GPR-endopeptidaasiperhe, ja Clan AF, joka on monipuolinen perhe.
Mitä kysteiiniproteaasit ovat?
Kysteiiniproteaasit ovat ryhmä hydrolaasientsyymejä, jotka hajottavat proteiineja. Ne osoittavat katalyyttisen mekanismin, joka sisältää nukleofiilisen kysteiinitiolin katalyyttisessä triadissa tai dyadissa. Kysteiiniproteaasien katalyyttisen mekanismin ensimmäinen vaihe on deprotonaatio. Tioliryhmä deprotonoituu entsyymin aktiivisessa kohdassa viereisen aminohapon, kuten histidiinin, vaikutuksesta, jolla on emäksinen sivuketju. Seuraava vaihe on kysteiinin deprotonoidun anionisen rikin nukleofiilinen hyökkäys substraatille. Tässä substraatin fragmentti vapautuu amiinin kanssa, ja proteaasissa oleva histidiinijäännös palauttaa deprotonoidun muotonsa. Tämä johtaa substraatin tioesterivälituotteen muodostumiseen, joka yhdistää uuden karboksipään kysteiinitioliin. Tioesterisidos hydrolysoituu muodostaen karboksyylihappoosan jäljellä olevalle substraattifragmentille.
Kuva 02: Kysteiiniproteaasi
Kysteiiniproteaaseilla on useita tehtäviä fysiologiassa ja kehityksessä. Kasveissa niillä on tärkeä rooli varastoproteiinien kasvussa, kehityksessä, kertymisessä ja mobilisaatiossa. Ihmisillä ne ovat tärkeitä vanhenemisessa ja apoptoosissa, immuunivasteissa, prohormoniprosessoinnissa ja solunulkoisen matriisin uudistamisessa kartion kehittymisen kann alta.
Mitä seriiniproteaasit ovat?
Seriiniproteaasit ovat myös ryhmä proteolyyttisiä entsyymejä, jotka katkaisevat peptidisidoksia proteiineista. Seriini toimii nukleofiilisenä aminohappona entsyymin aktiivisessa kohdassa. Näitä on sekä eukaryooteissa että prokaryooteissa. Seriiniproteaasit jaetaan yleensä eri luokkiin erottuvan rakenteen perusteella, joka koostuu kahdesta beeta-tynnyridomeenista, jotka konvergoivat aktiivisessa katalyyttikohdassa, ja myös niiden substraattispesifisyyden perusteella. Ne ovat trypsiinin k altaisia, kymotrypsiinin k altaisia, trombiinin k altaisia, elastaasin k altaisia ja subtilisiinin k altaisia.
Kuva 03: Seriiniproteaasi
Trypsiinin k altaiset proteaasit katkaisevat peptidisidoksia positiivisesti varautuneen aminohapon, kuten lysiinin tai arginiinin, jälkeen. Ne ovat spesifisiä negatiivisesti varautuneille tähteille, kuten asparagiinihapolle tai glutamiinihapolle. Kymotrypsiinin k altaiset proteaasit ovat hydrofobisempia. Niiden spesifisyys johtuu suurista hydrofobisista tähteistä, kuten tyrosiini, tryptofaani ja fenyylialaniini. Trombiinin k altaisia proteaaseja ovat trombiini, joka on kudosta aktivoiva plasminogeeni, ja plasmiini. Nämä auttavat veren hyytymisessä ja ruuansulatuksessa sekä neurodegeneratiivisten häiriöiden patofysiologiassa. Elastaasin k altaiset proteaasit suosivat tähteitä, kuten alaniinia, glysiiniä ja valiinia. Subtilisiinin k altaiset proteaasit sisältävät seriinin prokaryooteissa. Sillä on yhteinen katalyyttinen mekanismi, joka käyttää katalyyttistä triadia nukleofiilisen seriinin luomiseksi. Seriiniproteaasiaktiivisuuden säätely edellyttää proteaasin alkuaktivaatiota ja inhibiittorien erittymistä.
Mitä yhtäläisyyksiä aspartyylikysteiinin ja seriiniproteaasien välillä on?
- Aspartyyli-, kysteiini- ja seriiniproteaasit katalysoivat proteiinien hajoamista katkaisemalla peptidisidoksia.
- Mekanismit ovat samanlaisia, kun aktiivisen kohdan tähteet hyökkäävät peptidisidoksia vastaan ja aiheuttavat sen katkeamisen.
- Kaikki sisältävät nukleofiilejä.
- Ne kaikki ovat proteiineja.
Mitä eroa aspartyylikysteiinin ja seriiniproteaasien välillä on?
Avainero aspartyylikysteiinin ja seriiniproteaasien välillä riippuu niiden toiminnallisesta ryhmästä, joka toimii katalyyttisinä tähteinä. Aspartyyliproteaasissa karboksyylihapporyhmä toimii funktionaalisena ryhmänä, kun taas kysteiiniproteaasissa tioli- tai sulfhydryyliryhmä toimii funktionaalisena ryhmänä ja seriiniproteaasissa funktionaalisena ryhmänä toimii hydroksyyliryhmä tai alkoholi.
Aspartyyliproteaaseilla on aspartaattiaktiivinen kohta, kun taas kysteiiniproteaaseilla on kysteiiniaktiivinen kohta. Seriiniproteaasin aktiivisen kohdan tähde on hydroksyyliryhmä. Siten tämä on myös toinen ero aspartyylikysteiinin ja seriiniproteaasien välillä. Toisin kuin seriini- ja kysteiiniproteaasit, aspartyyliproteaasit eivät muodosta kovalenttista välituotetta katkaisuprosessin aikana. Siksi aspartyyliproteaasien proteolyysi tapahtuu yhdessä vaiheessa.
Alla oleva infografiikka esittelee aspartyylikysteiinin ja seriiniproteaasien väliset erot taulukkomuodossa vierekkäin vertailua varten.
Yhteenveto – aspartyylikysteiini vs seriiniproteaasit
Proteaasit ovat entsyymejä, jotka katalysoivat proteiinien hajoamista pienemmiksi polypeptideiksi tai aminohapoiksi. Avainero aspartyylikysteiinin ja seriiniproteaasien välillä on funktionaalinen ryhmä, joka toimii niiden katalyyttinä jäännöksenä. Karboksyylihapporyhmä toimii funktionaalisena ryhmänä aspartyyliproteaasissa, kun taas tioli- tai sulfhydryyliryhmä toimii funktionaalisena ryhmänä kysteiiniproteaasissa. Hydroksyyliryhmä tai alkoholi toimii seriiniproteaasin funktionaalisena ryhmänä.
