Põhiline erinevus aspartüültsüsteiini ja seriini proteaaside vahel on nende funktsionaalsed rühmad, mis toimivad katalüütiliste jääkidena. Funktsionaalrühm, mis toimib aspartüülproteaasi katalüütiliste jääkidena, on karboksüülhapperühm, samas kui tsüsteiinproteaasis toimib katalüütilise jäägi juures funktsionaalrühmana tiool- või sulfhüdrüülrühm ja seriinproteaasi puhul hüdroksüülrühm või alkohol. katalüütilise jäägi funktsionaalrühmana.
Proteaasid on ensüümid, mis katalüüsivad proteolüüsi, mis on valkude lagunemine väiksemateks polüpeptiidideks või aminohapeteks. See protsess toimub valkude peptiidsidemete lõhustamise teel hüdrolüüsiprotsessiga. Proteaasid osalevad paljudes bioloogilistes funktsioonides, nagu allaneelatud valkude seedimine, valkude katabolism ja raku signaalimine. Proteaasid esinevad kõigis eluvormides. Aspartüül, tsüsteiin ja seriin on kolm olulist proteaasi, mis mängivad elusorganismides võtmerolli.
Mis on aspartüülproteaasid?
Aspartüülproteaasid on teatud tüüpi valke lõhustavad ensüümid. Nende aktiivses kohas on kaks väga konserveerunud aspartaati ja nad on optimaalselt aktiivsed happelise pH juures. Need proteaasid lõhustavad dipeptiidsidemeid, millel on nii hüdrofoobsed jäägid kui ka beeta-metüleenrühm. Aspartüülproteaasi katalüütiline mehhanism on happe-aluse mehhanism. See hõlmab veemolekuli koordineerimist kahe aspartaadijäägiga. Üks aspartaat aktiveerib veemolekuli, eemaldades prootoni. See võimaldab veel sooritada nukleofiilset rünnakut substraadi karbonüülsüsinikule. Selle tulemusena genereerib see tetraeedrilise oksüaniooni vaheühendi, mida stabiliseerivad vesiniksidemed teise aspartaadijäägiga. Selle vaheühendi ümberkorraldamine on vastutav peptiidi lõhenemise eest kaheks peptiidiproduktiks.
Joonis 01: aspartüülproteaas
Asparagiinproteaasidel on viis superperekonda: Clan AA, mis on perekond, Clan AC, mis on signaalpeptidaasi II perekond, Clan AD, mis on preseniliini perekond, Clan AE, mis on GPR endopeptidaasi perekond, ja Clan AF, mis on omptin perekond.
Mis on tsüsteiiniproteaasid?
Tsüsteiinproteaasid on hüdrolaasi ensüümide rühm, mis lagundavad valke. Need näitavad katalüütilist mehhanismi, mis hõlmab nukleofiilset tsüsteiini tiooli katalüütilises triaadis või diaadis. Tsüsteiinproteaaside katalüütilise mehhanismi esialgne etapp on deprotoneerimine. Tioolrühm deprotoneeritakse ensüümi aktiivses kohas külgneva aminohappe, nagu histidiin, toimel, millel on aluseline kõrvalahel. Järgmine samm on tsüsteiini deprotoneeritud anioonse väävli nukleofiilne rünnak substraadile. Siin vabaneb substraadi fragment koos amiiniga ja proteaasis olev histidiinijääk taastab oma deprotoneeritud vormi. Selle tulemusena moodustub substraadi tioestri vaheühend, mis seob uue karboksüotsa tsüsteiini tiooliga. Tioesterside hüdrolüüsib, tekitades ülejäänud substraadifragmendile karboksüülhappefragmendi.
Joonis 02: tsüsteiiniproteaas
Tsüsteiinproteaasid mängivad füsioloogias ja arengus mitut rolli. Taimedes mängivad nad olulist rolli säilitusvalkude kasvus, arengus, kogunemises ja mobilisatsioonis. Inimestel on need olulised vananemises ja apoptoosis, immuunvastustes, prohormoonide töötlemises ja rakuvälise maatriksi ümberkujundamises koonuse arenguks.
Mis on seriiniproteaasid?
Seriinproteaasid on ka proteolüütiliste ensüümide rühm, mis lõhustavad valkudes peptiidsidemeid. Seriin on nukleofiilne aminohape ensüümi aktiivses kohas. Neid leidub nii eukarüootides kui ka prokarüootides. Seriinproteaasid jagatakse tavaliselt erinevatesse kategooriatesse eristuva struktuuri järgi, mis koosneb kahest beetabarreli domeenist, mis koonduvad aktiivses katalüütilises kohas, ja põhineb ka nende substraadi spetsiifilisusel. Need on trüpsiini-, kümotrüpsiini-, trombiini-, elastaasi- ja subtilisiinilaadsed.
Joonis 03: seriinproteaas
Trüpsiinitaolised proteaasid lõhustavad peptiidsidemeid pärast positiivselt laetud aminohapet, nagu lüsiin või arginiin. Need on spetsiifilised negatiivselt laetud jääkidele, nagu asparagiinhape või glutamiinhape. Kümotrüpsiinilaadsed proteaasid on hüdrofoobsemad. Nende spetsiifilisus seisneb suurtes hüdrofoobsetes jääkides, nagu türosiin, trüptofaan ja fenüülalaniin. Trombiinitaoliste proteaaside hulka kuuluvad trombiin, mis on kudesid aktiveeriv plasminogeen, ja plasmiin. Need aitavad kaasa vere hüübimisele ja seedimisele ning samuti neurodegeneratiivsete häirete patofüsioloogiale. Elastaasilaadsed proteaasid eelistavad jääke, nagu alaniin, glütsiin ja valiin. Subtilisiinisarnaste proteaaside hulka kuuluvad prokarüootides leiduv seriin. Sellel on ühine katalüütiline mehhanism, mis kasutab nukleofiilse seriini loomiseks katalüütilist triaadi. Seriinproteaasi aktiivsuse reguleerimine nõuab proteaasi esialgset aktiveerimist ja inhibiitorite sekretsiooni.
Millised on aspartüültsüsteiini ja seriiniproteaaside sarnasused?
- Aspartüül-, tsüsteiin- ja seriinproteaasid katalüüsivad valkude lagunemist peptiidsidemete lõhustamise teel.
- Mehhanismid on sarnased, kui aktiivse saidi jäägid ründavad peptiidsidemeid, põhjustades selle katkemise.
- Kõik sisaldavad nukleofiile.
- Need kõik on valgud.
Mis vahe on aspartüültsüsteiinil ja seriiniproteaasidel?
Põhiline erinevus aspartüültsüsteiini ja seriini proteaaside vahel sõltub nende funktsionaalrühmast, mis toimib katalüütiliste jääkidena. Aspartüülproteaasis toimib funktsionaalrühmana karboksüülhapperühm, tsüsteiinproteaasis aga tiool- või sulfhüdrüülrühm ning seriinproteaasi puhul toimib funktsionaalrühmana hüdroksüülrühm või alkohol.
Aspartüülproteaasidel on aspartaadi aktiivne sait, samas kui tsüsteiiniproteaasidel on tsüsteiini aktiivne sait. Seriinproteaasi aktiivse saidi jääk on hüdroksüülrühm. Seega on see ka teine erinevus aspartüültsüsteiini ja seriini proteaaside vahel. Erinev alt seriini- ja tsüsteiiniproteaasidest ei moodusta aspartüülproteaasid lõhustamisprotsessi käigus kovalentset vaheühendit. Seetõttu toimub aspartüülproteaaside proteolüüs ühes etapis.
Allpool olev infograafik esitab aspartüültsüsteiini ja seriinproteaaside vahelised erinevused tabelina kõrvuti võrdlemiseks.
Kokkuvõte – aspartüültsüsteiin vs seriiniproteaasid
Proteaasid on ensüümid, mis katalüüsivad valkude lagunemist väiksemateks polüpeptiidideks või aminohapeteks. Peamine erinevus aspartüültsüsteiini ja seriini proteaaside vahel on funktsionaalne rühm, mis toimib nende katalüütilise jäägina. Karboksüülhapperühm toimib funktsionaalrühmana aspartüülproteaasis, tiool- või sulfhüdrüülrühm aga tsüsteiinproteaasi funktsionaalrühmana. Hüdroksüülrühm või alkohol toimib seriinproteaasi funktsionaalrühmana.
