Proteáz

A proteázok (v. peptidázok) fehérjebontó enzimek. A hidrolázok csoportjába tartoznak. Minden élő sejt számára létfontosságúak, ezért a növényekben éppúgy megtalálhatók, mint az állati szervezetekben.

Proteáz
Azonosítók

A proteázok a fehérjékben található peptidkötések hidrolízise révén bontják le a fehérjéket kisebb peptidekre, majd aminosavakra. Az egyes proteázok jól definiált szekvenciát felismerve hasítanak. Az élő szervezetekben a különböző specificitású enzimek működése jól kiegészíti egymást.

A legfontosabb proteázok az emésztőenzimek csoportjába tartoznak. Ilyen a gyomorban termelődő, savas közegben működő pepszin, illetve a hasnyálmirigyben termelődő és a bélrendszerben, enyhén bázikus közegben működő tripszin.

A növényi proteázok közül a legismertebb a papaya (trópusi dinnyefa) gyümölcséből nyerhető papain, amit húsok érlelésére és húspuhító sók készítésére használnak. Hasonló hatással bír az ananászban található bromelin.

A proteázoknak jelentős szerep jut ugyanakkor a rákos áttétek kialakulásában is (különösen a karcinómák esetében). A daganat tovaterjedésének gátat szabhatnak fehérjemembránok, azonban a ráksejtek egy része képessé válik arra, hogy a proteázok termelésének szabályozását kiiktassa, és nagy mennyiségben juttassa azokat a környezetébe, ily módon felszámolva az akadályt jelentő membránt.

Azokat a proteázokat, amelyek a fehérjelánc belsejét kezdik el bontani, endoproteázoknak nevezzük, míg a lánc végén bontókat exoproteázoknak. Léteznek dipeptidázok is, amelyek csak a dipeptidekre hatnak.

Besorolásuk

szerkesztés

Katalitikus aminosav szerint

szerkesztés

A proteázok 7 széles csoportba sorolhatók:[1]

A proteázokat eredetileg 1993-ban evolúciós kapcsolatuk alapján 84 családba és 4 katalitikus típusba (szerin-, cisztein-, aszparaginsav- és metalloproteáz) sorolták.[4] A treonin- és glutaminsav-proteázokat 1995-ben, illetve 2004-ben fedezték fel. A peptidkötés bontása cisztein és treonin vagy víz nukleofil használatát tartalmazza, mely így megtámadhatja a peptid karbonilcsoportját. A nukleofil létrejöthet katalitikus triáddal, ahol egy hisztidin használatos a szerin, cisztein vagy treonin nukleofil aktivációjához. Ez nem evolúciós csoportosítás, ugyanis a nukleofiltípusok konvergensen fejlődtek eltérő szupercsaládokban, és egyes szupercsaládok több nukleofil felé mutatnak divergens evolúciót. Az aszparaginsav-, glutaminsav- és metalloproteázok aktív helyük aminosavjait egy víz aktiválására használják, mely ezután megtámadja a lebontandó kötést.[5]

Peptidliázok

szerkesztés

A proteázok hetedik katalitikus típusát, az aszparagin-peptidliázokét 2011-ben írták le. Ennek proteolitikus mechanizmusa különös, mivel hidrolízis helyett eliminációt hajt végre.[6] Ekkor a katalitikus aszparagin gyűrűs kémiai szerkezetet alkot, mely az aszparaginoknál bomlik megfelelő körülmények közt. Alapjaiban eltérő mechanizmusa miatt vitatható, hogy peptidáznak számít-e.[6]

Evolúciós filogenetika szerint

szerkesztés

A proteázok evolúciós szupercsaládjainak naprakész besorolása található a MEROPS adatbázisban.[7] Itt a proteázokat először szerkezeten, mechanizmuson és katalitikus aminosav-szekvencián alapuló klánokba (szupercsalád – például a PA klánban a P nukleofil családokat jelent) sorolják. Ezeken belül a proteázokat szekvenciahasonlóság alapján sorolják családokba (például a PA klán S1 és C3 családjai esetén). Minden család több száz hasonló proteázt tartalmazhat – például ilyenek az S1 családban a tripszin, az elasztáz, a trombin és a sztreptogrizin).

Több mint 50 klán ismert, melyek mindegyikükben egymástól független a proteolízis evolúciós eredete.[7]

Optimális pH szerint

szerkesztés

A proteázok besorolhatók továbbá az aktivitásuknak optimális pH szerint is:

Biodiversity of proteases

szerkesztés

Proteázok minden élőlényben – prokariótákban, eukariótákban – és vírusban megtalálhatók. Ezen enzimek számos fiziológiai reakcióban jelen vannak a tápanyagfehérjék lebontásától az erősen szabályzott kaszkádokig, például a koagulációs kaszkádban, a komplementrendszerben, az apoptózisban és a gerinctelenek profenoloxidáz-aktiváló kaszkádjában. A proteázok bonthatnak bizonyos peptidkötéseket (korlátozott proteolízis) a fehérje aminosav-szekvenciájától függően, vagy teljesen lebonthatnak egy fehérjét aminosavakra (korlátlan proteolízis). Az aktivitás lehet destruktív (egy fehérje funkciójának megszüntetése vagy annak alapegységekre bontása), funkcióaktiváció vagy jel egy jelzőútban.

Növények

szerkesztés

A növényi genomok több száz, nagyrészt ismeretlen funkciójú proteázt kódolnak. Az ismert funkciójúak nagyrészt a fejlődésszabályzásban fontosak.[9] A növényi proteázok a fotoszintézis szabályzásában is fontosak.[10]

A proteázokat egy élőlény számos anyagcsere-folyamatra használja. A gyomorba ürülő savas proteázok (például a pepszin) és a duodenumban lévő szerinproteázok (a tripszin és a chimotripszin) lehetővé teszik a táplálék fehérjéinek emésztését. A vérszérum proteázai (trombin, plazmin, Hageman-faktor stb.) fontosak a véralvadásban, a vérrögök lízisében és az immunrendszer megfelelő működésében. További proteázok találhatók a leukocitákban (elasztáz, katepszin G), és fontosak az anyagcsere-irányításban. Egyes kígyómérgek, például a Crotalinae hemotoxinja szintén proteázok, és befolyásolják az áldozat véralvadási kaszkádját. A proteázok határozzák meg más fontos fiziológiai szerepet betöltő fehérjék, például hormonok, antitestek vagy más enzimek élettartamát. Ez az egyik leggyorsabb be-ki kapcsoló szabályzómechanizmus az élőlény fiziológiájában.

Komplex kooperatív hatás révén a proteázok katalizálhatnak kaszkádreakciókat, az élőlény fiziológiai jelre adott válaszának gyors és hatékony erősítését okozva.

Baktériumok

szerkesztés

A baktériumok proteázokat bocsátanak ki a fehérjék peptidkötéseinek hidrolízisére és a fehérjék aminosavakká bontására. A bakteriális és gombaproteázok a globális szén- és nitrogénciklusban különösen fontosak a fehérjék újrahasznosításában, és az ilyen aktivitást táplálkozási jelek irányítják ezen élőlényekben.[11] A proteázaktivitás táplálkozási szabályzásának hatása a talajban élő több ezer fajra megfigyelhető a mikrobiális közösségi szinten, ahogy a fehérjék lebomity lebomlanak szén-, nitrogén- vagy oxigénhiány esetén.[12]

A baktériumok az általános fehérjeminőség-ellenőrzésért a hibás szerkezetű fehérjék lebontásával felelős proteázokat (például AAA+ proteaszóma) tartalmaznak.

Egy bakteriális proteáz lehet exotoxin, és lehet például virulenciafaktor a bakteriális patogenezisben (erre példa az exfoliatív toxin). A bakteriális exotoxikus proteázok a sejten kívüli szerkezeteket lebontják.

Egyes vírusok genomja egyetlen poliproteint kódol, melynek funkciós alegységekre való bontásához proteáz szükséges (erre példák a hepatitis C-vírus és a Picornavirinae).[13] E proteázok, például a TEV proteáz nagyon specifikus, és a szubsztrátszekvenciáknak csak igen korlátozott részhalmazát bontja. Ezért a proteázinhibitorok fontos célpontjais.[14][15]

Az archeák proteázokat használnak bizonyos sejtfolyamatok szabályzására a sejtkommunikáció, a metabolizmus, a szekréció és a fehérjeminőség-ellenőrzés terén.[16][17] Csak 2 ATP-dependens proteáz található az archeákban: ezek a membránasszociált LonB és egy oldható 20S proteoszóma-komplex.[16]

  1. Oda K (2012. január 1.). „New families of carboxyl peptidases: serine-carboxyl peptidases and glutamic peptidases”. Journal of Biochemistry 151 (1), 13–25. o. DOI:10.1093/jb/mvr129. PMID 22016395.  
  2. King JV, Liang WG, Scherpelz KP, Schilling AB, Meredith SC, Tang WJ (2014. július 1.). „Molecular basis of substrate recognition and degradation by human presequence protease”. Structure 22 (7), 996–1007. o. DOI:10.1016/j.str.2014.05.003. PMID 24931469.  
  3. Shen Y, Joachimiak A, Rosner MR, Tang WJ (2006. október 1.). „Structures of human insulin-degrading enzyme reveal a new substrate recognition mechanism”. Nature 443 (7113), 870–874. o. DOI:10.1038/nature05143. PMID 17051221.  
  4. Rawlings ND, Barrett AJ (1993. február 1.). „Evolutionary families of peptidases”. The Biochemical Journal 290 (Pt 1), 205–218. o. DOI:10.1042/bj2900205. PMID 8439290.  
  5. (2014. június 1.) „Activity-Based Profiling of Proteases”. Annual Review of Biochemistry 83, 249–273. o.  
  6. a b Rawlings ND, Barrett AJ, Bateman A (2011. november 1.). „Asparagine peptide lyases: a seventh catalytic type of proteolytic enzymes”. The Journal of Biological Chemistry 286 (44), 38321–38328. o. DOI:10.1074/jbc.M111.260026. PMID 21832066.  
  7. a b Rawlings ND, Barrett AJ, Bateman A (2010. január 1.). „MEROPS: the peptidase database”. Nucleic Acids Research 38 (Database issue), D227–D233. o. DOI:10.1093/nar/gkp971. PMID 19892822.  
  8. Robbins Basic Pathology, 8th, Philadelphia: Saunders, 122. o. (2007). ISBN 978-1-4160-2973-1 
  9. van der Hoorn RA (2008). „Plant proteases: from phenotypes to molecular mechanisms”. Annual Review of Plant Biology 59, 191–223. o. DOI:10.1146/annurev.arplant.59.032607.092835. PMID 18257708.  
  10. Zelisko A, Jackowski G (2004. október 1.). „Senescence-dependent degradation of Lhcb3 is mediated by a thylakoid membrane-bound protease”. Journal of Plant Physiology 161 (10), 1157–1170. o. DOI:10.1016/j.jplph.2004.01.006. PMID 15535125.  
  11. Sims GK (2006). „Nitrogen Starvation Promotes Biodegradation of N-Heterocyclic Compounds in Soil”. Soil Biology & Biochemistry 38 (8), 2478–2480. o. [2021. április 28-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/j.soilbio.2006.01.006. (Hozzáférés: 2023. december 14.)  
  12. Sims GK, Wander MM (2002). „Proteolytic activity under nitrogen or sulfur limitation”. Appl. Soil Ecol. 568, 1–5. o.  
  13. Tong L (2002. december 1.). „Viral proteases”. Chemical Reviews 102 (12), 4609–4626. o. DOI:10.1021/cr010184f. PMID 12475203.  
  14. Skoreński M, Sieńczyk M (2013. május 17.). „Viral proteases as targets for drug design”. Current Pharmaceutical Design 19 (6), 1126–1153. o. DOI:10.2174/13816128130613. PMID 23016690.  
  15. Kurt Yilmaz N, Swanstrom R, Schiffer CA (2016. július 1.). „Improving Viral Protease Inhibitors to Counter Drug Resistance”. Trends in Microbiology 24 (7), 547–557. o. DOI:10.1016/j.tim.2016.03.010. PMID 27090931.  
  16. a b (2015) „Archaeal membrane-associated proteases: insights on Haloferax volcanii and other haloarchaea”. Frontiers in Microbiology 6, 39. o. DOI:10.3389/fmicb.2015.00039. PMID 25774151.  
  17. Maupin-Furlow JA (2018. december 1.). „Proteolytic systems of archaea: slicing, dicing, and mincing in the extreme”. Emerging Topics in Life Sciences 2 (4), 561–580. o. DOI:10.1042/ETLS20180025. PMID 32953999.  

Fordítás

szerkesztés

Ez a szócikk részben vagy egészben a Protease című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

  • Robert A. Weinberg: Ha egy sejt megkergül – Hogyan alakul ki a rák; Vince Kiadó, 1999
  • Szekeres László: Szerves kémia; Mezőgazdasági Kiadó, 1967
  • Csapó János, Csapóné Kiss Zsuzsanna: Élelmiszer-kémia; Mezőgazda Kiadó, 2003
  • Biokémiai alapismeretek, Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem, Kertészeti Kar Távoktatási tagozat. Szerk.: Stefanovitsné Bányai Éva, Budapest, 1996.