serín proteasas
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Gean Cesar Galleli
El enlace covalentemás importante queune los aminoácidosen la formación de lospéptidos y proteínases el enlace peptídico.Estés enlaces puedenser rotos porestructuras llamadasde proteasas.
Enlace peptídico
Las serín proteasas son hidrolasas quedegradan enlaces peptídicos de péptidos yproteínas y que poseen en su centro activoun aminoácido de serina esencial para lacatálisis enzimática
La definición hidrolasa es dada porque laserín-proteasa utiliza una molécula deagua para romper los enlaces peptídicos.
Durante esta reacción de hidrolisis ocurreuna transferencia de componentes dosustrato para el agua, este proceso resultaen una mudanza especifica en la funciónde la proteína siendo un importantemecanismo biológico.
Tenemos dos tipos de proteólisisgeneradas por las proteasas Proteólisis limitada: catalizan la ruptura de sólo
una o de pocas uniones peptídicas, lo que producecambios estructurales conformacionales quepermiten dejar expuesto el sitio catalítico
Proteólisis ilimitada: se rompe por completo lasuniones peptídicas
De acuerdo con el Comité de Nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUB), puede se clasificar las proteasas en dos grupos principales:
Exopeptidasas
Endopeptidasas
Exopeptidasas
Inician el proceso de degradación en las extremidades amino (N) o carboxilo-terminal (C) de las proteínas, lo que puede generar pequeños péptidos o hasta aminoácidos.
Endopeptidasas
Las endopeptidasas degradan la proteínas en su parte interna, lejos de las extremidades amino y carboxilo-terminal, generando así péptidos mayores
Exopeptidasas Aminopeptidasas Dipeptidil peptidasas Tripeptidil peptidasas
Carboxilopeptidasas Serín-proteasas Metalo proteasas Cisteinas proteasas Peptidil dipeptidasas Dipeptidasas
Endopeptidasas Serín-proteasas Cisteina protesas Aspartico protesas Metalo proteasas
Las exopeptidasas tienen sub-clasificaciones, las aminopeptidasas y carboxilopeptidasas
Aminopeptidasas
Actúan en la región (N) de la cadena polipeptidica, que puede liberar solo un aminoácido, un dipeptido o un tripeptido. Estas están muy presentes en especies microbianas (bacterias y hongos).
En general las aminopeptidasas son intracelulares, pero hay una excepción que es una aminopeptidasa extracelular producida por el hongo Aspergillus oryzae
Carboxilopeptidasas
Las carboxilopeptidasas actúan en la región (C) de la cadena polipeptidica y liberan solo un aminoácido o un dipeptido.
Pueden ser divididas en tres grupos principales:
serín, cisteína y métalo carboxilopeptidasas, estas clasificaciones están basadas en la naturaleza de los residuos aminoácidos en el sitio catalítico de las enzimas.
Las endopeptidasas son caracterizadas por su acción preferencial en las regiones internas de las cadenas polipeptidicas, lejos de las regiones amino e carboxilo-terminales.
Están divididas en cuatro subgrupos basados en su mecanismo catalítico:
Serín-proteasas
Aspartico proteasa
Cisteína proteasa
Métalo proteasa
Las serín-proteasas tienen como característica lapresencia de un grupo serín en su sitio activo. Esabundante en virus, bacterias y eucariotas, o sea,indica que es vital a los organismos, estandopresentes en las exopeptidasas y endopeptidasas.
De acuerdo con sus semejanzas estructurales, lasserín-proteasas se agrupan en 6 clans que fuerandespués subdivididas en aproximadamente en 20familias con antepasados comunes.
Otra característica de las serín-proteasas es laconservación de los residuos de glicina acerca delsitio catalítico con contenido de serín, que vaformar la relación Gly-Xaa-Ser-Yaa-Gly.
Los clans mayores que se encuentran en loshumanos incluyen la quimotripsina, lasubtilisina, la alfa/beta hidrolasas y lossígnales peptidasas clans
En la historia de la evolución, las serínproteasas fueran originalmente enzimasdigestivas.
En los mamíferos, ellas se desenvolverán paraservir a las funciones en la coagulaciónsanguínea, no sistema inmune y en lainflamación.
Clan de la quimotripsina
Las más estudiadas de las proteasas queforman el clan de la quimotripsina son:quimotripsina, tripsina y eslastasa.
Todas las tres son sintetizadas por las célulasacinares del páncreas y secretadas en elintestino delgado, estas son responsables porcatalizar la hidrolise de enlaces peptídicos.
Clan de la quimotripsina (continuación) Todas las tres tienen estructuras similares, o
aspecto que las difiere es dado en el enlacepeptídico que esta siendo clivado, esto se llama"vinculo scissile".
Las diferentes enzimas son muy especificas enlas reacciones que catalizan. Cada una de estasserín-proteasas digestivas tienen un objetivo deatingir diferentes regiones de una cadenapolipeptidica basadas en las cadenas laterales delos residuos de aminoácidos que acercan en sitiode clivaje.
Quimotripsina La quimotripsina se sintetiza por biosíntesis proteica
como un precursor denominado quimotripsinógenoenzimáticamente inactivo. Se rompe por acción de latripsina en dos partes que permanecen unidas porun enlace disulfuro, y estas moléculas dequimotripsinógeno pueden activar a otraseliminando dos pequeños péptidos en una trans-proteolisis. La molécula resultante es unaquimotripsina activa, una molécula tripeptídicainterconectada por enlaces disulfuro.
Quimotripsina (continuación) La quimotripsina rompe los enlaces peptídicos
actuando sobre el grupo carbonilo no reactivó conun potente nucleófilo, el residuo 195 de serina que seubica en el centro activo de la enzima, que se unecovalentemente al sustrato formando unintermediario enzima-sustrato.
Tripsina La tripsina es una enzima peptidasa, que rompe los
enlaces de las proteínas mediante hidrólisis paraformar péptidos de menor tamaño y aminoácidos. Esuna enzima específica ya que liga al péptido en lasposiciones del carboxilo de residuos Arginina (Arg)o Lisina (Lys) en la cadena, ambos aminoácidos congrupos R cargados positivamente, fragmentando alpéptido inicial.
Tripsina (continuación) La tripsina es producida por el páncreas en forma de
tripsinogeno (enzima inactiva), y luego es activadoen el duodeno por la enteroquinasa intestinal atripsina (enzima activa) mediante corte proteolítico.
Elastasa Es responsable por la clivaje de enlaces peptídicos
en la secuencia de un residuo de acido amino, comola alanina, glicina y valina. Estés residuos de acidoamino están formando los tejidos conectivos de lacarne.
La combinación de estas tres enzimas(quimotripsina, tripsina y elastasa)hacen una equipe extremamente eficazen la digestión, siendo que es laprincipal responsable por la digestiónde las proteínas.
Subtilisina Es una proteasa de serina en procariotas. Subtilisina
no está relacionada con la evolución del clan de laquimotripsina, pero comparte el mismo mecanismocatalítico utiliza una tríada catalítica , para crear unnucleófilo serina .
Este es el ejemplo clásico utilizado para ilustrar laevolución convergente, ya que el mismo mecanismoevolucionado dos veces de forma independientedurante la evolución .
El participante principal en el mecanismo catalítico enlos clans de la quimotripsina y subtilisina, es la tríadecatalítica. La tríade está ubicadas en el sitio activo de laenzima, donde la catálisis ocurre, y es preservado entodas las serín-proteasas. La tríade es una estructuracoordenada constituido por tres aminoácidos: histidina(His 57), serina (Ser 195) (daí el nombre “serín-proteasa”) y ácido aspártico (Asp 102). Localizadosmuy acerca del corazón de la enzima, estés tresaminoácidos llave tienen una función fundamental enla capacidad de clivaje de las proteasas.
En la catálisis, un mecanismo ordenado que se produceen varias substancias intermediarias se generan. Lacatálisis de clivaje de péptidos puede ser visto comouna catálisis "ping-pong", en que un substrato se liga(en este caso, se rompe el polipéptido), un producto selibera (el N-terminal "media" del péptido), otro une elsustrato (en este caso el agua), y un producto se libera(el C-terminal "media" del péptido).
Cada aminoácido en la tríada realiza una tareaespecífica en este proceso: La serín tiene un grupo -OH que es capaz de actuar como un
nucleófilo , atacando el carbonilo de carbono de la escindibleenlace peptídico del sustrato.
Un par de electrones en la histidina de nitrógeno tiene lacapacidad de aceptar el hidrógeno de la serina -OH, con lo quela coordinación de los ataques del enlace peptídico .
La reacción general se puede resumir de la siguientemanera: El polipéptido sustrato se une a la superficie de la enzima
proteasa serina tal que enlace escindible se inserta en el sitioactivo de la enzima, con el carbono carbonílico de este bonocolocado cerca de la nucleofílica serina .
La serina ataques OH-el carbonilo de carbono y el nitrógeno dela histidina acepta el hidrógeno del-OH de la serina y un par deelectrones del doble enlace del carbonilo se desplaza el oxígenopara el oxígeno. Como resultado, un intermediario tetraédricose genera.
La reacción general se puede resumir de la siguientemanera (continuación): El enlace que une el nitrógeno y el carbono en el enlace
peptídico se ha roto. Los electrones covalente la creación deeste movimiento de bonos para atacar el hidrógeno de lahistidina , rompiendo la conexión. Los electrones quepreviamente se trasladó desde el carbonilo bonos se mueven denuevo doble de oxígeno del oxígeno negativo para recrear elvínculo y generar un intermediario acil-enzima .
La reacción general se puede resumir de la siguientemanera (continuación): Ahora, el agua entra a la reacción. El agua reemplaza a la N-
terminal del péptido troceados, y ataca al carbonilo de carbono.Una vez más, los electrones del doble enlace se mueven a latoma de oxígeno que negativos, como el enlace entre el oxígenodel agua y el carbono se forma. Este es coordinado por elnitrógeno de la histidina. Que acepta un protón del agua. Engeneral, este genera otro intermediario tetraédrico.
La reacción general se puede resumir de la siguientemanera (continuación): En una reacción final, la unión formada en el primer paso entre
la serina y la carbonilo el carbono se desplaza para atacar elhidrógeno que la histidina acaba de adquirir. El ahoradeficiente en electrones carbonilo carbono otra vez, forma eldoble enlace con el oxígeno. Como resultado, el C-terminal delpéptido está expulsado
Se descubrió que otros aminoácidos de la proteasa, Gly 193y Ser 195, están involucrados en la creación de lo que sellama un oxianión agujero. Ambos Gly 193 y Ser 195 puededonar hidrógenos columna vertebral de puentes dehidrógeno. Cuando el intermediario tetraédrico de los pasos1 y 3 se generan, el ion oxígeno negativo, después de aceptarlos electrones del carbonilo doble enlace encajaperfectamente en la cavidad del oxianión. En efecto, serinaproteasas unen preferentemente al estado de transición y laestructura global se ve favorecida, la reducción de la energíade activación de la reacción. Esta "unión preferencial" esresponsable de gran parte de la eficiencia catalítica de laenzima.
Hay ciertos inhibidores que se asemejan al intermediariotetraédrico, y así llenar el sitio activo, impidiendo que laenzima funcione adecuadamente. Tripsina, una enzimadigestiva de gran alcance, se genera en el páncreas.Inhibidores impiden la libre la digestión del propiopáncreas.
Zimógenos inactivos son los precursores generalmente deuna enzima. Si las enzimas digestivas se activa cuando sonsintetizados, inmediatamente ellos masticando la síntesis delos órganos y tejidos. La pancreatitis aguda es unacondición, en la que no es la activación prematura de lasenzimas digestivas en el páncreas, lo que resulta en la auto-digestión (autólisis) . También complica las investigacionespost mortem , como el páncreas a menudo se digiere antesde que pueda apreciarse visualmente
Zimógenos son grandes, las estructuras de inactivos, quetienen la capacidad para romper o cambiar en las enzimasmás pequeños activado. La diferencia entre zimógenos y lasenzimas activadas se encuentra en el hecho de que el sitioactivo de la catálisis de la zimógenos está distorsionado.Como resultado, el polipéptido sustrato no se puede enlazarcon eficacia y proteólisis no se produce. Sólo después de laactivación, durante el cual la conformación y estructura delcambio zimógeno y el sitio activo se abre, puede proteólisisocurrir
Zimógeno Enzima Observaciones
Tripsinógeno Tripsina Cuando entra en el tripsinógeno intestinodelgado, las secreciones de la mucosaduodenal escinde de la lisina 15-16 enlacepeptídico isoleucina del zimógeno. Comoresultado, el tripsinógeno zimógeno sedescompone en tripsina. La tripsina también esresponsable de hendiendo lisina enlacespeptídicos, y por lo tanto, una vez que unapequeña cantidad de tripsina se genera,participa en la escisión de su zimógeno propia,generando más de tripsina aun. El proceso deactivación de la tripsina por lo tanto se puedellamar autocatalítica.
Quimotripsinógeno Quimotripsina Después de la Arg 15 -Ile 16 adentrar en elzimógeno quimotripsinógeno se escinde por latripsina, la nueva estructura generada llamadopi-quimotripsina sufre autolisis (digestiónauto), dando origen a la quimotripsina activa.
Proelastasa Elastasa Se activa mediante fragmentación a través dela tripsina.
La activación del tripsinógeno a tripsina es esencial, yaque activa su propia reacción, así como la reacción deambos quimotripsina y la elastasa. Por tanto, esesencial que esta activación no se produzca antes detiempo. Hay varias medidas de protección adoptadaspor el organismo para impedir la libre digestión: La activación de tripsinógeno por la tripsina es relativamente
lento
Los zimógenos se almacenan en gránulos de zimógeno ,cápsulas que tienen paredes que se cree que son resistentes a laproteolisis
Serpins (Serine Protease Inhibitors) o serpins, es ungrupo de proteínas con estructuras similares a las quefueron identificados primeramente como un juego delas proteínas capaces de inhibir proteases.
Los primeros miembros de la superfamilia serpinsiendo ampliamente estudiadas fueron la antitrombinahumana, proteínas plasmáticas y antitripsina, quejuegan un papel clave en el control de la coagulaciónsanguínea y la inflamación, respectivamente. En unprincipio, la investigación se centró en su papel en lasenfermedades humanas: resultados de la deficiencia deantitrombina en la trombosis y la deficiencia deantitripsina produce enfisema.
Las serín-proteasas son inhibidas por un diverso grupo de los inhibidores , incluyendo los inhibidores químicos de síntesis para la investigación o con fines terapéuticos, y también los inhibidores proteicos naturales.
Una familia de los inhibidores naturales llamados "serpins" (abreviado de SerineProtease Inhibitors) se puede formar un covalente vínculo con la serina proteasa, inhibiendo su función.
Algunos serpins inhiben otras clases de la proteasa y se llaman "inhibidores de la clase cruzada”. Por ejemplo antígeno de carcinoma de células escamosas 1 (proteína SCCA-1) y aviar serpin mieloides y eritroides fase de terminación de las nucleares específicos (MENT) inhiben tanto cisteinproteasas como la papaína.
El serpin CRMA es un supresor de la respuesta inflamatoria a través de la inhibición de la IL-1 y el procesamiento IL-18 por la cisteína proteasa caspasa-1.
Serín-Proteasa Serpin
Quimotripsina alpha-1-antichymotrypsin
Factor complemento C1s C1 Inhibitor (C1INH)
Elastasa alpha-1-antitrypsin
Factor de coagulación 10 (X) antithrombin III
Trombina antithrombin III
Plasmina alpha-2-antiplasmin
Tripsina pancreatic trypsin inhibitor
La función principal e esencial de las serín proteasas puede ser resumida en “degradar
enlaces peptídicos”
Son muy importantes en los procesosfisiológicos, como la digestión
Están actuando en los procesos biológicosesenciales, como la coagulación sanguínea,muerte celular y diferenciación de los tejidos
Están presentes también actuando en etapasproteolíticas invasivas de los tumores, así como enel ciclo de infección de muchos virus ymicroorganismos patógenos. Este fato hace conque las proteasas sean un objetivo quimioterápicode grande valor para el desenvolvimiento denuevos compuestos farmacológicos.
Participan en el metabolismo de proteínas, tanto enlas vías de degradación como en la biosíntesis y enla liberación de hormonas
En los exámenes laboratoriales tienen una gran importancia, la determinación de los niveles de la proteasa serina puede ser útil en el contexto de las enfermedades específicas, como: Factor de coagulación niveles pueden ser necesarios en el
diagnóstico de trombosis o Elastasa fecal se emplea para determinar la actividad
exocrinas del páncreas, por ejemplo, en la fibrosis quística o pancreatitis crónica .
Suero del antígeno específico de próstata se utiliza en cáncer de próstata de selección, la estratificación del riesgo y el seguimiento posterior al tratamiento.
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