Der Hauptunterschied zwischen Aspartylcystein- und Serinproteasen sind ihre funktionellen Gruppen, die als katalytische Reste wirken. Die funktionelle Gruppe, die als katalytische Reste der Aspartylprotease wirkt, ist eine Carbonsäuregruppe, während bei der Cysteinprotease eine Thiol- oder Sulfhydrylgruppe als funktionelle Gruppe am katalytischen Rest wirkt und bei der Serinprotease eine Hydroxylgruppe oder ein Alkohol wirkt als funktionelle Gruppe am katalytischen Rest.
Proteasen sind Enzyme, die die Proteolyse katalysieren, also den Abbau von Proteinen in kleinere Polypeptide oder Aminosäuren. Dieser Prozess findet statt, indem Peptidbindungen innerhalb von Proteinen durch einen Hydrolyseprozess gesp alten werden. Proteasen sind an vielen biologischen Funktionen beteiligt, wie der Verdauung von aufgenommenen Proteinen, dem Katabolismus von Proteinen und der Zellsignalisierung. Proteasen kommen in allen Lebensformen vor. Aspartyl, Cystein und Serin sind drei wichtige Proteasen, die eine Schlüsselrolle in lebenden Organismen spielen.
Was sind Aspartyl-Proteasen?
Aspartylproteasen sind eine Art proteinbrechender Enzyme. Sie haben zwei hoch konservierte Aspartate im aktiven Zentrum und sind bei saurem pH-Wert optimal aktiv. Diese Proteasen sp alten Dipeptidbindungen, die hydrophobe Reste sowie eine beta-Methylengruppe aufweisen. Der katalytische Mechanismus der Aspartylprotease ist ein Säure-Base-Mechanismus. Dabei wird ein Wassermolekül mit zwei Aspartatresten koordiniert. Ein Aspartat aktiviert das Wassermolekül, indem es ein Proton entfernt. Dies ermöglicht dem Wasser einen nukleophilen Angriff auf den Carbonylkohlenstoff des Substrats. Als Ergebnis erzeugt es ein tetraedrisches Oxyanion-Zwischenprodukt, das durch Wasserstoffbrückenbindungen mit dem zweiten Aspartatrest stabilisiert wird. Die Umlagerung dieses Zwischenprodukts ist für die Aufsp altung des Peptids in zwei Peptidprodukte verantwortlich.
Abbildung 01: Aspartyl-Protease
Es gibt fünf Superfamilien von Aspartat-Proteasen: Clan AA, eine Familie, Clan AC, eine Signalpeptidase-II-Familie, Clan AD, eine Presenilin-Familie, Clan AE, eine GPR-Endopeptidase-Familie, und Clan AF, eine Omptin-Familie.
Was sind Cysteinproteasen?
Cysteinproteasen sind eine Gruppe von Hydrolase-Enzymen, die Proteine abbauen. Sie zeigen einen katalytischen Mechanismus, an dem ein nukleophiles Cysteinthiol in einer katalytischen Triade oder Dyade beteiligt ist. Der erste Schritt im katalytischen Mechanismus von Cysteinproteasen ist die Deprotonierung. Die Thiolgruppe wird innerhalb des aktiven Zentrums des Enzyms durch eine benachbarte Aminosäure wie Histidin, die eine basische Seitenkette hat, deprotoniert. Der nächste Schritt ist der nukleophile Angriff des deprotonierten anionischen Schwefels von Cystein auf das Substrat. Hier wird das Fragment des Substrats mit einem Amin freigesetzt, und der Histidinrest in der Protease stellt seine deprotonierte Form wieder her. Dies führt zur Bildung des Thioester-Zwischenprodukts des Substrats, das den neuen Carboxy-Terminus mit dem Cystein-Thiol verbindet. Die Thioesterbindung hydrolysiert, um eine Carbonsäureeinheit auf dem verbleibenden Substratfragment zu erzeugen.
Abbildung 02: Cysteinprotease
Cysteinproteasen spielen mehrere Rollen in Physiologie und Entwicklung. In Pflanzen spielen sie eine wichtige Rolle bei Wachstum, Entwicklung, Akkumulation und Mobilisierung von Speicherproteinen. Beim Menschen sind sie wichtig für die Seneszenz und Apoptose, Immunantworten, die Prohormonverarbeitung und den Umbau der extrazellulären Matrix zur Zapfenentwicklung.
Was sind Serinproteasen?
Serinproteasen sind ebenfalls eine Gruppe proteolytischer Enzyme, die Peptidbindungen in Proteinen sp alten. Serin dient als nukleophile Aminosäure am aktiven Zentrum des Enzyms. Diese sind sowohl in Eukaryoten als auch in Prokaryoten vorhanden. Serinproteasen werden normalerweise durch eine charakteristische Struktur, die aus zwei Beta-Barrel-Domänen besteht, die am aktiven katalytischen Zentrum zusammenlaufen, und auch basierend auf ihrer Substratspezifität in verschiedene Kategorien eingeteilt. Sie sind Trypsin-ähnlich, Chymotrypsin-ähnlich, Thrombin-ähnlich, Elastase-ähnlich und Subtilisin-ähnlich.
Abbildung 03: Serinprotease
Trypsin-ähnliche Proteasen sp alten Peptidbindungen nach einer positiv geladenen Aminosäure wie Lysin oder Arginin. Sie sind spezifisch für negativ geladene Reste wie Asparaginsäure oder Glutaminsäure. Chymotrypsin-ähnliche Proteasen sind hydrophober. Ihre Spezifität liegt bei großen hydrophoben Resten wie Tyrosin, Tryptophan und Phenylalanin. Thrombinähnliche Proteasen umfassen Thrombin, das ein gewebeaktivierendes Plasminogen ist, und Plasmin. Diese helfen bei der Blutgerinnung und Verdauung sowie in der Pathophysiologie bei neurodegenerativen Erkrankungen. Elastase-ähnliche Proteasen bevorzugen Reste wie Alanin, Glycin und Valin. Subtilisin-ähnliche Proteasen umfassen Serin in Prokaryonten. Es teilt einen katalytischen Mechanismus, der eine katalytische Triade nutzt, um ein nukleophiles Serin zu erzeugen. Die Regulation der Serin-Protease-Aktivität erfordert eine initiale Protease-Aktivierung und Sekretion von Inhibitoren.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen Aspartyl-Cystein und Serin-Proteasen?
- Aspartyl-, Cystein- und Serinproteasen katalysieren den Abbau von Proteinen durch Sp altung von Peptidbindungen.
- Die Mechanismen sind ähnlich, wenn die Reste des aktiven Zentrums die Peptidbindungen angreifen, wodurch sie brechen.
- Alle enth alten Nucleophile.
- Das sind alles Proteine.
Was ist der Unterschied zwischen Aspartyl-Cystein und Serin-Proteasen?
Der Hauptunterschied zwischen Aspartylcystein- und Serinproteasen hängt von ihrer funktionellen Gruppe ab, die als katalytische Reste fungiert. Bei Aspartylprotease fungiert eine Carbonsäuregruppe als funktionelle Gruppe, während bei Cysteinprotease eine Thiol- oder Sulfhydrylgruppe als funktionelle Gruppe fungiert und bei Serinprotease eine Hydroxylgruppe oder ein Alkohol als funktionelle Gruppe fungiert.
Aspartylproteasen haben ein aktives Zentrum für Aspartat, während Cysteinproteasen ein aktives Zentrum für Cystein haben. Der Rest der aktiven Stelle der Serinprotease ist eine Hydroxylgruppe. Somit ist dies auch ein weiterer Unterschied zwischen Aspartylcystein- und Serinproteasen. Im Gegensatz zu Serin- und Cysteinproteasen bilden Aspartylproteasen während des Sp altungsprozesses kein kovalentes Zwischenprodukt. Daher erfolgt die Proteolyse für Aspartylproteasen in einem einzigen Schritt.
Die folgende Infografik zeigt die Unterschiede zwischen Aspartyl-Cystein- und Serin-Proteasen in tabellarischer Form zum direkten Vergleich.
Zusammenfassung – Aspartyl-Cystein vs. Serin-Proteasen
Proteasen sind Enzyme, die den Abbau von Proteinen in kleinere Polypeptide oder Aminosäuren katalysieren. Der Hauptunterschied zwischen Aspartylcystein- und Serinproteasen ist die funktionelle Gruppe, die als ihr katalytischer Rest fungiert. Eine Carbonsäuregruppe wirkt als funktionelle Gruppe in Aspartylprotease, während eine Thiol- oder Sulfhydrylgruppe als funktionelle Gruppe in Cysteinprotease wirkt. Als funktionelle Gruppe in der Serinprotease fungiert eine Hydroxylgruppe oder ein Alkohol.
