Cisteína proteasas

Las cisteína proteasas , también conocidas como cisteína endopeptidasas o tiol proteasas ( EC 3.4.22), son un grupo de enzimas proteolíticas ( endopeptidasas ) que escinden las moléculas de proteína en sus aminoácidos constituyentes mediante la hidrólisis del enlace peptídico . La composición de estas proteasas incluye necesariamente cisteína y su actividad catalítica depende del grupo sulfhidrilo o tiol (grupo -SH-).

Las proteasas de cisteína se encuentran comúnmente en frutas como la papaya , la piña , los higos y el kiwi . La proporción de proteasa en las frutas depende de la madurez, cuanto más maduras, menos están contenidas en la fruta. Se sabe que docenas de látex de varias familias de plantas contienen proteasas de cisteína [1] . Las tiol proteasas se utilizan como ingrediente en ablandadores de carne.

Clasificación

El sistema de clasificación de proteasas MEROPS tiene 14 superfamilias más varias familias no designadas (desde 2013), cada una de las cuales contiene una gran cantidad de familias. Cada superfamilia usa una tríada o díada catalítica en diferentes pliegues de proteínas y, por lo tanto, representa una evolución convergente del mecanismo catalítico.

Para las superfamilias, P = superfamilia que consiste en una mezcla de familias de clases de nucleófilos, C = superfamilia de cisteína proteasas puras. Dentro de cada superfamilia, sus familias se denominan nucleófilos catalíticos (C = cisteína proteasa).

La tabla muestra todas las superfamilias de cisteína proteasas:

Mecanismo de catálisis

El primer paso en el mecanismo de reacción por el cual las cisteína proteasas catalizan la hidrólisis de los enlaces peptídicos es la desprotonación del tiol en el sitio activo de la enzima por un aminoácido adyacente con una cadena lateral en el esqueleto, generalmente un residuo de histidina . El siguiente paso es el ataque nucleofílico del azufre aniónico de la cisteína desprotonada sobre el carbonilo de la base. En esta etapa, el fragmento de sustrato con el extremo amina se libera, el residuo de histidina en la proteasa se reduce a la forma desprotonada y se forma un tioéter intermedio que une el nuevo extremo carboxi del sustrato a la cisteína tiol. Por lo tanto, a veces también se denominan tiol proteasas. A continuación, el enlace tioéter se hidroliza para formar un resto de ácido carboxílico en el resto del sustrato mientras se regenera la enzima libre.

Reglamento

Las proteasas generalmente se sintetizan como grandes proteínas precursoras llamadas zimógenos, por ejemplo, los precursores de la serina proteasa tripsinógeno y quimotripsinógeno y pepsinógeno, un precursor de la proteasa aspártica. La proteasa se activa mediante la eliminación de un segmento inhibidor o proteína. La activación se produce cuando la proteasa se envía a un compartimento intracelular específico (como el lisosoma ) o al entorno extracelular (como la luz gástrica). Este sistema previene el daño a las células que producen proteasa.

Los inhibidores de la proteasa son típicamente proteínas con dominios que internan o bloquean el sitio activo de la proteasa para evitar el acceso al sustrato. En la inhibición competitiva, el inhibidor se une al sitio activo, evitando así la interacción de la enzima con el sustrato. En la inhibición no competitiva, el inhibidor se une a un sitio alostérico, lo que cambia la conformación del sitio activo y lo hace inaccesible al sustrato.

Ejemplos de inhibidores de la proteasa:

• serpientes
• Stephins
• inhibidores de la apoptosis .

Importancia biológica

Las cisteína proteasas desempeñan un papel multifacético en prácticamente todos los aspectos de la fisiología y el desarrollo. En las plantas , son importantes para el crecimiento y desarrollo, y para la acumulación y movilización de proteínas de almacenamiento como las semillas. Además, están involucrados en vías de señalización y en respuesta a estreses bióticos y abióticos [5] . En humanos y otros animales, son responsables del envejecimiento y la apoptosis (muerte celular programada), las respuestas inmunitarias de proteínas MHC de clase II, el procesamiento de prohormonas y la remodelación de la matriz extracelular , importantes para el desarrollo óseo. La capacidad de los macrófagos y otras células para movilizar cisteína proteasas elastolíticas en su superficie en condiciones especializadas también puede acelerar la degradación del colágeno y la elastina en los sitios de inflamación en enfermedades como la aterosclerosis y el enfisema [6] . Varios virus (por ejemplo , poliomielitis , hepatitis C ) expresan su genoma completo como un polipéptido masivo simple y usan una proteasa para dividirlo en unidades funcionales (por ejemplo, la proteasa del virus del grabado del tabaco ).

Aplicación

Como productos farmacéuticos potenciales

Actualmente, el uso de cisteína proteasas como fármacos antihelmínticos aprobados y efectivos está muy extendido. Se ha encontrado que las cisteína proteasas vegetales aisladas de ellas tienen una alta actividad proteolítica, que se sabe que escinde (hidroliza) la cutícula del nematodo y tiene una toxicidad muy baja [7] . Se han reportado resultados exitosos usando cisteína proteasas contra nematodos como Heligmosomoides bakeri , Trichinella spiralis , Nippostrongylus brasiliensis , Trichuris muris y Ancylostoma ceylanicum ; tenias - Rodentolepis microstoma , así como acantocéfalo porcino - un parásito de Macracanthorynchus hirundinaceus [8] . Una propiedad útil de las cisteína proteasas es su resistencia al ambiente ácido del estómago, lo que permite su administración oral. Proporcionan un mecanismo de acción alternativo para los antihelmínticos modernos y el desarrollo de resistencia se considera improbable, ya que requeriría una reestructuración completa de la cutícula del helminto.

Otro

Las cisteína proteasas se utilizan como aditivos alimentarios para el ganado como potenciadores de la digestibilidad de proteínas y ácidos nucleicos [9] .

Notas

1. ↑ Domsalla A. , Melzig MF Ocurrencia y propiedades de proteasas en látex vegetales.  (Inglés)  // Planta médica. - 2008. - Vol. 74, núm. 7 . - Pág. 699-711. -doi : 10.1055 / s-2008-1074530 . —PMID 18496785 .
2. ↑ Mitchell RE , Chaiken IM , Smith EL La secuencia completa de aminoácidos de la papaína. Adiciones y correcciones.  (Inglés)  // El Diario de química biológica. - 1970. - vol. 245, núm. 14 _ - Pág. 3485-3492. —PMID 5470818 .
3. ↑ Sierocka I. , Kozlowski LP , Bujnicki JM , Jarmolowski A. , Szweykowska-Kulinska Z. La expresión génica específica femenina en la hepática dioica Pellia endiviifolia está regulada por el desarrollo y conectada a la producción de arquegonios.  (Inglés)  // Biología vegetal BMC. - 2014. - Vol. 14. - Pág. 168. - doi : 10.1186/1471-2229-14-168 . — PMID 24939387 .
4. ↑ Sorimachi H. , Ohmi S. , Emori Y. , Kawasaki H. , Saido TC , Ohno S. , Minami Y. , Suzuki K. Un nuevo miembro de la familia de cisteína proteasas dependientes del calcio.  (Inglés)  // Química biológica Hoppe-Seyler. - 1990. - vol. 371 Supl. - Pág. 171-176. —PMID 2400579 .
5. ↑ Grudkowska M., Zagdańska B. Función multifuncional de las cisteína proteinasas vegetales  (neopr.)  // Acta Biochim. Pol.. - 2004. - T. 51 , N º 3 . - S. 609-624 . — PMID 15448724 .
6. ↑ Chapman HA, Riese RJ, Shi GP Funciones emergentes de las cisteína proteasas en la biología humana  // Reseñas anuales  : revista  . - 1997. - vol. 59 . - Pág. 63-88 . - doi : 10.1146/annurev.fisiol.59.1.63 . —PMID 9074757 .
7. ↑ Stepek G., Behnke JM, Buttle DJ, Duce IR ¿Cisteína de plantas naturales como antihelmínticos? (Español)  // Tendencias : diario. - 2004. - julio ( vol. 20 , no. 7 ). - pág. 322-327 . -doi : 10.1016/ j.pt.2004.05.003 . —PMID 15193563 .
8. ↑ Behnke JM, Buttle DJ, Stepek G., Lowe A., Duce IR Desarrollando nuevos antihelmínticos a partir de proteinasas de cisteína de plantas  //  Parásitos y vectores : diario. - 2008. - Vol. 1 , no. 1 . — Pág. 29 . -doi : 10.1186/ 1756-3305-1-29 . —PMID 18761736 .
9. ↑ O'Keefe, Terrence Las enzimas proteasas mejoran la digestibilidad de los aminoácidos . Wattagnet (6 de abril de 2012). Recuperado: 6 de enero de 2018. (indefinido)