Cisteína proteasa
| Cisteína peptidasa, clan CA | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Peptidasa_C1 | ||||||||
| Pfam | PF00112 | ||||||||
| Clan Pfam | CL0125 | ||||||||
| Interprofesional | IPR000668 | ||||||||
| ELEGANTE | SM00645 | ||||||||
| PROSITIO | PDOC00126 | ||||||||
| MEROPS | C1 | ||||||||
| SCOP2 | 1aec / ALCANCE / SUPFAM | ||||||||
| Superfamilia OPM | 355 | ||||||||
| Proteína OPM | 1 minuto y 6 segundos | ||||||||
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Las proteasas de cisteína , también conocidas como proteasas de tiol , son enzimas hidrolasas que degradan proteínas . Estas proteasas comparten un mecanismo catalítico común que involucra un tiol de cisteína nucleófilo en una tríada o díada catalítica. [1]
Descubierta por Gopal Chunder Roy en 1873, la primera cisteína proteasa que se aisló y caracterizó fue la papaína , obtenida de Carica papaya . [1] Las cisteína proteasas se encuentran comúnmente en frutas como la papaya , la piña , el higo y el kiwi . La proporción de proteasa tiende a ser mayor cuando la fruta no está madura. De hecho, se sabe que el látex de docenas de familias de plantas diferentes contiene cisteína proteasas. [2] Las cisteína proteasas se utilizan como ingrediente en ablandadores de carne.
Clasificación
El sistema de clasificación de proteasas MEROPS cuenta con 14 superfamilias más varias familias actualmente sin asignar (a partir de 2013), cada una de las cuales contiene muchas familias . Cada superfamilia utiliza la tríada o díada catalítica en un pliegue proteico diferente y, por lo tanto, representa una evolución convergente del mecanismo catalítico .
En el caso de las superfamilias , P indica una superfamilia que contiene una mezcla de familias de clases de nucleófilos y C indica cisteína proteasas puras. Dentro de cada superfamilia, las familias se designan por su nucleófilo catalítico (C denota cisteína proteasas).
Familias de cisteína proteasas Superfamilia Familias Ejemplos California C1, C2, C6, C10, C12, C16, C19, C28, C31, C32, C33, C39, C47, C51, C54, C58, C64, C65, C66, C67, C70, C71, C76, C78, C83, C85, C86, C87, C93, C96, C98, C101
Papaína ( Carica papaya ), [3] bromelina ( Ananas comosus ), catepsina K ( hepática ) [4] y calpaína ( Homo sapiens ) [5] CD C11, C13, C14, C25, C50, C80, C84 Caspasa 1 ( Rattus norvegicus ) y separasa ( Saccharomyces cerevisiae ) CE C5, C48, C55, C57, C63, C79 Adenaína ( adenovirus humano tipo 2) CF C15 Piroglutamil-peptidasa I ( Bacillus amyloliquefaciens ) CL C60, C82 Sortasa A ( Staphylococcus aureus ) CENTÍMETRO C18 Peptidasa 2 del virus de la hepatitis C ( virus de la hepatitis C ) CN C9 Peptidasa nsP2 tipo virus Sindbis ( virus sindbis ) CO C40 Dipeptidil-peptidasa VI ( Lysinibacillus sphaericus ) CP C97 Peptidasa DeSI-1 ( Mus musculus ) Pensilvania C3 , C4 , C24, C30 , C37, C62, C74, C99 Proteasa TEV ( virus del grabado del tabaco ) Pb C44, C45, C59, C69, C89, C95 Precursor de la amidofosforibosiltransferasa ( Homo sapiens ) ordenador personal C26, C56 Gamma-glutamil hidrolasa ( Rattus norvegicus ) PD C46 Proteína de erizo ( Drosophila melanogaster ) Educación Física P1 DmpA aminopeptidasa ( Brucella anthropi ) Sin asignar C7, C8, C21, C23, C27, C36, C42, C53, C75
Mecanismo catalítico
El primer paso en el mecanismo de reacción por el cual las cisteína proteasas catalizan la hidrólisis de enlaces peptídicos es la desprotonación de un tiol en el sitio activo de la enzima por un aminoácido adyacente con una cadena lateral básica , generalmente un residuo de histidina . El siguiente paso es el ataque nucleofílico por el azufre aniónico de la cisteína desprotonada en el carbono carbonílico del sustrato . En este paso, se libera un fragmento del sustrato con un extremo amino , el residuo de histidina en la proteasa se restaura a su forma desprotonada y se forma un intermedio tioéster que une el nuevo extremo carboxiterminal del sustrato al tiol de cisteína . Por lo tanto, a veces también se las denomina tiol proteasas. El enlace tioéster se hidroliza posteriormente para generar una fracción de ácido carboxílico en el fragmento de sustrato restante, mientras se regenera la enzima libre. [6]
Importancia biológica
Las cisteína proteasas desempeñan papeles multifacéticos, prácticamente en cada aspecto de la fisiología y el desarrollo. En las plantas son importantes en el crecimiento y desarrollo y en la acumulación y movilización de proteínas de almacenamiento como en las semillas. Además, están involucradas en las vías de señalización y en la respuesta a estreses bióticos y abióticos . [7] En humanos y otros animales, son responsables de la senescencia y la apoptosis (muerte celular programada), las respuestas inmunes MHC clase II , el procesamiento de prohormonas y la remodelación de la matriz extracelular importante para el desarrollo óseo. La capacidad de los macrófagos y otras células para movilizar cisteína proteasas elastolíticas a sus superficies bajo condiciones especializadas también puede conducir a una degradación acelerada de colágeno y elastina en sitios de inflamación en enfermedades como la aterosclerosis y el enfisema . [8] Varios virus (como la polio y la hepatitis C ) expresan todo su genoma como una única poliproteína masiva y utilizan una proteasa para escindirla en unidades funcionales (por ejemplo, la proteasa del virus del grabado del tabaco ).
Regulación
La actividad de las cisteína proteasas está regulada por unos pocos mecanismos generales, que incluyen la producción de zimógenos , expresión selectiva, modificación del pH, compartimentación celular y regulación de su actividad enzimática por inhibidores endógenos , que aparentemente es el mecanismo más eficiente asociado con la regulación de la actividad de las cisteína proteasas. [6]
Las proteasas se sintetizan generalmente como grandes proteínas precursoras llamadas zimógenos , como los precursores de la serina proteasa tripsinógeno y quimotripsinógeno , y el precursor de la proteasa aspártica pepsinógeno . La proteasa se activa mediante la eliminación de un segmento inhibidor o proteína. La activación se produce una vez que la proteasa se administra a un compartimento intracelular específico (por ejemplo, el lisosoma ) o entorno extracelular (por ejemplo, el estómago ). Este sistema evita que la célula que produce la proteasa sea dañada por ella.
Los inhibidores de proteasas son generalmente proteínas con dominios que entran o bloquean un sitio activo de proteasa para impedir el acceso al sustrato . En la inhibición competitiva , el inhibidor se une al sitio activo, impidiendo así la interacción enzima-sustrato. En la inhibición no competitiva , el inhibidor se une a un sitio alostérico , que altera el sitio activo y lo vuelve inaccesible al sustrato.
Los ejemplos de inhibidores de proteasa incluyen:
Usos
Productos farmacéuticos potenciales
Actualmente no hay un uso generalizado de las cisteína proteasas como antihelmínticos aprobados y efectivos , pero la investigación sobre el tema es un campo de estudio prometedor. Se ha descubierto que las cisteína proteasas vegetales aisladas de estas plantas tienen altas actividades proteolíticas que se sabe que digieren las cutículas de los nematodos , con muy baja toxicidad. [9] Se han informado resultados exitosos contra nematodos como Heligmosomoides bakeri , Trichinella spiralis , Nippostrongylus brasiliensis , Trichuris muris y Ancylostoma ceylanicum ; la tenia Rodentolepis microstoma y el parásito acantocéfalo porcino Macracanthorhynchus hirundinaceus . [10] Una propiedad útil de las cisteína proteasas es la resistencia a la digestión ácida, lo que permite una posible administración oral . Proporcionan un mecanismo de acción alternativo a los antihelmínticos actuales y se piensa que el desarrollo de resistencia es poco probable porque requeriría un cambio completo de la estructura de la cutícula del helminto .
En varias medicinas tradicionales , los frutos o el látex de la papaya, la piña y el higo se utilizan ampliamente para el tratamiento de infecciones por gusanos intestinales tanto en humanos como en el ganado .
Otro
Las cisteína proteasas se utilizan como aditivos alimentarios para el ganado para mejorar la digestibilidad de las proteínas y los aminoácidos. [11]
Véase también
- Proteasa
- Enzima
- Proteólisis
- Tríada catalítica
- Evolución convergente
- Clan de PA
- El mapa de la proteólisis
- Inhibidor de la proteasa (farmacología)
- Inhibidor de la proteasa (biología)
- TopFIND : base de datos sobre especificidad de proteasas, sustratos, productos e inhibidores
- MEROPS – base de datos de grupos evolutivos de proteasas
Referencias
- ^ ab Rawat, Aadish; Roy, Mrinalini; Jyoti, Anupam; Kaushik, Sanket; Verma, Kuldeep; Srivastava, Vijay Kumar (agosto de 2021). "Cisteína proteasas: lucha contra los protozoos parásitos patógenos con enzimas omnipresentes". Investigación microbiológica . 249 : 126784. doi : 10.1016/j.micres.2021.126784 . ISSN 1618-0623. PMID 33989978. S2CID 234597200.
- ^ Domsalla A, Melzig MF (junio de 2008). "Presencia y propiedades de las proteasas en los látex de las plantas". Planta Medica . 74 (7): 699–711. doi : 10.1055/s-2008-1074530 . PMID 18496785.
- ^ Mitchel RE, Chaiken IM, Smith EL (julio de 1970). "La secuencia completa de aminoácidos de la papaína. Adiciones y correcciones". The Journal of Biological Chemistry . 245 (14): 3485–92. doi : 10.1016/S0021-9258(18)62954-0 . PMID 5470818.
- ^ Sierocka I, Kozlowski LP, Bujnicki JM, Jarmolowski A, Szweykowska-Kulinska Z (junio de 2014). "La expresión génica específica de las hembras en la hepática dioica Pellia endiviifolia está regulada por el desarrollo y conectada con la producción de arquegonios". BMC Plant Biology . 14 : 168. doi : 10.1186/1471-2229-14-168 . PMC 4074843 . PMID 24939387.
- ^ Sorimachi H, Ohmi S, Emori Y, Kawasaki H, Saido TC, Ohno S, et al. (mayo de 1990). "Un nuevo miembro de la familia de proteasas de cisteína dependientes del calcio". Química biológica Hoppe-Seyler . 371 Suppl: 171–6. PMID 2400579.
- ^ ab Roy, Mrinalini; Rawat, Aadish; Kaushik, Sanket; Jyoti, Anupam; Srivastava, Vijay Kumar (mayo de 2022). "Inhibidores endógenos de cisteína proteasa en la mayoría de los protozoos parásitos patógenos". Investigación Microbiológica . 261 : 127061. doi : 10.1016/j.micres.2022.127061 . PMID 35605309. S2CID 248741177.
- ^ Grudkowska M, Zagdańska B (2004). "Papel multifuncional de las cisteína proteasas vegetales". Acta Biochimica Polonica . 51 (3): 609–24. doi : 10.18388/abp.2004_3547 . PMID 15448724.
- ^ Chapman HA, Riese RJ, Shi GP (1997). "Funciones emergentes de las proteasas de cisteína en la biología humana". Revisión anual de fisiología . 59 : 63–88. doi :10.1146/annurev.physiol.59.1.63. PMID 9074757.
- ^ Stepek G, Behnke JM, Buttle DJ, Duce IR (julio de 2004). "¿Cisteína proteasas vegetales naturales como antihelmínticos?". Tendencias en parasitología . 20 (7): 322–7. doi :10.1016/j.pt.2004.05.003. PMID 15193563.
- ^ Behnke JM, Buttle DJ, Stepek G, Lowe A, Duce IR (septiembre de 2008). "Desarrollo de nuevos antihelmínticos a partir de cisteína proteasas vegetales". Parasites & Vectors . 1 (1): 29. doi : 10.1186/1756-3305-1-29 . PMC 2559997 . PMID 18761736.
- ^ O'Keefe, Terrence (6 de abril de 2012). "Las enzimas proteasas mejoran la digestibilidad de los aminoácidos". Wattagnet . Consultado el 6 de enero de 2018 .
Enlaces externos
- La base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: Peptidasas de cisteína Archivado el 4 de abril de 2017 en Wayback Machine
- Cisteína+endopeptidasas en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
