Cisteína proteasa
Las Cisteína proteasas, también conocidas como tiol proteasas, son enzimas hidrolasas que degradan las proteínas. Estas proteasas comparten un mecanismo catalítico común que involucra una cisteína tiol nucleófila en una tríada o díada catalítica.
Descubierta por Gopal Chunder Roy en 1873, la primera cisteína proteasa aislada y caracterizada fue la papaína, obtenida de Carica papaya. 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 el fruto está inmaduro. De hecho, se sabe que el látex de docenas de familias de plantas diferentes contiene cisteína proteasas. 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 no asignadas (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.
Para superfamilias, P indica una superfamilia que contiene una mezcla de familias de clases de nucleófilos y C indica proteasas puramente de cisteína. superfamilia. Dentro de cada superfamilia, las familias se designan por su nucleófilo catalítico (C denota cisteína proteasas).
Familias de proteases de cisteína Superfamilia Familia Ejemplos CA 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
PapainCarica papaya, bromelaína ( )Ananas comosus), cathepsin K (hepática) y calpaína (Homo sapiens) CD C11, C13, C14, C25, C50, C80, C84 Caspase 1Rattus norvegicus) y separar (Saccharomyces cerevisiae) CE C5, C48, C55, C57, C63, C79 Adenain (tipo de adenovirus humano 2) CF C15 Pyroglutamyl-peptidase IBacillus amyloliquefaciens) CL C60, C82 Sortase AStaphylococcus aureus) CM C18 Hepatitis C virus peptidase 2 (virus hepatitis C) CN C9 Sindbis virus-type nsP2 peptidase (virus del sindbis) CO C40 Dipeptidyl-peptidase VILysinibacillus sphaericus) CP C97 DeSI-1 peptidaseMus musculus) PA C3, C4, C24, C30, C37, C62, C74, C99 TEV proteasa (virus del tabaco, etc.) PB C44, C45, C59, C69, C89, C95 Amidophosphoribosyltransferase precursor (en inglés)Homo sapiens) PC C26, C56 Hidrolase de gamma-glutamiloRattus norvegicus) PD C46 Proteína de hedgehogDrosophila melanogaster) PE P1 DmpA aminopeptidaseBrucella anthropi) no asignados C7, C8, C21, C23, C27, C36, C42, C53, C75
Mecanismo catalítico
El primer paso en el mecanismo de reacción mediante 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 parte del azufre aniónico de la cisteína desprotonada sobre el carbono carbonilo del sustrato. En este paso, se libera un fragmento del sustrato con un extremo amina, el residuo de histidina en la proteasa se restaura a su forma desprotonada y se forma un intermediario tioéster que une el nuevo extremo carboxi del sustrato con la cisteína tiol. Por lo tanto, a veces también se las denomina tiol proteasas. Posteriormente, el enlace tioéster se hidroliza para generar un resto de ácido carboxílico en el fragmento de sustrato restante, mientras se regenera la enzima libre.
Importancia biológica
Las cisteína proteasas desempeñan funciones multifacéticas, prácticamente en todos los aspectos 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, participan en vías de señalización y en la respuesta a estreses bióticos y abióticos. En humanos y otros animales, son responsables de la senescencia y la apoptosis (muerte celular programada), las respuestas inmunitarias del MHC de 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 en condiciones especializadas también puede conducir a una degradación acelerada del colágeno y la elastina en sitios de inflamación en enfermedades como la aterosclerosis y el enfisema. 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).
Reglamento
La actividad de las cisteína proteasas está regulada por algunos 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.
Las proteasas generalmente se sintetizan como proteínas precursoras grandes 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 o proteína inhibidora. La activación se produce una vez que la proteasa se entrega a un compartimento intracelular específico (por ejemplo, el lisosoma) o un entorno extracelular (por ejemplo, el estómago). Este sistema evita que la célula que produce la proteasa sea dañada por ésta.
Los inhibidores de proteasa suelen ser proteínas con dominios que ingresan o bloquean un sitio activo de proteasa para impedir el acceso al sustrato. En la inhibición competitiva, el inhibidor se une al sitio activo, evitando así la interacción enzima-sustrato. En la inhibición no competitiva, el inhibidor se une a un sitio alostérico, lo que altera el sitio activo y lo vuelve inaccesible al sustrato.
Ejemplos de inhibidores de proteasa incluyen:
- Serpins
- Stefins
- IAPs
Usos
Posibles productos farmacéuticos
Actualmente no existe un uso generalizado de cisteína proteasas como antihelmínticos aprobados y eficaces, 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 una toxicidad muy baja. Se han reportado resultados exitosos contra nematodos como Heligmosomoides bakeri, Trichinella espiralis, Nippostrongylus brasiliensis, Trichuris muris y Ancylostoma ceylanicum; la tenia Rodentolepis microstoma y el parásito acantocéfalo porcino Macracanthorhynchus hirundinaceus. 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 cree 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 lombrices intestinales tanto en humanos como en ganado.
Otro
Las cisteína proteasas se utilizan como aditivos alimentarios para el ganado para mejorar la digestibilidad de las proteínas y los aminoácidos.