Η βασική διαφορά μεταξύ της ασπαρτυλοκυστεΐνης και των πρωτεασών σερίνης είναι οι λειτουργικές τους ομάδες που δρουν ως καταλυτικά υπολείμματα. Η λειτουργική ομάδα που δρα ως καταλυτικά υπολείμματα της ασπαρτυλ πρωτεάσης είναι μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος, ενώ στην πρωτεάση κυστεΐνης, μια ομάδα θειόλης ή σουλφυδρυλίου δρα ως λειτουργική ομάδα στο καταλυτικό υπόλειμμα και στην πρωτεάση σερίνης, μια ομάδα υδροξυλίου ή μια αλκοόλη δρα. ως λειτουργική ομάδα στο καταλυτικό υπόλειμμα.
Οι πρωτεάσες είναι ένζυμα που καταλύουν την πρωτεόλυση, η οποία είναι η διάσπαση των πρωτεϊνών σε μικρότερα πολυπεπτίδια ή αμινοξέα. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα με διάσπαση πεπτιδικών δεσμών εντός των πρωτεϊνών με μια διαδικασία υδρόλυσης. Οι πρωτεάσες εμπλέκονται σε πολλές βιολογικές λειτουργίες, όπως η πέψη των προσλαμβανόμενων πρωτεϊνών, ο καταβολισμός των πρωτεϊνών και η κυτταρική σηματοδότηση. Οι πρωτεάσες υπάρχουν σε όλες τις μορφές ζωής. Το ασπαρτύλ, η κυστεΐνη και η σερίνη είναι τρεις σημαντικές πρωτεάσες που παίζουν βασικό ρόλο στους ζωντανούς οργανισμούς.
Τι είναι οι πρωτεάσες ασπαρτύλ;
Οι ασπαρτύλ πρωτεάσες είναι ένας τύπος ενζύμων που διασπούν τις πρωτεΐνες. Έχουν δύο εξαιρετικά διατηρημένα ασπαρτικά στη δραστική θέση και είναι βέλτιστα ενεργά σε όξινο pH. Αυτές οι πρωτεάσες διασπούν τους διπεπτιδικούς δεσμούς που έχουν υδρόφοβα υπολείμματα καθώς και μια ομάδα βήτα-μεθυλενίου. Ο καταλυτικός μηχανισμός της ασπαρτυλ πρωτεάσης είναι ένας μηχανισμός οξέος-βάσης. Αυτό περιλαμβάνει τον συντονισμό ενός μορίου νερού με δύο υπολείμματα ασπαρτικού. Ένα ασπαρτικό ενεργοποιεί το μόριο του νερού αφαιρώντας ένα πρωτόνιο. Αυτό επιτρέπει στο νερό να εκτελέσει μια πυρηνόφιλη επίθεση στον άνθρακα καρβονυλίου του υποστρώματος. Ως αποτέλεσμα, δημιουργεί ένα ενδιάμεσο τετραεδρικό οξυανιόν που σταθεροποιείται με δεσμούς υδρογόνου με το δεύτερο ασπαρτικό υπόλειμμα. Η αναδιάταξη αυτού του ενδιάμεσου είναι υπεύθυνη για τη διάσπαση του πεπτιδίου σε δύο πεπτιδικά προϊόντα.
Εικόνα 01: Ασπαρτυλική πρωτεάση
Υπάρχουν πέντε υπεροικογένειες ασπαρτικών πρωτεασών: Clan AA που είναι οικογένεια, Clan AC, που είναι οικογένεια σηματοδοτικής πεπτιδάσης II, Clan AD, που είναι οικογένεια πρεσενιλίνης, Clan AE, που είναι οικογένεια ενδοπεπτιδασών GPR, και Clan AF, που είναι μια οικογένεια όμπτιν.
Τι είναι οι πρωτεάσες κυστεΐνης;
Οι πρωτεάσες κυστεΐνης είναι μια ομάδα ενζύμων υδρολάσης που αποικοδομούν τις πρωτεΐνες. Δείχνουν έναν καταλυτικό μηχανισμό που περιλαμβάνει μια πυρηνόφιλη θειόλη κυστεΐνης σε μια καταλυτική τριάδα ή δυάδα. Το αρχικό βήμα στον καταλυτικό μηχανισμό των πρωτεασών κυστεΐνης είναι η αποπρωτονίωση. Η ομάδα θειόλης αποπρωτονιώνεται εντός της ενεργού θέσης του ενζύμου από ένα παρακείμενο αμινοξύ όπως η ιστιδίνη, η οποία έχει μια βασική πλευρική αλυσίδα. Το επόμενο βήμα είναι η πυρηνόφιλη επίθεση από το αποπρωτονωμένο ανιονικό θείο της κυστεΐνης στο υπόστρωμα. Εδώ, το θραύσμα του υποστρώματος απελευθερώνεται με μια αμίνη και το υπόλειμμα ιστιδίνης στην πρωτεάση αποκαθιστά την αποπρωτονιωμένη μορφή του. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό του ενδιάμεσου θειοεστέρα του υποστρώματος, που συνδέει το νέο καρβοξυτελικό άκρο με τη θειόλη κυστεΐνης. Ο θειοεστερικός δεσμός υδρολύεται για να δημιουργήσει τμήμα καρβοξυλικού οξέος στο υπόλοιπο τμήμα του υποστρώματος.
Εικόνα 02: Πρωτεάση Κυστεΐνης
Οι πρωτεάσες κυστεΐνης παίζουν πολλαπλούς ρόλους στη φυσιολογία και την ανάπτυξη. Στα φυτά, παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη, την ανάπτυξη, τη συσσώρευση και την κινητοποίηση των πρωτεϊνών αποθήκευσης. Στον άνθρωπο, είναι σημαντικά για τη γήρανση και την απόπτωση, τις ανοσολογικές αποκρίσεις, την επεξεργασία προορμονών και την αναδιαμόρφωση της εξωκυτταρικής μήτρας για την ανάπτυξη του κώνου.
Τι είναι οι πρωτεάσες σερίνης;
Οι πρωτεάσες σερίνης είναι επίσης μια ομάδα πρωτεολυτικών ενζύμων που διασπούν τους πεπτιδικούς δεσμούς στις πρωτεΐνες. Η σερίνη χρησιμεύει ως το πυρηνόφιλο αμινοξύ στην ενεργό θέση του ενζύμου. Αυτά υπάρχουν τόσο σε ευκαρυώτες όσο και σε προκαρυώτες. Οι πρωτεάσες σερίνης συνήθως χωρίζονται σε διαφορετικές κατηγορίες από μια χαρακτηριστική δομή που αποτελείται από δύο τομείς βήτα-βαρελιού που συγκλίνουν στην ενεργό καταλυτική θέση και επίσης με βάση την ειδικότητα του υποστρώματος τους. Είναι τύπου τρυψίνης, χυμοθρυψίνης, θρομβίνης, ελαστάσης και σουμπτιλισίνης.
Εικόνα 03: Πρωτεάση σερίνης
Οι πρωτεάσες που μοιάζουν με θρυψίνη διασπούν τους πεπτιδικούς δεσμούς ακολουθώντας ένα θετικά φορτισμένο αμινοξύ όπως η λυσίνη ή η αργινίνη. Είναι ειδικά για αρνητικά φορτισμένα υπολείμματα όπως το ασπαρτικό οξύ ή το γλουταμινικό οξύ. Οι πρωτεάσες που μοιάζουν με χυμοθρυψίνη είναι πιο υδρόφοβες. Η ειδικότητά τους έγκειται στα μεγάλα υδρόφοβα υπολείμματα όπως η τυροσίνη, η τρυπτοφάνη και η φαινυλαλανίνη. Οι πρωτεάσες που μοιάζουν με θρομβίνη περιλαμβάνουν τη θρομβίνη, η οποία είναι ένα πλασμινογόνο που ενεργοποιεί τον ιστό, και την πλασμίνη. Αυτά βοηθούν στην πήξη του αίματος και στην πέψη και επίσης στην παθοφυσιολογία σε νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Οι πρωτεάσες που μοιάζουν με ελαστάση προτιμούν υπολείμματα όπως αλανίνη, γλυκίνη και βαλίνη. Οι πρωτεάσες που μοιάζουν με σουμπτιλισίνη περιλαμβάνουν σερίνη σε προκαρυώτες. Μοιράζεται έναν καταλυτικό μηχανισμό που χρησιμοποιεί μια καταλυτική τριάδα για να δημιουργήσει μια πυρηνόφιλη σερίνη. Η ρύθμιση της δράσης της πρωτεάσης σερίνης απαιτεί μια αρχική ενεργοποίηση πρωτεάσης και έκκριση αναστολέων.
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της ασπαρτυλοκυστεΐνης και των πρωτεασών σερίνης;
- Οι πρωτεάσες ασπαρτύλ, κυστεΐνη και σερίνης καταλύουν τη διάσπαση των πρωτεϊνών με διάσπαση πεπτιδικών δεσμών.
- Οι μηχανισμοί είναι παρόμοιοι όταν τα υπολείμματα της ενεργού θέσης επιτίθενται στους πεπτιδικούς δεσμούς προκαλώντας τη διάσπασή τους.
- Όλα περιέχουν πυρηνόφιλα.
- Όλες είναι πρωτεΐνες.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ασπαρτυλοκυστεΐνης και των πρωτεασών σερίνης;
Η βασική διαφορά μεταξύ της ασπαρτυλοκυστεΐνης και των πρωτεασών σερίνης εξαρτάται από τη λειτουργική τους ομάδα, η οποία δρα ως καταλυτικά υπολείμματα. Στην ασπαρτύλ πρωτεάση, μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος δρα ως λειτουργική ομάδα, ενώ στην πρωτεάση κυστεΐνης, μια ομάδα θειόλης ή σουλφυδρυλίου δρα ως λειτουργική ομάδα και στην πρωτεάση σερίνης, μια ομάδα υδροξυλίου ή μια αλκοόλη δρα ως λειτουργική ομάδα.
Οι ασπαρτύλ πρωτεάσες έχουν μια ενεργή θέση ασπαρτικού, ενώ οι πρωτεάσες κυστεΐνης έχουν μια ενεργή θέση κυστεΐνης. Το υπόλειμμα ενεργού θέσης της πρωτεάσης σερίνης είναι μια υδροξυλομάδα. Έτσι, αυτή είναι επίσης μια άλλη διαφορά μεταξύ της ασπαρτυλοκυστεΐνης και των πρωτεασών σερίνης. Σε αντίθεση με τις πρωτεάσες σερίνης και κυστεΐνης, οι πρωτεάσες ασπαρτύλ δεν σχηματίζουν ένα ομοιοπολικό ενδιάμεσο κατά τη διαδικασία της διάσπασης. Επομένως, η πρωτεόλυση λαμβάνει χώρα σε ένα μόνο βήμα για τις ασπαρτύλ πρωτεάσες.
Το παρακάτω infographic παρουσιάζει τις διαφορές μεταξύ της ασπαρτυλοκυστεΐνης και των πρωτεασών σερίνης σε μορφή πίνακα για σύγκριση δίπλα-δίπλα.
Σύνοψη – Ασπαρτυλοκυστεΐνη εναντίον πρωτεασών σερίνης
Οι πρωτεάσες είναι ένζυμα που καταλύουν τη διάσπαση των πρωτεϊνών σε μικρότερα πολυπεπτίδια ή αμινοξέα. Η βασική διαφορά μεταξύ της ασπαρτυλοκυστεΐνης και των πρωτεασών σερίνης είναι η λειτουργική ομάδα που δρα ως καταλυτικό τους υπόλειμμα. Μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος δρα ως λειτουργική ομάδα στην ασπαρτυλ πρωτεάση, ενώ μια ομάδα θειόλης ή σουλφυδρυλίου δρα ως λειτουργική ομάδα στην πρωτεάση κυστεΐνης. Μια ομάδα υδροξυλίου ή μια αλκοόλη δρα ως λειτουργική ομάδα στην πρωτεάση της σερίνης.
