Het belangrijkste verschil tussen aspartylcysteïne en serineproteasen is hun functionele groepen die fungeren als katalytische residuen. De functionele groep die fungeert als de katalytische resten van aspartylprotease is een carbonzuurgroep, terwijl in cysteïneprotease een thiol- of sulfhydrylgroep fungeert als de functionele groep bij de katalytische rest en in serineprotease een hydroxylgroep of een alcohol fungeert als de functionele groep bij het katalytische residu.
Proteasen zijn enzymen die proteolyse katalyseren, wat de afbraak van eiwitten in kleinere polypeptiden of aminozuren is. Dit proces vindt plaats door peptidebindingen in eiwitten te splitsen door middel van een hydrolyseproces. Proteasen zijn betrokken bij veel biologische functies, zoals de vertering van ingenomen eiwitten, katabolisme van eiwitten en celsignalering. Proteasen zijn aanwezig in alle vormen van leven. Aspartyl, cysteïne en serine zijn drie belangrijke proteasen die een sleutelrol spelen in levende organismen.
Wat zijn Aspartyl Proteasen?
Aspartylproteasen zijn een soort eiwitbrekende enzymen. Ze hebben twee sterk geconserveerde aspartaten in de actieve plaats en ze zijn optimaal actief bij een zure pH. Deze proteasen splitsen dipeptidebindingen die hydrofobe resten hebben, evenals een bèta-methyleengroep. Het katalytische mechanisme van aspartylprotease is een zuur-base-mechanisme. Dit omvat de coördinatie van een watermolecuul met twee aspartaatresiduen. Eén aspartaat activeert het watermolecuul door een proton te verwijderen. Hierdoor kan het water een nucleofiele aanval uitvoeren op de carbonylkoolstof van het substraat. Als resultaat genereert het een tetraëdrisch oxyanion-tussenproduct dat wordt gestabiliseerd door waterstofbruggen met het tweede aspartaatresidu. De herschikking van dit tussenproduct is verantwoordelijk voor de splitsing van het peptide in twee peptideproducten.
Figuur 01: Aspartyl Protease
Er zijn vijf superfamilies van asparagineproteasen: Clan AA, wat een familie is, Clan AC, wat een signaalpeptidase II-familie is, Clan AD, wat een preseniline-familie is, Clan AE, wat een GPR-endopeptidase-familie is, en Clan AF, een omptin-familie.
Wat zijn cysteïneproteasen?
Cysteïneproteasen zijn een groep hydrolase-enzymen die eiwitten afbreken. Ze tonen een katalytisch mechanisme dat een nucleofiel cysteïnethiol in een katalytische triade of dyade omvat. De eerste stap in het katalytische mechanisme van cysteïneproteasen is deprotonering. De thiolgroep wordt gedeprotoneerd in de actieve plaats van het enzym door een aangrenzend aminozuur zoals histidine, dat een basische zijketen heeft. De volgende stap is de nucleofiele aanval door de gedeprotoneerde anionische zwavel van cysteïne op het substraat. Hier komt het fragment van het substraat vrij met een amine en herstelt het histidineresidu in het protease zijn gedeprotoneerde vorm. Dit resulteert in de vorming van het thioester-tussenproduct van het substraat, dat het nieuwe carboxy-uiteinde verbindt met het cysteïne-thiol. De thioesterbinding hydrolyseert om een carbonzuurgroep op het resterende substraatfragment te genereren.
Figuur 02: Cysteïneprotease
Cysteïneproteasen spelen meerdere rollen in fysiologie en ontwikkeling. In planten spelen ze een belangrijke rol bij de groei, ontwikkeling, accumulatie en mobilisatie van opslageiwitten. Bij mensen zijn ze belangrijk bij veroudering en apoptose, immuunresponsen, prohormoonverwerking en hermodellering van extracellulaire matrix voor de ontwikkeling van kegeltjes.
Wat zijn serineproteasen?
Serineproteasen zijn ook een groep proteolytische enzymen die peptidebindingen in eiwitten splitsen. Serine dient als het nucleofiele aminozuur op de actieve plaats van het enzym. Deze zijn aanwezig in zowel eukaryoten als prokaryoten. Serineproteasen worden gewoonlijk onderverdeeld in verschillende categorieën door een onderscheidende structuur die bestaat uit twee bèta-barrel-domeinen die samenkomen op de actieve katalytische plaats en ook gebaseerd op hun substraatspecificiteit. Ze zijn trypsine-achtig, chymotrypsine-achtig, trombine-achtig, elastase-achtig en subtilisine-achtig.
Figuur 03: Serineprotease
Trypsine-achtige proteasen splitsen peptidebindingen na een positief geladen aminozuur zoals lysine of arginine. Ze zijn specifiek voor negatief geladen residuen zoals asparaginezuur of glutaminezuur. Chymotrypsine-achtige proteasen zijn meer hydrofoob. Hun specificiteit ligt bij grote hydrofobe residuen zoals tyrosine, tryptofaan en fenylalanine. Trombine-achtige proteasen omvatten trombine, dat een weefselactiverend plasminogeen is, en plasmine. Deze helpen bij de bloedstolling en de spijsvertering en ook bij de pathofysiologie bij neurodegeneratieve aandoeningen. Elastase-achtige proteasen geven de voorkeur aan residuen zoals alanine, glycine en valine. Subtilisine-achtige proteasen omvatten serine in prokaryoten. Het deelt een katalytisch mechanisme dat gebruik maakt van een katalytische triade om een nucleofiele serine te creëren. De regulatie van de serineprotease-activiteit vereist een initiële protease-activering en secretie van remmers.
Wat zijn de overeenkomsten tussen aspartyl-cysteïne en serineproteasen?
- Aspartyl-, cysteïne- en serineproteasen katalyseren de afbraak van eiwitten door splitsing van peptidebindingen.
- Mechanismen zijn vergelijkbaar waarbij de residuen van de actieve site de peptidebindingen aanvallen waardoor deze breken.
- Alle bevatten nucleofielen.
- Het zijn allemaal eiwitten.
Wat is het verschil tussen aspartyl-cysteïne en serineproteasen?
Het belangrijkste verschil tussen aspartylcysteïne en serineproteasen hangt af van hun functionele groep, die fungeert als de katalytische resten. In aspartylprotease fungeert een carbonzuurgroep als de functionele groep, terwijl in cysteïneprotease een thiol- of sulfhydrylgroep fungeert als de functionele groep, en in serineprotease fungeert een hydroxylgroep of een alcohol als de functionele groep.
Aspartylproteasen hebben een actieve plaats van aspartaat, terwijl cysteïneproteasen een actieve plaats van cysteïne hebben. Het actieve plaatsresidu van serineprotease is een hydroxylgroep. Dit is dus ook een ander verschil tussen aspartylcysteïne en serineproteasen. In tegenstelling tot serine- en cysteïneproteasen vormen aspartylproteasen geen covalent tussenproduct tijdens het splitsingsproces. Daarom vindt proteolyse plaats in een enkele stap voor aspartyl-proteasen.
De onderstaande infographic presenteert de verschillen tussen aspartylcysteïne en serineproteasen in tabelvorm voor vergelijking naast elkaar.
Samenvatting – Aspartyl-cysteïne versus serineproteasen
Proteasen zijn enzymen die de afbraak van eiwitten in kleinere polypeptiden of aminozuren katalyseren. Het belangrijkste verschil tussen aspartylcysteïne en serineproteasen is de functionele groep die fungeert als hun katalytische residu. Een carbonzuurgroep fungeert als de functionele groep in aspartylprotease, terwijl een thiol- of sulfhydrylgroep fungeert als de functionele groep in cysteïneprotease. Een hydroxylgroep of een alcohol fungeert als de functionele groep in serineprotease.
