Протеаза (также называемая пептидазой или протеиназой ) представляет собой фермент , который катализирует (увеличивает скорость реакции или «ускоряет») протеолиз , расщепляя белки на более мелкие полипептиды или отдельные аминокислоты и стимулируя образование новых белковых продуктов. [1] Они делают это, расщепляя пептидные связи в белках путем гидролиза , реакции, при которой вода разрывает связи . Протеазы участвуют во многих биологических функциях, включая пищеварение.проглоченных белков, белковый катаболизм (расщепление старых белков), [2] [3] и клеточная сигнализация .
В отсутствие функциональных ускорителей протеолиз был бы очень медленным, занимая сотни лет . [4] Протеазы можно найти во всех формах жизни и вирусах . Они эволюционировали независимо друг от друга несколько раз, и разные классы протеаз могут выполнять одну и ту же реакцию с помощью совершенно разных каталитических механизмов .
Протеазы были впервые сгруппированы в 84 семейства в соответствии с их эволюционным родством в 1993 году и классифицированы по четырем каталитическим типам: сериновые, цистеиновые, аспарагиновые и металлопротеазы. [6] Протеазы треонина и глутаминовой кислоты не были описаны до 1995 и 2004 годов соответственно. Механизм, используемый для расщепления пептидной связи , включает превращение аминокислотного остатка, содержащего цистеин и треонин (протеазы) или молекулу воды ( аспарагиновая кислота , металло- и кислые протеазы), в нуклеофильные, чтобы он мог атаковать карбонильную группу пептида. Один из способов получения нуклеофила — каталитическая триада ., где остаток гистидина используется для активации серина , цистеина или треонина в качестве нуклеофила. Однако это не эволюционная группировка, поскольку типы нуклеофилов эволюционировали конвергентно в разные суперсемейства , а некоторые суперсемейства демонстрируют дивергентную эволюцию до нескольких разных нуклеофилов.
Седьмой каталитический тип протеолитических ферментов, аспарагинпептидлиаза, был описан в 2011 году. Его протеолитический механизм необычен, поскольку вместо гидролиза он выполняет реакцию элиминации . [7] Во время этой реакции каталитический аспарагин образует циклическую химическую структуру, которая расщепляется по остаткам аспарагина в белках при правильных условиях. Учитывая его принципиально иной механизм, его включение в качестве пептидазы может быть спорным. [7]
Современная классификация эволюционных суперсемейств протеаз содержится в базе данных MEROPS. [8] В этой базе данных протеазы сначала классифицируются по «клану» ( суперсемейству ) на основе структуры, механизма и каталитического порядка остатков (например, клан PA, где P означает смесь семейств нуклеофилов). Внутри каждого «клана» протеазы классифицируют по семействам на основе сходства последовательностей (например, семейства S1 и C3 в клане PA). Каждое семейство может содержать многие сотни родственных протеаз (например , трипсин , эластаза , тромбин и стрептогризин в семействе S1).
В настоящее время известно более 50 кланов, каждый из которых указывает на самостоятельное эволюционное происхождение протеолиза. [8]