Protease

Protease (aus dem Altgriechischen πρωτεῖος – primär + άω – zersetzen) ist ein Enzym, das die Hydrolyse von Peptidbindungen in Proteinen, Peptiden und anderen Biopolymeren katalysiert. Proteasen werden auch Peptidhydrolasen oder Proteinasen genannt.

Proteasen spielen eine wichtige Rolle in vielen biologischen Prozessen, wie der Verdauung von Nahrungsmitteln, der Aktivierung und Inaktivierung von Proteinen, der Regulierung zellulärer Prozesse und der Apoptose. Sie sind an Krankheiten wie Krebs, Entzündungen und Infektionen beteiligt.

Proteasen werden nach ihrem katalytischen Mechanismus, der Struktur des aktiven Zentrums, dem optimalen pH-Wert und der Substratspezifität klassifiziert. Die Hauptklassen von Proteasen: Serin, Cystein, Aspartat, Metalloproteinasen usw.

Proteasehemmer werden als Medikamente beispielsweise zur Behandlung von HIV, Hepatitis C, Bluthochdruck und entzündlichen Erkrankungen eingesetzt. Auch in der Industrie werden Proteasen eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Waschmitteln und in der Lebensmittelindustrie.

Proteasen (proteolytische Enzyme) sind spezifische Proteine, die Peptidbindungen zwischen Aminosäuren in einer Polypeptidkette spalten, um Aminosäuren zu bilden:

+ für drei- und mehr niedermolekulare Polypeptide (Di-, Tri-, Tetra-, Oligopeptide); + einzelne Aminosäuren; + Oligosaccharideinheiten des Peptids (zum Beispiel Di- oder Polysaccharide).

Sie werden in Pyridin-abhängige Enzyme (Endopeptidasen), deren Wirkung durch Calciumphosphatester Ca2+ vermittelt wird, und Pyridin-unabhängige Enzyme (Exopeptidasen) unterteilt. Letztere setzen bei der Hydrolyse der Peptidbindung kein freies Octan-Aminokation frei und weisen ein breites Wirkungsspektrum auf. Aus diesem Grund sind sie ein Hydrolasesystem zur Zerstörung von Proteinkomplexen. Im Gegensatz dazu hydrolysieren die ersten Methoden Peptidbindungen und nutzen das gebildete freie Oktan-Kation. Endoproteinasen wiederum lassen sich entsprechend ihrer Wirkung in Nukleasen (DNAasen) und Metalloproteinasen (sie werden durch das freie Metall Ca+ unterschieden) einteilen.

Exo- und Endoproteinasen werden nach ihrem Wirkmechanismus in Klassen eingeteilt: Typ:

+ Neutral – keine Cofaktoren erforderlich. Sie werden unabhängige Proteasen genannt, die keinen Cofaktor absondern. + Aktivatoren – Proteine. Die Wirkung wird durch die Bindung und Spaltung von Asparin (oder anderen Monomeren) aktiviert, wodurch Myonecrotex und etwa 6 Na+-Ionen erforderlich sind, um den Katalysezyklus einzuleiten. Darunter sind: alkalisch und sauer. + Metalloproteasen – vereinen die positiven Eigenschaften der ersten und zweiten und benötigen für ihre Aktivität einen Komplex aus Metallionen und Säure. Unter ihnen wird zwischen zinkabhängigen und silberabhängigen unterschieden, die ebenfalls zur Klasse der metallaktivierten gehören. Die Aktivität hängt auch von Ca+ ab. Die Hauptgruppe der Zn2+-abhängigen Metalloproteasen wird durch Serin-, Thiol-, Cystein- und Asparagin-Endopeptidasen repräsentiert. Darüber hinaus besitzen sie Amidase und Lysyloxidase. Cysteinsäuren sorgen für die Produktion aktiver Formen von Serotonin. Thiole zerstören Blut sowie Immunglobulin- und Komplementkomplexe, Asparin verfügt über Caspase, das eine antimikrobielle Wirkung hat.

Die grundlegendste Gruppe enzymatischer Endopeptide weist sekretorische Aktivität auf – exokrine Pankreasproteasen, die an der Verdauung beteiligt sind und am häufigsten verwendet werden. Als nächstes kommen Trypsin, Chymotrypsin und Elastase – die Hauptakteure bei der Proteolyse von Proteinen und Glykoproteinen. Die intestinale Proteinase ist die schwächste Exoprotease.