Carboxypeptidase Y

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Carboxypeptidasen (CPs) sind eine Form von Exopeptidasen, die spezifisch freie Aminosäuren vom C‑Terminus der Peptidkette schrittweise, d. h. Aminosäure für Aminosäure, abspalten und freisetzen. In Geweben und Organen von Tieren und Pflanzen erfüllen Carboxypeptidasen wichtige physiologische Funktionen. So dienen pankreatische Carboxypeptidase A und B der Verdauung von Nahrungsproteinen, Carboxypeptidase M (CPM) ist selektiv an der Prozessierung von Peptidhormonen beteiligt, und Carboxypeptidase D (CPD) sowie Carboxypeptidase N (CPN) wirken an der Prozessierung von Peptiden und Proteinen mit. Carboxypeptidasen werden in der Medizin, der Lebensmittelindustrie und weiteren industriellen Anwendungsfeldern breit eingesetzt. Im medizinischen Bereich kann der Nachweis von Carboxypeptidasen im Organismus – aufgrund ihrer umfassenden Beteiligung an biochemischen Reaktionen – zur Diagnostik und Therapieüberwachung von Erkrankungen beitragen. Darüber hinaus können sie therapeutisch zur Degradation potenziell schädlicher Substanzen im Körper eingesetzt werden.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Carboxypeptidasen.

Klassifikationen

• Serin-Carboxypeptidase

Serin-Carboxypeptidasen (SCP), auch als saure Carboxypeptidasen bezeichnet, sind eukaryotische proteolytische Enzyme mit einer relativen Molekülmasse von 40.000–75.000 (Untereinheiten), die weit verbreitet in Pilzen, höheren Pflanzen und tierischen Geweben vorkommen.

• Metallocarboxypeptidase

Metallische Carboxypeptidasen sind Carboxypeptidasen, die extrazellulär vorkommen und die Proteinverdauung unterstützen. Sie zeigen enzymatische Aktivität unter neutralen bis schwach alkalischen Bedingungen. Carboxypeptidase A kann C‑terminale Aminosäuren freisetzen und weist eine ausgeprägte Hydrolyseaktivität gegenüber C‑terminalen Aminosäuren mit aromatischen Seitenketten sowie großen aliphatischen Seitenketten auf.

• Cystin-Carboxypeptidase

Cystein-Carboxypeptidase ist auch als Cathepsin X (CathepsinX) bekannt. Sie besitzt eine breitbandige Aktivität gegenüber C‑terminalen Aminosäuren, zeigt jedoch keine Aktivität gegenüber C‑terminalem Prolin; die Endonukleaseaktivität ist sehr gering.

Funktionen

Carboxypeptidasen können C‑terminale aromatische oder neutrale aliphatische Aminosäurereste von Protein- und Polypeptidsubstraten hydrolysieren und dabei alle C‑terminalen Aminosäuren mit Ausnahme von Prolin, Hydroxyprolin, Arginin und Lysin freisetzen. Besonders leicht werden C‑terminale Aminosäuren mit aromatischen Seitenketten und großen aliphatischen Seitenketten hydrolysiert, z. B. Tyrosin, Phenylalanin, Alanin usw.

Anwendungen

Carboxypeptidasen werden in der Medizin, der Lebensmittelindustrie und weiteren industriellen Bereichen breit eingesetzt. Im medizinischen Bereich kann – da Carboxypeptidasen an zahlreichen biochemischen Reaktionen im Organismus beteiligt sind – durch ihren Nachweis im Körper die Diagnostik und Behandlung von Erkrankungen unterstützt werden. Darüber hinaus können sie in der Medizin zur Degradation schädlicher Substanzen (z. B. Toxine) im Körper eingesetzt werden. In der Lebensmittelindustrie werden sie zur Herstellung von Oligopeptiden mit hohem F‑Wert, zur Entfernung von Ochratoxin in Lebensmitteln und Futtermitteln sowie als Entbitterungsmittel verwendet. Im Bereich der Biotechnologie können Carboxypeptidasen für die Peptidsynthese und die Bestimmung von Aminosäuresequenzen von Peptiden eingesetzt werden. Zudem dienen sie als Modellenzyme zur Unterstützung der Forschung an anderen Enzymen. Tierische Carboxypeptidasen werden hauptsächlich aus dem Pankreas von Schweinen und Rindern gewonnen, z. B. Carboxypeptidase A/B (cadxypeptidaseA/B); sie sind nur in sehr begrenzten Mengen verfügbar und kostenintensiv, was ihre Anwendung einschränkt. Mikrobiell gewonnene Carboxypeptidasen kommen in Vakuolen von Pilzen wie Hefe und Aspergillus vor und besitzen breite Anwendungsperspektiven. Daher wird erwartet, dass durch den Einsatz gentechnischer Strategien und die Nutzung von Mikroorganismen als Wirtsorganismen zur Massenproduktion rekombinanter Carboxypeptidasen die in der Herstellung bestehenden Einschränkungen durch tierische und pflanzliche Rohstoffquellen überwunden werden können.