CPA1

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Einführung in Carboxypeptidasen

Carboxypeptidasen (CPs) sind eine Klasse von Exonukleasen der Peptidkette, die Peptidketten spezifisch vom C-Terminus aus schrittweise abbauen und dabei freie Aminosäuren nacheinander freisetzen. In tierischen und pflanzlichen Geweben und Organen erfüllen Carboxypeptidasen wichtige physiologische Funktionen. So dienen pankreatische Carboxypeptidasen A und B der Nahrungsverdauung, Carboxypeptidase M (CPM) ist selektiv an der Prozessierung von Peptidhormonen beteiligt, Carboxypeptidase D (CPD) und Carboxypeptidase N (CPN) sind an der Prozessierung von Peptiden und Proteinen beteiligt usw.

Abbildung 1. Struktur von Carboxypeptidasen.

Klassifikationen

Carboxypeptidasen werden anhand ihrer aktiven Zentren, die Serinreste, Metallionen bzw. Cysteinreste enthalten, in Serin-Carboxypeptidasen, Metallo-Carboxypeptidasen und Cystein-Carboxypeptidasen eingeteilt.

• Serin-Carboxypeptidasen

Serin-Carboxypeptidasen (SCP), auch als saure Carboxypeptidasen bezeichnet, sind eine Klasse eukaryotischer Proteinhydrolasen mit relativen Molekülmassen der Untereinheiten von 40.000–75.000 und kommen weit verbreitet in Pilzen, höheren Pflanzen und tierischen Geweben vor.

• Metallo-Carboxypeptidasen

Metallo-Carboxypeptidasen sind eine Klasse von Carboxypeptidasen, die extrazellulär vorkommen und die Proteinverdauung unterstützen. Sie zeigen eine hohe Aktivität unter neutralen bis schwach alkalischen Bedingungen und umfassen u. a. Carboxypeptidase A, Carboxypeptidase B und Lysin-Carboxypeptidase sowie Glycin-Carboxypeptidase und Glutamat-Carboxypeptidase.

• Cystein-Carboxypeptidase

Cystein-Carboxypeptidasen, auch als Cathepsin X (CathepsinX), Cathepsin Z (CathepsinZ) und saure Carboxypeptidasen bezeichnet, sind eine Enzymklasse mit Cys84, His233 und Asn254 als aktiven Zentren. Es handelt sich um Carboxypeptidasen, die Cystein (Cys) in der katalytischen Funktionsdomäne enthalten.

Herkunft und Verteilung

Nach Herkunft lassen sich Carboxypeptidasen in tierische, pflanzliche und mikrobielle Carboxypeptidasen einteilen. In verschiedenen Geweben von Säugetieren sind eine Reihe von Metallo-Carboxypeptidasen enthalten, die entsprechende physiologische Funktionen ausüben. So unterstützen pankreatische Carboxypeptidasen A und B hauptsächlich die Nahrungsverdauung, Carboxypeptidase E prozessiert selektiv bioaktive Peptide, Carboxypeptidase M ist selektiv an der Prozessierung von Peptidhormonen beteiligt, und Carboxypeptidase D (im Golgi-Apparat) sowie Carboxypeptidase N (im Plasma) sind an der Prozessierung von Peptiden und Proteinen beteiligt.

CPA1

Carboxypeptidase A1 ist ein Enzym, das beim Menschen durch das CPA1-Gen kodiert wird. Drei unterschiedliche Formen der humanen tryptogenen Carboxypeptidase A wurden isoliert; die Formen A1 und A2 sind monomere Proteine mit unterschiedlichen biochemischen Eigenschaften. Carboxypeptidase A1 ist eine monomere pankreatische Exopeptidase. Sie ist an der Zymogeninhibition beteiligt.

Abbildung 2. Struktur von Carboxypeptidasen A.

Funktionen

Carboxypeptidase A kann C-terminale aromatische oder neutrale aliphatische Aminosäurereste von Protein- und Peptidsubstraten hydrolysieren und dabei alle C-terminalen Aminosäuren mit Ausnahme von Prolin, Hydroxyprolin, Arginin und Lysin freisetzen. Besonders leicht hydrolysiert sie C-terminale Aminosäuren mit aromatischen Seitenketten und großen aliphatischen Seitenketten, z. B. Tyrosin, Phenylalanin, Alanin usw. Carboxypeptidase A (CPA) ist nach dem Anfangsbuchstaben „A“ ihres Substrats benannt.

Anwendungen

Carboxypeptidase wird in der pharmazeutischen Industrie, der Lebensmittelindustrie und weiteren industriellen Bereichen breit eingesetzt. Im medizinischen Bereich kann Carboxypeptidase, da sie an zahlreichen biochemischen Reaktionen im Organismus beteiligt ist, zur Diagnostik und Therapie von Erkrankungen über den Nachweis von Carboxypeptidase im Körper genutzt werden. Darüber hinaus kann sie in der Medizin zur Degradation unerwünschter Substanzen (z. B. Toxine) im Körper eingesetzt werden. Carboxypeptidase findet u. a. in folgenden Bereichen Anwendung:

• Thrombin-aktivierte CPB weist ein breites antiinflammatorisches Profil auf
• Potenziell wichtige Arzneimittelzielstrukturen
• Lebensmittelindustrie
• Hydrolyse von Ochratoxin A in Lebensmitteln oder Futtermitteln
• Biotechnologie
• Modellenzyme, die als spezifische Inhibitoren von Zinkproteasen konzipiert sind
• Insulinproduktion
• Peptidsynthese