Peptidase

Verwandte Lektüre

Einführung

Peptidasen sind Enzyme, die Peptidketten hydrolysieren können, und lassen sich in zwei Haupttypen einteilen, nämlich Endopeptidasen und Exopeptidasen: Endopeptidasen wirken auf spezifische Peptidbindungen innerhalb der Polypeptidkette, wie z. B. Pepsin, Trypsin und Chymotrypsin, die im Verdauungstrakt von Tieren vorkommen; diese Enzyme sind spezifisch für Peptidbindungen, die aus unterschiedlichen Aminosäuren aufgebaut sind. Exopeptidasen sind Enzyme, die auf Peptidbindungen an beiden Enden der Protein-/Peptidkette wirken; Enzyme, die auf Peptidbindungen am Aminoende wirken, werden als Aminopeptidasen bezeichnet, und solche, die auf Peptidbindungen am Carboxylende wirken, als Carboxypeptidasen. Enzyme, die auf die Peptidbindung am Carboxylende wirken, werden als Carboxypeptidasen bezeichnet. Nahrungsproteine werden im Verdauungstrakt durch die kontinuierliche Wirkung verschiedener Peptidasen schließlich zu freien Aminosäuren abgebaut.

Abbildung 1. Struktur der Peptidase.

Arzneimittelkonzept

Peptidasen sind ein Sammelbegriff für Enzyme, die kurze Proteinpeptide abbauen, und kommen überwiegend in mikrobiellen Zellen vor. Wenn Zellen während der Fermentation autolysieren, setzen sie Peptidasen frei, die Peptide zu Aminosäuren hydrolysieren, welche als Aromavorstufen dienen. Sie sind für das Überleben aller Organismen erforderlich, und die Gene, die Peptidasen kodieren, machen 2 % aller Proteinkodierungen aus. Peptidasen können nach dem katalytischen Typ grob in sechs Kategorien eingeteilt werden: Serin-, Threonin-, Cystein-, Aspartat-, Glutamat- und metalloionische Peptidasen. Dazu zählen: Aminopeptidase, Dipeptidase, Dipeptidyl-Peptidase, Peptidyl-Dipeptidase, Serin-Typ-Carboxypeptidase, Metallo-Typ-Carboxypeptidase, Cystein-Typ-Carboxypeptidase, Serin-Endopeptidase, Cystein-Endopeptidase, Aspartat-Endopeptidase, Metallo-Endopeptidase, Threonin-Endopeptidase sowie Endopeptidasen unbekannten Typs.

Endopeptidase

Endopeptidasen, auch häufig als Proteasen bezeichnet, wirken hauptsächlich auf die Peptidbindungen innerhalb von Protein-Polypeptidketten, um lange Proteinketten in kurze Peptidfragmente zu spalten. Proteasen werden anhand struktureller Homologie in verschiedene Clans eingeteilt; Unterklassen werden entsprechend dem Grad der Sequenzhomologie weiter in unterschiedliche Familien untergliedert. Bei der Hydrolyse von Proteinen variiert die Spaltstelle je nach Art der Peptidbindung. So erfordert Trypsin eine Peptidbindung mit basischen Aminosäuren (Arginin, Lysin) auf der Carboxylseite der Spaltstelle; Pepsin erfordert aromatische Aminosäuren an beiden Enden der Spaltstelle; die basische Protease aus Bacillus subtilis erfordert hydrophobe aromatische Aminosäuren (Tryptophan, Tyrosin, Phenylalanin) auf der Carboxylseite der Spaltstelle. Die für diese Protease erforderliche Spezifität der Spaltstelle wird als Substratspezifität der Protease bezeichnet. Die Substratspezifität von Proteasen kann genutzt werden, um gezielt Peptide mit spezifischen Strukturen zu gewinnen.

Abbildung 2. Eine der Endopeptidasen.

Exopeptidasen

Exopeptidasen sind in Tieren, Pflanzen, Mikroorganismen und Böden weit verbreitet und können sowohl in normalen biologisch-physiologischen Prozessen als auch in pathophysiologischen Prozessen wichtige Funktionen erfüllen, insbesondere im Zusammenhang mit Signaltransduktion, Regulation von Peptidhormonen, Proteinbindung und Verdauung. Die am besten untersuchten Aminopeptidasen sind die Aminopeptidasen von Milchsäurebakterien; aus Milchsäurebakterien wurden mehr als 100 Arten von Aminopeptidasen isoliert und gereinigt. Demgegenüber liegen vergleichsweise wenige Forschungsberichte zu anderen mikrobiellen Exopeptidasen im Kontext der Lebensmittelfermentation vor.

Klassifizierung der Exopeptidasen

Exopeptidasen wirken ausschließlich am Ende einer Seite nahe der Polypeptidkette; Enzyme, die am freien N-Terminus wirken, setzen einzelne Reste, Dipeptide oder Tripeptide frei (d. h. Aminopeptidase, Dipeptidyl-Peptidase bzw. Tripeptidyl-Peptidase); Enzyme, die am freien C-Terminus wirken, setzen einzelne Reste (Carboxypeptidase) oder Dipeptide (Dipeptidyl-Carboxypeptidase) frei. Andere Exopeptidasen hydrolysieren spezifisch Dipeptide (Dipeptidyl-Peptidasen) oder entfernen terminale Reste, die durch heterogene Peptidbindungen ersetzt, zyklisiert oder quervernetzt sind (d. h. Peptidbindungen, die nicht zwischen alpha-Carboxyl- und alpha-Aminogruppen liegen).