Протеолиз

Схема действия эндопептидаз и экзопептидаз

Протеолиз — процесс гидролиза белков, катализируемый ферментами пептидгидролазами, или протеазами.

Значение

Протеолиз играет большую роль в следующих процессах в организме:

• расщепление до аминокислот белков пищи благодаря действию на них пищеварительных ферментов в желудке и тонкой кишке;
• расщепление собственных белков организма в процессе метаболизма;
• образование ферментов, гормонов и биологически активных пептидов из их неактивных предшественников;
• в растениях протеолиз участвует в мобилизации запасных белков семян при прорастании.

Типы протеолиза

Действие протеолитических ферментов может быть разделено на две категории:

• ограниченный протеолиз, при котором протеаза специфично расщепляет одну или несколько пептидных связей в белке-мишени, что обычно приводит к изменению функционального состояния последнего: ферменты, например, при этом становятся активными, а прогормоны превращаются в гормоны;
• неограниченный, или тотальный протеолиз, при котором белки расщепляются до отдельных аминокислот.

Классификация протеаз

По месту атаки молекулы субстрата протеолитические ферменты делятся на эндопептидазы и экзопептидазы:

• эндопептидазы, или протеиназы, расщепляют пептидные связи внутри пептидной цепи. Они узнают и связывают короткие пептидные последовательности субстратов и относительно специфично гидролизуют связи между определёнными аминокислотными остатками.
• экзопептидазы гидролизуют пептиды с конца цепи: аминопептидазы — с N-конца, карбоксипептидазы — с С-конца. Наконец, дипептидазы расщепляют только дипептиды.

Протеазы также классифицируются по типу их механизма катализа. Международный союз по биохимии и молекулярной биологии (International Union of Biochemistry and Molecular Biology) выделяет несколько классов протеаз, включая^[1]:

• Сериновые протеазы
• Аспарагиновые протеазы
• Цистеиновые протеазы
• Металлопротеазы

Ограниченный протеолиз

Ограниченный протеолиз на примере инсулина. 1) Препроинсулин (L - лидерный пептид, B - участок 1, C - участок 2, А - участок 3) 2) Спонтанный фолдинг 3) Образование дисульфидного мостика между А и В 4) В результате ограниченного протеолиза лидерный пептид и пептид C отрезаются 5) Конечная молекула

Ограниченный протеолиз — процесс расщепления одной или нескольких пептидных связей в молекуле белка ферментом-протеазой. Ограниченный протеолиз является одной из регуляторных посттрансляционных модификаций. Ограниченный протеолиз может изменять такие свойства белка, как ферментативная активность, способность связываться с другими белками, внутриклеточная локализация.

Примеры ограниченного протеолиза

Ограниченный протеолиз может использоваться клеткой для разных целей:

• для отщепления N- и С-концевых сигнальных последовательностей в процессе внутриклеточного транспорта белка^[2];
• для удаления вспомогательной части полипептидной цепи пробелка, которая помогает формировать правильную третичную структуру (С-пептид в проинсулине);
• для активации предшественников ферментов (пищеварительные ферменты, протеазы свёртывания крови^[3]);
• для изменения локализации белка (некоторые цитоплазматические белки переходят в ядро после ограниченного протеолиза: SREBP, NF-κB^[4], YB-1^[5]);
• для получения физиологически активных олигопептидов из белка-предшественника (расщепление проопиомеланокортина с образованием эндорфина, адренокортикотропного гормона, α- и γ-меланоцитстимулирующих гормонов и других физиологически активных пептидов);
• разрезание перемычки между доменами белка, при этом домены обычно остаются в контакте друг другом (созревание дифтерийного токсина^[3], формирование фактора пролиферации клеток HCF-1;
• для разделения белковых глобул в полибелках (это характерно для вирусов)^[6];
• для получения нескольких изоформ белка (ограниченный протеолиз белков Stat5 и Stat6 приводит к формированию их изоформ, лишённых доменов, активирующих транскрипцию).

Примечания

1. Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB)  (неопр.). Дата обращения: 29 декабря 2012. Архивировано из оригинала 5 января 2013 года.
2. Пушкина Н. В. (1998). Посттрансляционные модификации белков, издательство РГУ, Ростов-на-Дону
3. Степанов В. М. (1996). Молекулярная биология. Структура и функции белков, «Высшая школа», Москва.
4. Goulet, B. and Nepveu, A. Complete and limited proteolysis in cell cycle progression (англ.) // Cell Cycle^[англ.] : journal. — 2004. — Vol. 3. — P. 986—989. — PMID 15254406.
5. Sorokin, A.V., Selyutina, A.A., Skabkin, M.A., Guryanov, S.G., Nazimov, I.V., Richard, C., Th'ng, J., Yau, J., Sorensen, P.H., Ovchinnikov, L.P., and Evdokimova, V. Proteasome-mediated cleavage of the Y-box-binding protein 1 is linked to DNA-damage stress response (англ.) // Embo J : journal. — 2005. — Vol. 24. — P. 3602—3612. — doi:10.1038/sj.emboj.7600830. — PMID 16193061.
6. Bianchi, E. and Pessi, A. Inhibiting viral proteases: challenges and opportunities (англ.) // Biopolymers : journal. — 2002. — Vol. 66. — P. 101—114. — PMID 12325160.

См. также

• Ангиотензин
• Кинины
• Проферменты
• Протеасома