15.3J: Серин протеази

Серінові протеази - це сімейство ферментів, які розрізають певні пептидні зв'язки в інших білках. Ця активність залежить від набору залишків амінокислоти в активній ділянці ферменту — одним з яких завжди є серин (таким чином враховуючи їх назву). У ссавців серінові протеази виконують багато важливих функцій, особливо в травленні, згортанні крові та системі комплементу.

Травні ферменти

Три білково-перетравлювальних ферменту, що виділяються підшлунковою залозою, - це серінові протеази: хімотрипсин, трипсин і еластаза. Ці три поділяють тісно схожі структури (третинні, а також первинні). Насправді їх активний залишок серину знаходиться в одному положенні (Ser-195) у всіх трьох. Незважаючи на схожість, вони мають різну специфіку субстрату; тобто розщеплюють різні пептидні зв'язки під час перетравлення білка.

Фактори згортання

Кілька активованих факторів згортання - серин-протеази, включаючи фактори 10 (X), 11 (XI) і 12 (XII), тромбін. і плазмін.

Фактори комплементу

Кілька білків, що беруть участь в каскаді комплементу, є серин-протеази, в тому

• С1р і С1с
• C3 розмовляє
  • С4Б, 2а
  • С3б, Бб

Серпіни

Серпіни - це User Line P Protease In Інгібітор S. Ось список кількох важливих серин-протеаз та серпінів, які контролюють їх.

Серин протеаза	Серпін
Хімотрипсин	альфа-1-антихімотрипсин
Коефіцієнти комплементу C1r і C1s	Інгібітор С1 (C1INH)
Еластаза (виділяється нейтрофілами)	альфа-1-антитрипсин
Коефіцієнт згортання 10 (X)	антитромбін III
Тромбін	антитромбін III
Плазмін	альфа-2-антіплазмін
Трипсин	інгібітор трипсину підшлункової залози

Як працюють серпіни

Серпіни інгібують дію відповідної серінової протеази, імітуючи тривимірну структуру нормального субстрату протеази. Серинова протеаза зв'язує змійовик замість його нормального субстрату. Тільки це блокувало б будь-яку подальшу активність протеази. Але у серпіна є ще одна хитрість. Протеаза робить розріз в серпіні, що призводить до утворення ковалентного зв'язку, що зв'язує дві молекули, масивної аллостеричної зміни третинної структури серпіна, яка переміщує прикріплену протеазу до місця, де вона може бути зруйнована.

важливість серпінів

Майже 20% білків, що містяться в плазмі крові, складають серпіни. Їх велика кількість відображає їх важливість: припинення протеолітичної активності, коли потреба в ній закінчиться. Це особливо важливо для систем згортання та комплементу, де крихітна початкова активуюча подія призводить до швидко посилюється каскаду активності.

Недоліки Серпіна

Ряд успадкованих захворювань людини обумовлений дефіцитом тієї чи іншої серпина. Дефіцит зазвичай виникає в результаті мутації в гені, що кодує серпин.

Дефіцит альфа-1-антитрипсину

Альфа-1-антитрипсин інактивує еластазу, що виділяється нейтрофілами. Коли легені запалюються, нейтрофіли виділяють еластазу в якості захисного заходу. Однак важливо інактивувати цю еластазу, як тільки її робота буде виконана. Це функція альфа-1-антитрипсину. Його назва, альфа-1-антитрипсин, говорить про те, що він атакує травний фермент - трипсин. In vitro це робить, але в організмі альфа-1-антитрипсин виявляється в крові, а не кишечнику. Інактивація трипсину в кишечнику є функцією іншого серпіну, інгібітора трипсину підшлункової залози. Люди з успадкованим дефіцитом альфа-1-антитрипсину (вони гомозиготні для точкової мутації в його гені) схильні до емфіземи. Ефективне лікування зараз на горизонті, коли генна інженерія виробила кіз, які виділяють людський альфа-1-антитрипсин у своєму молоці.

Дефіцит альфа-1-антитрипсину також може призвести до ураження печінки. Альфа-1-антитрипсин синтезується в печінці. Однак деякі мутантні версії молекули утворюють нерозчинні агрегати всередині клітин печінки. Цей механізм схожий на механізм прионних захворювань, коли агрегати білка руйнують нейрони в мозку. Препарат, що підсилює аутофагию, захищає мишей від ураження печінки, викликаного агрегатами мутантного альфа-1-антитрипсину.

Дефіцит C1INH

Дефіцит C1INH викликає спадковий ангіоневротичний набряк (HAE). На додаток до C1r та C1s, C1INH також інгібує кілька інших серин-протеаз, включаючи калікреїн, фермент, відповідальний за формування потужного вазодилататорного брадикініну. Отже, дефіцит C1INH може спровокувати небезпечний набряк (набряк) дихальних шляхів, а також шкіри і кишечника.

Дефіцит антиплазміну

Дефіцит антиплазміну ставить людину під загрозу неконтрольованої кровотечі.

дефіцит антитромбіну

Дефіцит антитромбіну ставить людину під загрозу спонтанних тромбів, що може призвести до інфаркту або інсульту. У січні 2009 року консультативний комітет FDA США вирішив, що рекомбінантний антитромбін людини (ATryn®), що виділяється в молоко трансгенних кіз, є безпечним для використання в терапії.

Еволюція серінових протеаз

Подібність близької послідовності різних серінових протеаз ссавців свідчить про те, що кожен є продуктом гена, що походить від повторного дублювання генів з одного родового гена.

Інші серин-протеази

Серінові протеази і схожі на них молекули зустрічаються в інших місцях природи.

субтілізин

Субтилізин - серин-протеаза, що виділяється бактерією Bacillus subtilis. Хоча він має той же механізм дії, що і серінові протеази ссавців, його первинна структура і третинна структура абсолютно різні. Приклад на молекулярному рівні конвергентної еволюції: дві молекули набувають однакову функцію (аналогічну), але еволюціонували з різних генів.

ацетилхолінестерази

Цей фермент побудований як і діє як інші серин-протеази, але його субстратом є нейромедіатор ацетилхолін, а не білок. Він зустрічається при декількох типах синапсів, а також на нервово-м'язовому з'єднанні — спеціалізованому синапсі, який запускає скорочення скелетних м'язів. Фосфорорганічні сполуки, що використовуються як інсектициди (наприклад, паратіон) і нервові гази (наприклад, зарин) зв'язуються з серином в активному місці ацетилхолінестерази, блокуючи його дію.

Серпінподібні молекули

ангіотензиноген

Цей пептид є попередником ангіотензину II — основного чинника підтримки артеріального тиску.

Курячий овальбумін

Це основний білок в «білку» яйцеклітини (і улюблений антиген в імунологічних дослідженнях).