Peptidase
Peptidasen (Kurzform vom Peptidbindungshydrolasen) gehören einer Gruppe von Enzymen an, die Proteine oder Peptide spalten können. Dabei katalysieren sie die Hydrolyse von Peptidbindungen. Peptidasen werden häufig auch als Proteasen, Proteinasen oder proteolytische Enzyme bezeichnet.
Vorkommen und Funktion
Peptidasen sind für alle Organismen lebensnotwendig. Sie sind ubiquitär, d.h. sie kommen in allen Gewebenn und Zellen vor. Man unterscheidet intrazelluläre und extrazelluläre Peptidasen.
Intrazelluläre Peptidasen übernehmen in zahlreichen Zellkompartimenten verschiedenste Aufgaben. So sorgen sie für die Aufrechterhaltung des Proteinhaushalts der Zelle:
- Proteine werden nach der Herstellung durch Abspaltung von Peptidfragmenten in den aktiven Zustand überführt.
- Signalpeptidasen spalten Signalpeptide von Proteinen ab und stellen so sicher, dass intrazellulär synthetisierte Proteine an ihren richtigen Einsatzort weiter geleitet werden.
- Peptidasen sind an der Prozessierung von Antigenen beteiligt. Eine wichtige Rolle spielt hier eine großer, aus mehreren Untereinheiten bestehender Peptidasekomplex, das so genannte Proteasom.
- Werden Proteine nicht mehr gebraucht oder sind sie beschädigt, werden sie von Peptidasen in den Lysosomen abgebaut. Alle eukaryoten Zellen haben zusätzlich ein ATP-abhängiges proteolytisches System, das im Cytosol lokalisiert ist.
Peptidasen selbst können durch limitierte Proteolyse (Abtrennung eines Teiles des Moleküls) aktiviert werden. Durch Peptidaseinhibitoren, niedermolekulare Substanzen wie z.B. Pepstatin, Iodacetat oder Phenanthrolin können Peptidasen gehemmt werden.
Klassifikation von Peptidasen
EC-Nomenklatur
Peptidasen werden, wie alle anderen Enzyme auch, mit Hilfe der so genannten EC-Systematik in Gruppen eingeteilt. Peptidasen gehören zur Klasse 3 der Hydrolasen und bilden dort die Unterklasse 3.4. Diese ist wiederum in 14 Unter-Unterklassen unterteilt:
Unter-Unterklasse | Peptidase-Typ | Anzahl der Einträge |
3.4.11 | Aminopeptidasen | 20 |
3.4.13 | Dipeptidasen | 11 |
3.4.14 | Dipeptidyl-Peptidasen | 8 |
3.4.15 | Peptidyl-Dipeptidasen | 3 |
3.4.16 | Serin-Carboxypeptidasen | 4 |
3.4.17 | Metallocarboxypeptidasen | 19 |
3.4.18 | Cystein-Carboxypeptidasen | 1 |
3.4.19 | Omegapeptidasen | 11 |
3.4.21 | Serin-Endopeptidasen | 77 |
3.4.22 | Cystein-Endopeptidasen | 28 |
3.4.23 | Aspartat-Endopeptidasen | 34 |
3.4.24 | Metalloendopeptidasen | 70 |
3.4.25 | Threonin-Endopeptidasen | 1 |
3.4.99 | Endopeptidasen unbekannten Typs | 0 |
Gesamtanzahl | 287 | |
Grundlage dieser Nomeklatur ist die Art der katalysierten Reaktion sowie des aktiven Zentrums.
Exopeptidasen spalten die Polypeptidkette von den Enden her. Diejenigen, die am N-Terminus agieren, werden je nach abgespaltenem Fragment als Aminopeptidasen (Abspaltung einer einzelnen Aminosäure), Dipeptidyl-Peptidasen (Freisetzung eines Dipeptids) oder Tripeptidyl-Peptidasen (Freisetzung eins Tripeptids) bezeichnet. Am C-Terminus agierende Exopeptidasen setzen einzelne Aminosäuren (Carboxypeptidasen) oder Dipeptide (Peptidyl-Dipeptidasen) frei. Darüber hinaus gibt es Exopeptidasen, die spezifisch Dipeptide spalten (Dipeptidasen) oder endständige substituierte, zyklisierte oder über Isopeptidbindungen verknüpfte Aminosäuren entfernen können (Omega-Peptidasen).
Endopeptidasen spalten meist an sehr spezifischen Stellen innerhalb der Polypeptidkette. Eine zufriedenstellende Klassifizierung anhand der Spezifität ist nicht möglich. Deshalb erfolgt hier die Unterteilung auf Basis des aktiven Zentrums (siehe unten). Die Länge der zu spaltenden Polypeptidkette kann bei Endopeptidasen in einem weiten Bereich variieren. Meist sind Proteine die Substrate. Es gibt jedoch auch eine Untergruppe von Endopeptidasen, die auf kürzere Peptide als Substrat spezialisiert sind (Oligopeptidasen).Art der katalysierten proteolytischen Reaktion
Da Enzyme unterschiedlichste chemische Reaktionen katalysieren können, ist es folgerichtig sinnvoll, sie anhand dieser Reaktionen zu klassifizieren. Eine erste Einteilung der Peptidasen unter enzymologischen Gesichtpunkten ist die in Exopeptidasen und Endopeptidasen.
Funktionelle Aminosäure bzw. aktives Zentrum | Beispiel | Inhibitor |
Asparaginsäure | Pepsin, Cathepsin E | Pepstatin |
Cystein | Papain, Cathepsin K | Calpain, Iodacetat |
Metallo (Metallkomplex) | Thermolysin, Collagenase (bei Wirbeltieren), Carboxypeptidase A | EDTA, 1,10-Phenanthrolin |
Serin | Chymotrypsin, Plasmin, Thrombin, Trypsin | APMSF, Aprotinin, Diisopropyl-fluorophosphat |
Threonin | Proteasom | (Lactacystin) |
Unbekannt | gpr-Endopeptidase, Prepilin Typ IV Peptidase | Keiner der Obengenannten |
Struktur
Die Unterteilung der Peptidasen nach dem EC-System weist Schwächen auf. So werden die zahlreichen Endopeptidasen durch nur 6 Unter-Unterklassen repräsentiert. Verschiedenartige Peptidasen finden sich dabei in der gleichen Gruppe wieder. Der gravierenste Nachteil ist jedoch, dass strukturelle, evolutionäre Gemeinsamkeiten zwischen den einzelnen Enzymen nicht beachtet werden.
Dazu wurde 1993 von Rawlings und Barett ein neues Klassifikationsschema, genannt MEROPS, eingeführt, das strukturelle Aspekte sowie evolutionäre Verwandtschaftsbeziehungen auf Basis der Aminosäuresequenz berücksichtigt.
Peptidasen in der Übersicht
Aminopeptidase B, Bromelain, Calpain I, Carboxypeptidase A, Cathepsin A, Cathepsin B, Cathepsin D, Cathepsin E, Cathepsin K, Chymotrypsin, Collagenase, Elastase, Faktor IIa, Faktor Xa, Ficin, gpr-Endopeptidase, HIV-Protease, Kallikrein, Papain, Pepsin, Plasmin, Prepilin Typ IV Peptidase, Prolyl-Oligopeptidase, Proteinase K, Proteasom, Renin, Thermolysin, Thrombin, Trypsin, Urokinase
Weblinks
Weiterführende Informationen
Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, Portal Medizin.