ההבדל העיקרי בין אספטיל ציסטאין לפרוטאזות סרין הוא הקבוצות הפונקציונליות שלהן הפועלות כשרידים קטליטיים. הקבוצה הפונקציונלית הפועלת כשרידים קטליטיים של פרוטאז אספטיל היא קבוצת חומצה קרבוקסילית, בעוד שבציסטאין פרוטאז, קבוצת תיול או סולפהדריל פועלת כקבוצה הפונקציונלית בשארית הקטליטי, ובפרוטאז סרין, פועלת קבוצת הידרוקסיל או אלכוהול. בתור הקבוצה הפונקציונלית בשארית הקטליטי.
פרוטאזות הם אנזימים המזרזים פרוטאוליזה, שהיא פירוק חלבונים לפוליפפטידים קטנים יותר או חומצות אמינו. תהליך זה מתרחש על ידי ביקוע קשרים פפטידים בתוך חלבונים על ידי תהליך הידרוליזה.פרוטאזות מעורבות בתפקודים ביולוגיים רבים, כגון עיכול חלבונים שנבלעו, קטבוליזם של חלבונים ואיתות תאים. פרוטאזות קיימות בכל צורות החיים. אספארטיל, ציסטאין וסרין הם שלושה פרוטאזות חשובות הממלאות תפקיד מפתח באורגניזמים חיים.
מהם פרוטאזות אספטיל?
אספארטיל פרוטאזות הם סוג של אנזימים שוברי חלבון. יש להם שני אספרטטים שמורים מאוד באתר הפעיל, והם פעילים בצורה מיטבית ב-pH חומצי. פרוטאזות אלו מבקעות קשרי דיפפטיד שיש להם שאריות הידרופוביות כמו גם קבוצת בטא-מתילן. המנגנון הקטליטי של אספטיל פרוטאז הוא מנגנון חומצה-בסיס. זה כרוך בתיאום של מולקולת מים עם שני שאריות אספרטאט. אספרטאט אחד מפעיל את מולקולת המים על ידי הסרת פרוטון. זה מאפשר למים לבצע התקפה נוקלאופילית על פחמן הקרבוניל של המצע. כתוצאה מכך, הוא יוצר תוצר ביניים אוקסיאניון טטרהדרלי מיוצב על ידי קשרי מימן עם שארית האספרטט השנייה.הסידור מחדש של תוצר ביניים זה אחראי לפיצול הפפטיד לשני תוצרי פפטיד.
איור 01: Aspartyl Protease
ישנן חמש משפחות-על של פרוטאזות אספרטיות: שבט AA שהוא משפחה, שבט AC, שהוא משפחת אותות פפטידאזים II, שבט AD, שהוא משפחת פרסנילין, שבט AE, שהוא משפחת אנדופפטיזים GPR, ו-Clan AF, שהיא משפחה אופטין.
מהם ציסטאין פרוטאזות?
Cysteine proteases הם קבוצה של אנזימי הידרולאז שמפרקים חלבונים. הם מראים מנגנון קטליטי הכולל תיול ציסטאין נוקלאופילי בטריאדה או דיאדה קטליטית. השלב הראשוני במנגנון הקטליטי של ציסטאין פרוטאזות הוא דה-פרוטונציה.קבוצת התיול הופכת לדה-פרוטונים בתוך האתר הפעיל של האנזים על ידי חומצת אמינו סמוכה כמו היסטידין, בעלת שרשרת צד בסיסית. השלב הבא הוא התקפת הנוקלאופילית על ידי הגופרית האניונית המפורקת של ציסטאין על המצע. כאן, הפרגמנט של הסובסטרט משתחרר עם אמין, ושארית ההיסטידין בפרוטאזה משחזרת את צורתו המפורקת. כתוצאה מכך נוצר תוצר הביניים התיואסטר של המצע, המקשר את קצה הקרבוקסי החדש לתיול ציסטאין. הקשר התיואסטר עובר הידרוליזה ליצירת חלק חומצה קרבוקסילית על שבר המצע הנותר.
איור 02: Cysteine Protease
ציסטאין פרוטאזות ממלאות תפקידים מרובים בפיזיולוגיה ובהתפתחות.בצמחים, הם ממלאים תפקיד חשוב בצמיחה, התפתחות, הצטברות וניוד של חלבוני אגירה. בבני אדם, הם חשובים בהזדקנות ובאפופטוזיס, תגובות חיסוניות, עיבוד פרוהורמונים ועיצוב מטריצה חוץ-תאית להתפתחות קונוסים.
מהם פרוטאזות סרין?
פרוטאזות של סרין הן גם קבוצה של אנזימים פרוטאוליטיים שמבקעים קשרים פפטידים בחלבונים. סרין משמש כחומצת האמינו הנוקלאופילית באתר הפעיל של האנזים. אלה קיימים גם באוקריוטים וגם בפרוקריוטים. פרוטאזות סרין מחולקות בדרך כלל לקטגוריות שונות על ידי מבנה ייחודי המורכב משני תחומי בטא-חבית המתכנסים באתר הקטליטי הפעיל וגם על סמך סגוליות המצע שלהם. הם דמויי טריפסין, דמויי כימוטריפסין, דמויי טרומבין, דמויי אלסטאז ודמויי סובטילסין.
איור 03: Serine Protease
פרוטאזות דמויות טריפסין מבקעות קשרים פפטידים בעקבות חומצת אמינו טעינה חיובית כגון ליזין או ארגינין. הם ספציפיים לשאריות טעונות שלילי כגון חומצה אספרטית או חומצה גלוטמית. פרוטאזות דמויי כימוטריפסין הינן הידרופוביות יותר. הספציפיות שלהם טמונה בשאריות הידרופוביות גדולות כמו טירוזין, טריפטופן ופנילאלנין. פרוטאזות דמויות תרומבין כוללות תרומבין, שהוא פלסמינוגן המפעיל רקמות, ופלזמין. אלו מסייעים לקרישת הדם והעיכול וגם בפתופיזיולוגיה בהפרעות ניווניות. פרוטאזות דמויי אלסטאז מעדיפות שאריות כגון אלנין, גליצין, ולין. פרוטאזות דמויי סובטילסין כוללים סרין בפרוקריוטים. הוא חולק מנגנון קטליטי המשתמש בשלישייה קטליטית על מנת ליצור סרין נוקלאופילי. הוויסות של פעילות הסרין פרוטאז דורש הפעלה ראשונית של פרוטאז והפרשה של מעכבים.
מהם הדמיון בין אספארטיל ציסטאין לפרוטאזות סרין?
- אספארטיל, ציסטאין ופרוטאזות סרין מזרזים את פירוק החלבונים על ידי ביקוע של קשרי פפטידים.
- מנגנונים דומים כאשר שיירי האתר הפעילים תוקפים את קשרי הפפטידים וגורמים לו להישבר.
- כולם מכילים נוקלאופילים.
- כולם חלבונים.
מה ההבדל בין אספארטיל ציסטאין לפרוטאזות סרין?
ההבדל העיקרי בין אספטיל ציסטאין לפרוטאזות סרין תלוי בקבוצה התפקודית שלהם, הפועלת כשרידים קטליטיים. ב-aspartyl protease, קבוצת חומצה קרבוקסילית פועלת כקבוצה הפונקציונלית, בעוד שב-cysteine protease, קבוצת תיול או sulfhydryl פועלת כקבוצה הפונקציונלית, ובסרין פרוטאז, קבוצת הידרוקסיל או אלכוהול פועלת כקבוצה הפונקציונלית.
לפרוטאזות של אספארטיל יש אתר פעיל אספרטאט, בעוד שלפרוטאזות של ציסטאין יש אתר פעיל לציסטאין.שארית האתר הפעיל של סרין פרוטאז היא קבוצת הידרוקסיל. לפיכך, זהו גם הבדל נוסף בין ציסטאין אספטיל ופרוטאזות סרין. בניגוד לפרוטאזות סרין וציסטאין, פרוטאזות אספטיל אינן יוצרות תוצר ביניים קוולנטי במהלך תהליך הביקוע. לכן, פרוטאוליזה מתרחשת בשלב אחד עבור פרוטאזות אספטיל.
האינפוגרפיקה שלהלן מציגה את ההבדלים בין אספטיל ציסטאין לפרוטאזות סרין בצורה טבלאית להשוואה זו לצד זו.
סיכום – Aspartyl Cysteine נגד Serine Proteases
פרוטאזות הם אנזימים המזרזים את פירוק החלבונים לפוליפפטידים קטנים יותר או חומצות אמינו. ההבדל העיקרי בין אספטיל ציסטאין לפרוטאזות סרין הוא הקבוצה התפקודית שפועלת כשריד הקטליטי שלהם. קבוצת חומצה קרבוקסילית פועלת כקבוצה הפונקציונלית ב-aspartyl protease, בעוד שקבוצת תיול או sulfhydryl פועלת כקבוצה הפונקציונלית בציסטאין פרוטאז. קבוצת הידרוקסיל או אלכוהול פועלים כקבוצה הפונקציונלית בסרין פרוטאז.
