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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.

Inhalt
1 Vorkommen und Funktion
2 Klassifikation von Peptidasen

2.1 EC-Nomenklatur
2.2 Art der katalysierten proteolytischen Reaktion
2.3 Art des aktiven Zentrums
2.4 Struktur

3 Peptidasen in der Übersicht
5 Weiterführende Informationen

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.

Extrazelluläre, sezernierte Peptidasen findet man bei tierischen Organismen vor allem im Verdauungstrakt, wo sie die hydrolytische Spaltung von Nahrungsmitteln katalysieren. Sie werden aber auch in anderen extrazellullären Flüssigkeiten gefunden, wo sie zum Teil hoch spezifische Aufgaben übernehmen, wie zum Beispiel die Peptidasen des Blutgerinnungssystems, des Komplementsystems und des fibrinolytischen Sytems.

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.

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.

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 des aktiven Zentrums

Peptidasen haben, wie alle Enzyme, ein so genanntes aktives Zentrum, das die jeweilige Reaktion - in diesem Fall die Hydrolyse von Peptidbindungen - ermöglicht. Innerhalb dieser Zentren sind einige bzw. Gruppen von Aminosäuren von entscheidender Bedeutung für die Funktionalität. Es hat sich demzufolge als sinnvoll erwiesen, Peptidasen anhand der chemischen Beschaffenheit ihrer katalytischen, aktiven Zentren zu klassifizieren. Danach können Peptidasen in fünf Gruppen eingeteilt werden (siehe nachfolgende Tabelle):

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

Weiterführende Informationen

Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, Portal Medizin.

Der Ursprungsartikel stammt von der deutschsprachigen Wiki pedia (siehe oben: "Original Artikel & Autoren Liste").
Der Text steht unter der GNU Freie Dokumentation Lizenz.