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Clan PA de proteasas

El clan PA ( proteasas de nucleófilo mixto, superfamilia A ) es el grupo más grande de proteasas con ascendencia común identificada por homología estructural . Los miembros tienen un pliegue similar a la quimotripsina y mecanismos de proteólisis similares , pero pueden tener una identidad <10%. El clan contiene proteasas tanto de cisteína como de serina ( nucleófilos diferentes ). [1] [2] Las proteasas del clan PA se pueden encontrar en plantas , [3] animales , [3] hongos , [3] eubacterias , [4] arqueas [5] [6] y virus . [2]

El uso común de la tríada catalítica para la hidrólisis por múltiples clanes de proteasas, incluido el clan PA, representa un ejemplo de evolución convergente . [7] Las diferencias en la tríada catalítica dentro del clan PA también son un ejemplo de evolución divergente de los sitios activos en las enzimas. [2]

Historia

En la década de 1960, la similitud de secuencia de varias proteasas indicó que estaban relacionadas evolutivamente. [8] Estas se agruparon en serina proteasas similares a la quimotripsina [9] (ahora denominada familia S1). A medida que las estructuras de estas y otras proteasas se resolvieron mediante cristalografía de rayos X en las décadas de 1970 y 1980, se observó que varias proteasas virales, como la proteasa del virus del grabado del tabaco, mostraban homología estructural a pesar de no existir una similitud de secuencia discernible e incluso un nucleófilo diferente. [2] [10] [11] Basado en la homología estructural, se definió una superfamilia y luego se denominó clan PA (según el sistema de clasificación MEROPS ). A medida que se resuelven más estructuras, se han agregado más familias de proteasas a la superfamilia del clan PA. [12] [13]

Etimología

La P se refiere a P roteasas de nucleófilo mixto. La A indica que fue el primer clan identificado (también existen los clanes PB, PC, PD y PE). [1]

Estructura

Homología estructural en la superfamilia PA. El doble barril beta que caracteriza a la superfamilia está resaltado en rojo. Se muestran estructuras representativas de varias familias dentro de la superfamilia PA. Tenga en cuenta que algunas proteínas muestran estructuras estructurales parcialmente modificadas. Quimotripsina ( PDB : 1gg6 ), trombina ( PDB : 1mkx ), proteasa del virus del grabado del tabaco ( PDB : 1lvm ), calicivirina ( PDB : 1wqs ), proteasa del virus del Nilo Occidental ( PDB : 1fp7 ), toxina exfoliatina ( PDB : 1exf ​), proteasa HtrA ( PDB : 1l1j ​), activador del plasminógeno del veneno de serpiente ( PDB : 1bqy ​), proteasa del cloroplasto ( PDB : 4fln ​) y proteasa del virus de la arteritis equina ( PDB : 1mbm ​).
Arriba, conservación de secuencia de 250 miembros del clan de proteasas PA ( superfamilia ). A continuación, conservación de secuencia de 70 miembros de la familia de proteasas C04. Las flechas indican residuos de la tríada catalítica . Alineado según la estructura de DALI
Estructura superficial de la proteasa TEV. La extensión C-terminal solo está presente en miembros virales del clan PA de proteasas similares a quimotripsina como (a) superficie con bucle en azul (b) estructura secundaria y (c) masilla de factor b (las regiones más anchas indican mayor flexibilidad) para el Estructura de la proteasa TEV. Sustrato en negro, tríada del sitio activo en rojo. Los últimos 15 aminoácidos (222-236) del extremo C de la enzima no son visibles en la estructura porque son demasiado flexibles. ( PDB : 1lvm, 1lvb ​)

A pesar de conservar tan solo un 10% de identidad de secuencia, los miembros del clan PA aislados de virus, procariotas y eucariotas muestran homología estructural y pueden alinearse por similitud estructural (por ejemplo, con DALI ). [3]

Doble barril β

Todas las proteasas del clan PA comparten un motivo central de dos barriles β con catálisis covalente realizada por un motivo de tríada catalítica ácido-histidina-nucleófilo . Los barriles están dispuestos perpendicularmente uno al lado del otro con residuos hidrófobos que los mantienen unidos como armazón central de la enzima. Los residuos de la tríada se dividen entre los dos barriles para que la catálisis tenga lugar en su interfaz. [14]

Bucle de proteasa viral

Además del doble núcleo de barril β, algunas proteasas virales (como la proteasa TEV ) tienen un bucle C-terminal largo y flexible que forma una tapa que cubre completamente el sustrato y crea un túnel de unión. Este túnel contiene un conjunto de bolsas de unión estrechas de modo que cada cadena lateral del péptido sustrato (P6 a P1') está unida en un sitio complementario (S6 a S1') y la especificidad está otorgada por la gran área de contacto entre la enzima y el sustrato. [11] Por el contrario, las proteasas celulares que carecen de este bucle, como la tripsina , tienen una especificidad más amplia .

Evolución y función

Actividad catalítica

Divergencia evolutiva de las tríadas catalíticas al utilizar diferentes nucleófilos. Se muestran la tríada de serina de quimotripsina ( clan PA , familia S1) y la tríada de cisteína de la proteasa TEV ( clan PA , familia C3).

La homología estructural indica que los miembros del clan PA descienden de un ancestro común del mismo grupo. Aunque las proteasas del clan PA utilizan una tríada catalítica para realizar catálisis nucleófila de 2 pasos , [7] algunas familias usan serina como nucleófilo mientras que otras usan cisteína . [2] La superfamilia es, por lo tanto, un ejemplo extremo de evolución enzimática divergente ya que durante la historia evolutiva, el residuo catalítico central de la enzima ha cambiado en diferentes familias. [15] Además de su similitud estructural, se ha demostrado que la evolución dirigida puede convertir una cisteína proteasa en una serina proteasa activa. [16] Todas las proteasas celulares del clan PA son serina proteasas ; sin embargo, existen familias de proteasas virales tanto de serina como de cisteína proteasa . [7] La ​​mayoría son endopeptidasas , con la excepción de la familia S46 de exopeptidasas . [17] [18]

Papel biológico y especificidad del sustrato.

Además de la divergencia en su maquinaria catalítica central, las proteasas del clan PA también muestran una evolución muy divergente en su función. Los miembros del clan PA se pueden encontrar en eucariotas , procariotas y virus y abarcan una amplia gama de funciones. En los mamíferos, algunos participan en la coagulación de la sangre (p. ej., trombina ) y, por lo tanto, tienen una alta especificidad de sustrato, así como en la digestión (p. ej., tripsina ) con una amplia especificidad de sustrato. Varios venenos de serpientes también son proteasas del clan PA, como la hemotoxina de la víbora , e interfieren en la cascada de coagulación sanguínea de la víctima. Además, bacterias como Staphylococcus aureus secretan toxinas exfoliativas que digieren y dañan los tejidos del huésped. Muchos virus expresan su genoma como una poliproteína única y masiva y utilizan una proteasa del clan PA para escindirla en unidades funcionales (p. ej. , polio , norovirus y proteasas TEV ). [19] [20]

También hay varias pseudoenzimas en la superfamilia, donde los residuos de la tríada catalítica han sido mutados y, por lo tanto, funcionan como proteínas de unión. [21] Por ejemplo, la proteína de unión a heparina Azurocidina tiene una glicina en lugar del nucleófilo y una serina en lugar de histidina. [22]

Familias

Dentro del clan PA (P=proteasas de nucleófilos mixtos ), las familias se designan por su nucleófilo catalítico (C= cisteína proteasas , S= serina proteasas ). A pesar de la falta de homología de secuencia para el clan PA en su conjunto, las familias individuales dentro de él pueden identificarse por similitud de secuencia.

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Rawlings ND, Barrett AJ, Bateman A (enero de 2012). "MEROPS: la base de datos de enzimas proteolíticas, sus sustratos e inhibidores". Investigación de ácidos nucleicos . 40 (Problema de base de datos): D343-50. doi : 10.1093/nar/gkr987. PMC  3245014 . PMID  22086950.
  2. ^ abcde Bazán JF, Fletterick RJ (noviembre de 1988). "Las cisteína proteasas virales son homólogas a la familia de serina proteasas similares a la tripsina: implicaciones estructurales y funcionales". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 85 (21): 7872–6. Código bibliográfico : 1988PNAS...85.7872B. doi : 10.1073/pnas.85.21.7872 . PMC 282299 . PMID  3186696. 
  3. ^ abcd Laskar A, Rodger EJ, Chatterjee A, Mandal C (mayo de 2012). "Modelado y análisis estructural de serina proteasas del clan PA". Notas de investigación de BMC . 5 : 256. doi : 10.1186/1756-0500-5-256 . PMC 3434108 . PMID  22624962. 
  4. ^ Barbosa JA, Saldanha JW, Garratt RC (julio de 1996). "Nuevas características de los sitios activos de serina proteasa y bolsas de especificidad: análisis de secuencia y estudios de modelado de endopeptidasas específicas de glutamato y toxinas epidermolíticas". Ingeniería de proteínas . 9 (7): 591–601. doi : 10.1093/proteína/9.7.591 . PMID  8844831.
  5. ^ "MEROPS - Proteasas Archaeal S01".
  6. ^ Ruiz-Pérez F, Nataro JP (marzo de 2014). "Serina proteasas bacterianas secretadas por la vía del autotransportador: clasificación, especificidad y papel en la virulencia". Ciencias de la vida celulares y moleculares . 71 (5): 745–70. doi :10.1007/s00018-013-1355-8. PMC 3871983 . PMID  23689588. 
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