Las proteasas de cisteína , también conocidas como proteasas de tiol , son enzimas hidrolasas que degradan proteínas . Estas proteasas comparten un mecanismo catalítico común que involucra un tiol de cisteína nucleófilo en una tríada o díada catalítica. [1]
Descubierta por Gopal Chunder Roy en 1873, la primera cisteína proteasa que se aisló y caracterizó fue la papaína , obtenida de Carica papaya . [1] Las cisteína proteasas se encuentran comúnmente en frutas como la papaya , la piña , el higo y el kiwi . La proporción de proteasa tiende a ser mayor cuando la fruta no está madura. De hecho, se sabe que el látex de docenas de familias de plantas diferentes contiene cisteína proteasas. [2] Las cisteína proteasas se utilizan como ingrediente en ablandadores de carne.
El sistema de clasificación de proteasas MEROPS cuenta con 14 superfamilias más varias familias actualmente sin asignar (a partir de 2013), cada una de las cuales contiene muchas familias . Cada superfamilia utiliza la tríada o díada catalítica en un pliegue proteico diferente y, por lo tanto, representa una evolución convergente del mecanismo catalítico .
En el caso de las superfamilias , P indica una superfamilia que contiene una mezcla de familias de clases de nucleófilos y C indica cisteína proteasas puras. Dentro de cada superfamilia, las familias se designan por su nucleófilo catalítico (C denota cisteína proteasas).
El primer paso en el mecanismo de reacción por el cual las cisteína proteasas catalizan la hidrólisis de enlaces peptídicos es la desprotonación de un tiol en el sitio activo de la enzima por un aminoácido adyacente con una cadena lateral básica , generalmente un residuo de histidina . El siguiente paso es el ataque nucleofílico por el azufre aniónico de la cisteína desprotonada en el carbono carbonílico del sustrato . En este paso, se libera un fragmento del sustrato con un extremo amino , el residuo de histidina en la proteasa se restaura a su forma desprotonada y se forma un intermedio tioéster que une el nuevo extremo carboxiterminal del sustrato al tiol de cisteína . Por lo tanto, a veces también se las denomina tiol proteasas. El enlace tioéster se hidroliza posteriormente para generar una fracción de ácido carboxílico en el fragmento de sustrato restante, mientras se regenera la enzima libre. [6]
Las cisteína proteasas desempeñan papeles multifacéticos, prácticamente en cada aspecto de la fisiología y el desarrollo. En las plantas son importantes en el crecimiento y desarrollo y en la acumulación y movilización de proteínas de almacenamiento como en las semillas. Además, están involucradas en las vías de señalización y en la respuesta a estreses bióticos y abióticos . [7] En humanos y otros animales, son responsables de la senescencia y la apoptosis (muerte celular programada), las respuestas inmunes MHC clase II , el procesamiento de prohormonas y la remodelación de la matriz extracelular importante para el desarrollo óseo. La capacidad de los macrófagos y otras células para movilizar cisteína proteasas elastolíticas a sus superficies bajo condiciones especializadas también puede conducir a una degradación acelerada de colágeno y elastina en sitios de inflamación en enfermedades como la aterosclerosis y el enfisema . [8] Varios virus (como la polio y la hepatitis C ) expresan todo su genoma como una única poliproteína masiva y utilizan una proteasa para escindirla en unidades funcionales (por ejemplo, la proteasa del virus del grabado del tabaco ).
La actividad de las cisteína proteasas está regulada por unos pocos mecanismos generales, que incluyen la producción de zimógenos , expresión selectiva, modificación del pH, compartimentación celular y regulación de su actividad enzimática por inhibidores endógenos , que aparentemente es el mecanismo más eficiente asociado con la regulación de la actividad de las cisteína proteasas. [6]
Las proteasas se sintetizan generalmente como grandes proteínas precursoras llamadas zimógenos , como los precursores de la serina proteasa tripsinógeno y quimotripsinógeno , y el precursor de la proteasa aspártica pepsinógeno . La proteasa se activa mediante la eliminación de un segmento inhibidor o proteína. La activación se produce una vez que la proteasa se administra a un compartimento intracelular específico (por ejemplo, el lisosoma ) o entorno extracelular (por ejemplo, el estómago ). Este sistema evita que la célula que produce la proteasa sea dañada por ella.
Los inhibidores de proteasas son generalmente proteínas con dominios que entran o bloquean un sitio activo de proteasa para impedir el acceso al sustrato . En la inhibición competitiva , el inhibidor se une al sitio activo, impidiendo así la interacción enzima-sustrato. En la inhibición no competitiva , el inhibidor se une a un sitio alostérico , que altera el sitio activo y lo vuelve inaccesible al sustrato.
Los ejemplos de inhibidores de proteasa incluyen:
Actualmente no hay un uso generalizado de las cisteína proteasas como antihelmínticos aprobados y efectivos , pero la investigación sobre el tema es un campo de estudio prometedor. Se ha descubierto que las cisteína proteasas vegetales aisladas de estas plantas tienen altas actividades proteolíticas que se sabe que digieren las cutículas de los nematodos , con muy baja toxicidad. [9] Se han informado resultados exitosos contra nematodos como Heligmosomoides bakeri , Trichinella spiralis , Nippostrongylus brasiliensis , Trichuris muris y Ancylostoma ceylanicum ; la tenia Rodentolepis microstoma y el parásito acantocéfalo porcino Macracanthorhynchus hirundinaceus . [10] Una propiedad útil de las cisteína proteasas es la resistencia a la digestión ácida, lo que permite una posible administración oral . Proporcionan un mecanismo de acción alternativo a los antihelmínticos actuales y se piensa que el desarrollo de resistencia es poco probable porque requeriría un cambio completo de la estructura de la cutícula del helminto .
En varias medicinas tradicionales , los frutos o el látex de la papaya, la piña y el higo se utilizan ampliamente para el tratamiento de infecciones por gusanos intestinales tanto en humanos como en el ganado .
Las cisteína proteasas se utilizan como aditivos alimentarios para el ganado para mejorar la digestibilidad de las proteínas y los aminoácidos. [11]
