Serin proteasi

Le serin proteasi (anche chiamate proteasi a serina, proteasi seriniche, serina endopeptidasi, peptidasi a serina o peptidasi seriniche) sono una classe di enzimi proteolitici (proteasi) che devono il loro nome al sito attivo mediante il quale esercitano l'azione idrolitica, costituito appunto da una serina.^[1] Questi enzimi catalizzano l'idrolisi di legami peptidici tra il gruppo amminico e il gruppo carbossilico presenti all'interno della struttura proteica. Sono enzimi con molteplici attività tra cui la digestione del cibo, la contribuzione diretta alla formazione di coaguli, il contrasto alle infezioni e la facilitazione della fecondazione, e possono avere origine animale, vegetale, fungina o batterica.

Il sito attivo di ogni serin proteasi è costituito da residui di serina (Ser), di istidina (His) e di acido aspartico (Asp) legati mediante legami a idrogeno. Questi legami sono possibili grazie alla vicinanza nella struttura tridimensionale del gruppo imidazolico dell'istidina con il gruppo ossidrilico della serina, anche l'acido aspartico è vicino al gruppo dell'istidina ma dal lato opposto rispetto alla serina. Assumendo tale disposizione si facilita il passaggio di protoni e di cariche all'interno del sito attivo dell'enzima: l'istidina è in posizione per fungere da base e rimuovere il protone dal gruppo ossidrilico della serina; attraverso questo cambiamento la serina diventa molto più reattiva e può, in vicinanza di legami peptidici, formare un nuovo legame con il carbonio presente nelle proteine. La carica negativa dell'acido aspartico serve per stabilizzare la catena laterale attiva dell'istidina.

In particolar modo, un estere (RCOOR') o un'ammide (NH₂COR, NHRCOR', NR'R''COR''') si legano al gruppo -OH della serina liberando un alcol (ROH) o un'ammina (RNH₂, RNHR', RNR'R''). In presenza di acqua si ha la rottura del legame con la serina liberando un acido carbossilico.

Tipi di serin proteasi

Appartengono a questa classe i seguenti enzimi:

Gli enzimi principali appartenenti a questa classe, come tripsina, chimotripsina e elastasi, sono strettamente omologhi (proteine derivanti da un'unica proteina ancestrale), infatti le loro strutture primarie sono identiche per circa il 40%. Tutti questi enzimi hanno una serina attiva e un'istidina cataliticamente essenziale localizzate nel sito attivo che lega un residuo di acido aspartico che è immerso in una tasca non accessibile al solvente. Questi tre residui formano una triade catalitica, collegata da legami ad idrogeno, nel seguente modo: serina 195-legame H-istidina 57-legame H-aspartato 102.

Meccanismo catalitico

La considerevole uguaglianza strutturale del sito attivo delle serin proteasi implica che i meccanismi catalitici siano simili; infatti, esse seguono tutte il seguente meccanismo catalitico:

Meccanismo enzimatico delle serin proteasi

Dopo che l'enzima ha legato il substrato, la serina 195 attacca nucleofilicamente il gruppo carbonilico del legame suscettibile per formare un intermedio tetraedico (catalisi covalente);
L'anello imidazolico dell'istidina 57 lega il protone che si libera dal legame precedente, formando lo ione imidazolico (catalisi basica generale)
Questi processi sono favoriti dall'effetto polarizzato del gruppo carbossilico ionizzato dall'acido aspartico 102, che forma un legame idrogeno con l'istidina 57 (catalisi elettrostatica);
l'istidina 57 cede il protone precedentemente acquisito (catalisi acida generale) promuovendo la rottura dell'intermedio tetraedico con l'eliminazione dell'intermedio acil-enzima (processo di acetilazione);
Il gruppo amminico che si viene a formare (R'NH₂) viene rilasciato dall'enzima e sostituito con una molecola d'acqua presa dal solvente;
La deacetilazione avviene con un meccanismo inverso a quello di formazione dell'intermedio: l'acqua agisce da nucleofilo che attacca la serina 195 e il gruppo carbossilico ad essa legata viene rilasciato dall'enzima e, infine, quest'ultimo viene anch'esso rilasciato.

Serina endopeptidasi vegetali

Alcune serina endopeptidasi sono prodotte da piante, costituendo il gruppo più numeroso di proteasi vegetali^[2] e possono essere estratte per l'impiego in diversi settori.

Esempi

Quelle estratte da orzo (ordolisina, SEP-1), soia, riso, lattuga (lettucina), melone (cucumisina) sono solo alcune delle più conosciute.^[3]^[4]^[5]

Note

↑ Hartley BS. Proteolytic enzymes. Annual Review of Biochemistry. 1960;29:45-72
↑ Antão CM, Malcata FX. Plant serine proteases: biochemical, physiological and molecular features. Plant Physiology and Biochemistry. 2005;43(7):637-650.
↑ Uchikoba T, Yonezawa H, Kaneda M. Cleavage Specificity of Cucumisin, a Plant Serine Protease. The Journal of Biochemistry. 1995;117(5):1126-1130.
↑ Lo Piero AR, Puglisi I, Petrone G. Characterization of “Lettucine”, a Serine-like Protease from Lactuca sativa Leaves, as a Novel Enzyme for Milk Clotting. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2002;50(8):2439-2443.
↑ Jones BL. Endoproteases of barley and malt. Journal of Cereal Science. 2005;42(2):139-156.

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[1] Hartley BS. Proteolytic enzymes. Annual Review of Biochemistry. 1960;29:45-72

[2] Antão CM, Malcata FX. Plant serine proteases: biochemical, physiological and molecular features. Plant Physiology and Biochemistry. 2005;43(7):637-650.

[3] Uchikoba T, Yonezawa H, Kaneda M. Cleavage Specificity of Cucumisin, a Plant Serine Protease. The Journal of Biochemistry. 1995;117(5):1126-1130.

[4] Lo Piero AR, Puglisi I, Petrone G. Characterization of “Lettucine”, a Serine-like Protease from Lactuca sativa Leaves, as a Novel Enzyme for Milk Clotting. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2002;50(8):2439-2443.

[5] Jones BL. Endoproteases of barley and malt. Journal of Cereal Science. 2005;42(2):139-156.

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