Aminosäuren und Proteine

• Struktur: Alle proteinogenen Aminosäuren sind α-Aminocarbonsäuren. Sie unterscheiden sich lediglich durch ihre Seitenketten
  • Seitenketten: Variabler Teil der Aminosäuren, der ihnen unterschiedliche Größe, chemische Reaktivität, Ladung und Molekularmasse verleiht
• Stereoisomerie
  • Liegen in der L-Form vor → Das heißt, dass in der Fischer-Projektion die Aminogruppe am α-C-Atom nach links zeigt.
  • Alle proteinogenen Aminosäuren (mit Ausnahme von Glycin) haben am α-C-Atom ein Chiralitätszentrum

Phänomenale Isolde trübt mitunter Leutnant Valentins lüsterne Träume: 

Phenylalanin, Isoleucin, Tryptophan, Methionin, Leucin, Valin, Lysin, Therionin

Enzyme, die Peptidbindungen hydrolytisch spalten (Proteolyse)   Viele Peptidasen werden als katalytisch inaktive Proenzyme (sog. Zymogene) sezerniert. Sie kommen nicht nur im Verdauungstrakt vor, sondern sind ubiquitär (in allen Zellen und Geweben des Organismus) vertreten, da überall Proteine sind, die gespalten werden müssen. 

Eingeteilt werden die Peptidasen nach Ort der Spaltung oder nach Katalysemechanismus. 

• Endopeptidasen (auch: Endoproteasen): Spalten an spezifischer Stelle innerhalb der Peptidkette
  • Beispiel: Trypsin (spaltet hinter den basischen Aminosäuren Arginin und Lysin)
• Exopeptidasen: Spalten Aminosäuren vom Ende der Peptidkette ab
  • Aminopeptidasen: Spalten Aminosäuren vom N-terminalen Ende her ab
  • Carboxypeptidasen: Spalten Aminosäuren vom C-terminalen Ende her ab

• Serinprotease
  • Katalytische Triade: Bestimmte Anordnung von drei Aminosäureresten in einem Enzym, die dazu führt, dass diese Reste miteinander wechselwirken und einer der drei Reste dadurch besonders aktiviert wird, d.h. eine Peptidbindung spalten kann
  • Beispiele: Chymotrypsin
    • Katalytische Triade aus Serin, Histidin und Aspartat
    • Mechanismus: Nucleophiler Angriff des Sauerstoffs des Serinrests auf das positiv polarisierte C-Atom der Peptidbindung
  • Weitere Beispiele: Trypsin, Elastase, Plasmin, Thrombin

Aspartatprotease

• Kennzeichen: Zwei katalytisch aktive Asparaginsäurereste im aktiven Zentrum
• Beispiele: Pepsin, Renin

1. Magen: Denaturierung der Proteine durch die Magensäure und erste Spaltung durch die Endopeptidase Pepsin
2. Duodenum: Weitere Spaltung mithilfe der Peptidasen des Pankreas und der Darmmucosa
3. Resorption durch die Enterozyten

Peptidasentyp: Endopeptidase

Vorkommen: Magen

Reaktion: Spaltet bevorzugt Bindungen neben den AS Phenylalanin, Tyrosin und Leucin

Produkt: Peptide und Oligopeptide

Peptidasentyp: Endopeptidase

Vorkommen: Pankreassekret

Reaktion: Spaltet bevorzugt hinter basischen AS

Produkt: Olgiopeptide

Peptidasentyp: Endopeptidasen

Vorkommen: Pankreassekret

Reaktion: Spaltet bevorzugt hinter aromatischen und grossen, hydrophoben AS

Produkt: Olgiopeptide

Peptidasentyp: Exopeptidase

Vorkommen: Pankreassekret

Reaktion: Spaltet aromatische AS ab

Produkt: AS

Peptidasentyp: Exopeptidase

Vorkommen: Pankreassekret

Reaktion: Spaltet basisiche AS ab

Produkt: AS

Peptidasentyp: Exopeptidase

Vorkommen: Darmmukosa

Reaktion: Spaltet unspezifisch randständige AS ab

Produkt: AS

Peptidasentyp: Exopeptidase

Vorkommen: Darmmukosa

Reaktion: Spaltet Dipeptide

Produkt: AS

Die Pankreas-Peptidasen werden als inaktive Vorstufen sezerniert und erst im Duodenum aktiviert. Trypsinogen (die Vorstufe des Trypsins) wird von den Peptidasen der Darmmucosa gespalten, alle anderen Vorstufen werden dann von Trypsin aktiviert!

Pepsinogen ist die Vorstufe des Pepsin und wird von der Magensäure in die aktive Form umgewandelt!

• Aufnahme im Darm
  • Resorption einzelner Aminosäuren: Über Na+-gekoppelte Carrierproteine, die spezifisch für verschiedene Aminosäuregruppen sind (neutrale, verzweigtkettige, aromatische, saure, basische)
  • Resorption von Di-, Tri- und Tetrapeptiden: Wahrscheinlich über einen Protonen-Symport 
• Transport im Blut: Transport über die Pfortader zur Leber 
• Aufnahme in die Leberzellen: Über spezifische Carrierproteine (ähnlich denen des Darms)

Abzubauende Proteine werden mit Ubiquitin markiert, diese Markierung wird von drei Enzymen katalysiert 

1. Aktivierung von Ubiquitin zu AMP-Ubiquitin durch das Ubiquitin-aktivierende-Enzym (E1) 
2. Bindung von Ubiquitin an einen Cysteinylrest von E1 unter Abspaltung von AMP 
3. Übertragen von Ubiquitin auf das Ubiquitin-konjugierende-Enzym (E2)
4. Übertragen von Ubiquitin auf einen Lysinrest des abzubauenden Proteins durch die Ubiquitin-Protein-Ligase (E3) . Es entsteht eine Isopeptidbindung (Amidbindung).

• Ablauf: Das Proteasom erkennt das durch eine Kette von Ubiquitinen markierte Protein, bindet es und beginnt mit der proteolytischen Spaltung
• Beteiligte Strukturen
  • Proteasom: ATP-abhängiger Proteasekomplex (26S-Proteasom), bestehend aus drei Untereinheiten 
    • 20S-Untereinheit: Unspezifische Peptidaseaktivität 
    • Zwei 19S-Untereinheiten: Abspaltung der Ubiquitinmoleküle 
  • Weiterverwertung der Abbauprodukte: Peptidfragmente aus dem Proteasom können über MHC-I-Moleküle an der Zelloberfläche präsentiert werden