serina proteasa

Las serina proteasas (o serina endopeptidasas ) son enzimas que rompen los enlaces peptídicos de las proteínas . La serina actúa como aminoácido nucleofílico en el sitio activo de la enzima . ^{[ 1 ]} Se encuentran de forma ubicua tanto en eucariotas como en procariotas . Las serina proteasas se dividen en dos grandes categorías según su estructura: similares a la quimotripsina (o tripsina) o similares a la subtilisina . ^{[ 2 ]}

El sistema de clasificación de proteasas MEROPS reconoce 16 superfamilias (a partir de 2013), cada una con numerosas familias . Cada superfamilia utiliza la tríada o díada catalítica en un plegamiento proteico diferente , lo que representa una evolución convergente del mecanismo catalítico . La mayoría pertenece a la familia S1 del clan PA (superfamilia) de proteasas.

Para superfamilias , P: superfamilia, que contiene una mezcla de familias de clases de nucleófilos , S: proteasas de serina puras. superfamilia. Dentro de cada superfamilia, las familias se designan por su nucleófilo catalítico, (S: proteasas de serina).

Las serina proteasas se caracterizan por una estructura distintiva, que consta de dos dominios de barril beta que convergen en el sitio activo catalítico. Estas enzimas se pueden clasificar además según su especificidad de sustrato como similares a la tripsina, similares a la quimotripsina o similares a la elastasa. ^{[ 5 ]}

El principal componente del mecanismo catalítico de las serina proteasas es la tríada catalítica. Esta tríada se localiza en el sitio activo de la enzima, donde tiene lugar la catálisis, y se conserva en todas las superfamilias de enzimas serina proteasas. La tríada es una estructura coordinada compuesta por tres aminoácidos : His 57, Ser 195 (de ahí el nombre de "serina proteasa") y Asp 102. Estos tres aminoácidos clave desempeñan un papel esencial en la capacidad de escisión de las proteasas. Si bien los aminoácidos que componen la tríada se encuentran alejados entre sí en la secuencia de la proteína, debido al plegamiento, estarán muy próximos en el núcleo de la enzima. La geometría particular de los miembros de la tríada es altamente característica de su función específica: se ha demostrado que la posición de tan solo cuatro puntos de la tríada caracteriza la función de la enzima que la contiene. ^{[ 8 ]}

En caso de catálisis, se produce un mecanismo ordenado en el que se generan varios intermediarios. La catálisis de la escisión del péptido puede considerarse una catálisis de ping-pong , en la que se une un sustrato (en este caso, el polipéptido que se escinde), se libera un producto (la mitad C-terminal del péptido con el grupo amino visible), se une otro sustrato (en este caso, agua) y se libera otro producto (la mitad N-terminal del péptido con el grupo carboxilo visible).

Cada aminoácido de la tríada realiza una tarea específica en este proceso:

• La serina posee un grupo -OH capaz de actuar como nucleófilo , atacando el carbono carbonílico del enlace peptídico escindible del sustrato.
• Un par de electrones en el nitrógeno de la histidina tiene la capacidad de aceptar el hidrógeno del grupo -OH de la serina , coordinando así el ataque del enlace peptídico .
• El grupo carboxilo del ácido aspártico, a su vez, forma enlaces de hidrógeno con la histidina , lo que hace que el átomo de nitrógeno mencionado anteriormente sea mucho más electronegativo .

La reacción completa se puede resumir de la siguiente manera:

• El sustrato polipeptídico se une a la superficie de la enzima serina proteasa de tal manera que el enlace escindible se inserta en el sitio activo de la enzima, con el carbono carbonilo de este enlace posicionado cerca de la serina nucleofílica .
• El grupo -OH de la serina ataca al carbono carbonílico , y el nitrógeno de la histidina acepta el hidrógeno del grupo -OH de la [serina], mientras que un par de electrones del doble enlace del oxígeno carbonílico se desplaza hacia el oxígeno. Como resultado, se genera un intermedio tetraédrico.
• El enlace que une el nitrógeno y el carbono en el enlace peptídico se rompe. Los electrones covalentes que formaban este enlace atacan el hidrógeno de la histidina , rompiendo la conexión. Los electrones que antes se desplazaban del doble enlace del oxígeno carbonílico regresan del oxígeno negativo para recrear el enlace, generando un intermedio acil-enzima.
• Ahora, el agua interviene en la reacción. El agua reemplaza el extremo N del péptido escindido y ataca el carbono carbonílico . Una vez más, los electrones del doble enlace se desplazan hacia el oxígeno, dejándolo negativo, al formarse el enlace entre el oxígeno del agua y el carbono. Este enlace es coordinado por el nitrógeno de la histidina , que acepta un protón del agua. En conjunto, esto genera otro intermedio tetraédrico.
• En la reacción final, el enlace formado en el primer paso entre la serina y el carbono carbonílico ataca al hidrógeno que la histidina acaba de adquirir. El carbono carbonílico, ahora deficiente en electrones, reforma el doble enlace con el oxígeno. Como resultado, el extremo C-terminal del péptido se desprende.

Los organismos hospedadores deben asegurar que la actividad de las serina proteasas esté regulada adecuadamente. Esto se logra mediante la activación inicial de la proteasa y la secreción de inhibidores.

Las mutaciones pueden provocar una disminución o un aumento de la actividad de las enzimas. Esto puede tener diferentes consecuencias, dependiendo de la función normal de la serina proteasa. Por ejemplo, las mutaciones en la proteína C pueden provocar una deficiencia de proteína C y predisponer a la trombosis . Además, algunas proteasas desempeñan un papel vital en la activación de la fusión célula huésped-virus al preparar la proteína Spike del virus para mostrar la proteína denominada "proteína de fusión" ( TMPRSS2 activa la fusión del SARS-CoV-2 ). Las serina proteasas exógenas del veneno de serpiente causan una amplia gama de coagulopatías cuando se inyectan en un huésped debido a la falta de regulación de su actividad. ^{[ 7 ]}

La determinación de los niveles de serina proteasa puede ser útil en el contexto de determinadas enfermedades.

• La determinación de los niveles de factores de coagulación puede ser necesaria para el diagnóstico de afecciones hemorrágicas o trombóticas.
• La elastasa fecal se utiliza para determinar la actividad exocrina del páncreas, por ejemplo, en la fibrosis quística o la pancreatitis crónica .
• El antígeno prostático específico en suero se utiliza en la detección precoz del cáncer de próstata , la estratificación del riesgo y el seguimiento posterior al tratamiento.
• La serina proteasa, liberada por los mastocitos , es un marcador diagnóstico importante para las reacciones de hipersensibilidad tipo 1 , como la anafilaxia . Es más útil que la histamina debido a su vida media más prolongada , lo que significa que permanece en el organismo durante un tiempo clínicamente útil.

Debido a su actividad catalítica, algunas serina proteasas poseen potentes propiedades antimicrobianas. Diversos estudios in vitro han demostrado la eficacia de algunas proteasas para reducir la virulencia mediante la escisión de proteínas de la superficie viral. La entrada del virus en las células huésped está mediada por la interacción de estas proteínas de superficie con la célula huésped. Cuando estas proteínas se fragmentan o inactivan en la superficie viral, la entrada del virus se ve afectada, lo que conlleva una reducción de la infectividad de un amplio espectro de microorganismos patológicamente relevantes como la influenza , el VRS humano y otros. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

• Base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: Serina peptidasa. Archivado el 4 de abril de 2017 en Wayback Machine .
• Sitio de proteasas de serina en la Universidad de Saint Louis (SLU)
• Serina+proteasas en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.