Cysteinprotease

Cysteinproteasen sind Enzyme aus der Gruppe der Proteasen, d.h. sie bauen Proteine ab. Als wichtiges Merkmal weisen sie eine sog. katalytische Triade oder Dyade auf, die als aktives Zentrum der Enzyme fungiert.

Cysteinproteasen spalten Peptidbindungen durch eine charakteristische Aminosäurenkonstellation in ihrem aktiven Zentrum. Dabei spielen die Aminosäuren Cystein und Histidin eine entscheidende Rolle.

Histidin bewirkt eine (basen)-katalytische Stimulation des Cysteins, wobei das H⁺-Ion der Thiolgruppe des Cysteins auf den Stickstoff des Histidins übertragen wird. Histidin, das nun eine positive Ladung besitzt, wird durch eine negativ geladene Aspartat-Seitenkette in seiner Struktur stabilisiert.

Nun greift das durch Deprotonierung (aus der Thiolgruppe) entsandene Thiolat das C1-Atom der Peptidbindung nukleophil an, was zu einem Übergangszustand führt.

Zwischen der Cysteinprotease und dem Rest der Peptidkette kommt es zur Thioesterbindung, die auch als Acylenzym bezeichnet wird.

Das hierbei entstandene Acylenzym wird nun durch Wasser am teilweise positiv geladenen C1-Atom nukleophil angegriffen. Es entsteht ein tetraedrischer Übergangszustands, bevor der Rest der Peptidkette mit einer Carboxylgruppe abgespalten wird und das übrig bleibende Proton die frei gewordene Cystein-Kette wieder zum Thiol protoniert.

Es kommt zur Entstehung von zwei Teilpeptiden, die jeweils einen neuen N-Terminus bzw. C-Terminus enthalten.

Cysteinproteasen sind an verschiedenen Signalwegen sowie an der Reaktion auf abiotische und biotische Prozesse beteiligt. In humanen Zellen und bei Tieren sind sie an der Apoptose sowie MHC-II-Immunantwort beteiligt.

Zu den Cysteinproteasen gehören u.a. folgende Enzyme:

• Papain
• Caspasen
• Bromelain
• Cathepsine