Serin proteasi

Le serin proteasi (o proteasi a serina) sono una classe di proteasi che basano il loro meccanismo di catalisi sulla presenza della serina , particolarmente reattiva ed essenziale per la loro attività enzimatica. 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, contribuiscono direttamente alla formazione di coaguli, combattono le infezioni e aiutano la fecondazione. Il sito attivo di ogni serin proteasi è costituito da residui di Serina (Ser), di Istidina (His) e di Aspartato (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 della 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,formale un nuovo legame con il carbonio presente nelle proteine. La carica negativa dell'acido aspartico serve per stabilizzarela catena laterale attiva dell'Istidina. In particolar modo un estere (RCOOR') o un'ammide (NH₂COR, NHRCORʾ, NRʾRʾʾCORʾʾʾ) si legano al gruppo -OH della Serina liberando un alcol (ROH) o un'ammina (RNH₂, RNHRʾ, RNRʾRʾʾ). In presenza di acqua si ha la rottura del legame con la serina liberando acido carbossilico.

Tipi di serin proteasi

Appartengono a queste proteasi la:

1. tripsina
2. chimotripsina
3. elastasi
4. trombina
5. subtilisina
6. plasmina
7. collagenasi
8. relina

Gli enzimi principali appartenenti a questa classe, come tripsina , chimotripsina e elastasi , sono strettamente omologhi, infatti, le strutture primarie di quest'ultimi sono identiche per circa il 40%. Tutti questi enzimi hanno una Ser attiva e un His cataliticamente essenziale localizzate nel sito attivo che lega un residuo di Asp che è immerso in una tasca non accessibile al solvente . Questi tre residui formano una triade catalica, 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: 1- dopo che l' [enzima]] ha legato il substrato , la Ser 195 attacca nucleofilamente il gruppo carbonilico del legame suscettibile per forare un intermedio tetraedico ( catalisi covalente ); 2- l' #anello imidazolico dell'His 57 lega il protone che si libera dal legame precedente, formaldo lo ione imidazolico (catalisi basica generale) 3- questi processi sono favoriti dall'effetto polarizzato del #gruppo carbossilico ionizzato dall'Asp 102, che forma un legame idrogeno con l'His 57 (catalisi elettrostatica); 4- l'His 57 cede il protone precedentemente acquisito (catalisi acida generale) promuovendo la rottura dell'intermedio tretraedico con l'eliminazione dell'intermedio acil-enzima ( processo di acetilazione; 5- il gruppo amminico che si viene a formare (R'NH2) viene rilasciato dall'enzima e sotituito con una molecola d'acqua presa dal solvente; 6- la deacilazione avviene con un meccanismo inverso a quello di formazione dell'intermedio:l'acqua agisce da nucleofilo che attacca la Ser 195 ed il gruppo carbossilico ad essa legata viene rilasciato dall'enzima, ed, infine, quest'ultimo libero viene anch'esso rilasciato.