Eine Protease ist ein Mitglied einer sehr großen Gruppe von Enzymen, die im Körper eine Vielzahl von Funktionen haben. Ein primäres Enzym ist ein Verdauungsenzym zur Verarbeitung von Proteinen. Ohne Protease wäre der Körper nicht in der Lage, das Protein in der Nahrung zu verdauen. Andere Arten von Proteasen sind an der Regulierung von zellulären Ereignissen, wie der Blutgerinnung, beteiligt. Diese werden auch als proteolytische Enzyme oder Proteinasen bezeichnet.
Proteine sind lange Ketten von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen zusammengehalten werden. Kleine Proteinfragmente werden als Peptide bezeichnet, und größere Fragmente werden als Polypeptide bezeichnet. Enzyme, die Peptide abbauen, werden Peptidasen genannt.
Proteasen sind Arten von Proteinen, die den Abbau anderer beschleunigen. Sie unterscheiden sich in der Art und Weise, in der sie diese Tätigkeit ausüben. Exopeptidasen spalten terminale Aminosäuren ab und knabbern an Proteinen. Sie bauen Peptidbindungen ab, um Aminosäuren freizusetzen. Im Gegensatz dazu wirken Endopeptidasen innerhalb des Proteins, spalten auch Peptidbindungen und produzieren als Ergebnis ihrer Aktivitäten Polypeptide.
Es gibt mehrere Klassen von Proteasen, abhängig von der Art der Aminosäure an der Stelle, an der die Reaktion stattfindet, und jedem zusätzlichen Molekül, das für die Aktivität benötigt wird. Viele Proteine benötigen beispielsweise ein Metallatom, um aktiv zu sein. Sie werden als Metalloproteinasen bezeichnet. Andere Proteasen haben eine als Serin bekannte Aminosäure an ihrem aktiven Zentrum und werden als Serinproteasen bezeichnet.
Die ersten Studien von Proteasen in der Humanphysiologie wurden durchgeführt, um ihre Rolle bei der Verdauung im Magen-Darm-System zu erkennen. Das Ziel der enzymatischen Verdauung besteht darin, größere Moleküle in kleinere aufzuspalten. Mehrere Proteasen arbeiten mit Peptidasen zusammen, um die Proteine in Lebensmitteln zu kleinen Peptiden und Aminosäuren abzubauen. Solche kleinen Moleküle können von den Darmzellen aufgenommen und als Brennstoff oder zum Aufbau neuer Proteinmoleküle verwendet werden.
Allen diesen Verdauungsproteasen ist gemeinsam, dass sie in größeren, inaktiven Formen synthetisiert werden, um das Gewebe, das sie enthält, vor enzymatischer Schädigung zu schützen. Solche Vorläufer sind als Zymogene bekannt. Ein weiteres gemeinsames Merkmal ist, dass sie alle Endopeptidasen sind, obwohl sie sich in ihrer Präferenz für den Teil der Proteine unterscheiden, den sie spalten. Diese Substratspezifität basiert auf der Lage spezifischer Aminosäuren in den Zielproteinen.
Der Magen enthält die Verdauungsprotease Pepsin, die durch die Salzsäure des Magens stimuliert wird. Pepsin spaltet die Proteine in Polypeptide auf, die in den Darm wandern. An dieser Stelle werden sie durch die zusätzlichen Verdauungsproteasen Trypsin und Chymotrypsin in noch kleinere Stücke zerlegt. Alle diese Enzyme sind Serinproteasen.
Andere Arten von Proteasen regulieren die Aktivität anderer Proteine. Indem sie eine bestimmte Stelle eines Proteins spalten, können sie diese entweder ein- oder ausschalten. Dies kann Teil eines Mechanismus sein, der eine physiologische Veränderung signalisiert. Eine weitere Funktion von Proteasen besteht darin, bei der Verarbeitung von Proteinen zu helfen, die in größeren Formen produziert werden, wie zum Beispiel das Amyloid-Vorläuferprotein. Andere Proteasen bauen Proteine ab, die für die Zellfunktion nicht mehr benötigt werden.