단백질분해효소

3. 효소의 기능 및 기작

단백질분해효소(프로테아제)는 긴 단백질 사슬의 펩타이드 결합을 끊어 짧은 조각으로 분해하는 역할을 한다. 이들은 단백질을 소화하는 데 중요한 역할을 한다.

• 엑소펩티데이스: 단백질 사슬의 끝에서 아미노산을 하나씩 분리한다.
• 아미노펩티데이스: N-말단에서 아미노산을 분리한다.
• 카르복시펩티데이스: C-말단에서 아미노산을 분리한다.
• 엔도펩티데이스: 단백질 사슬 내부의 펩타이드 결합을 끊는다. (트립신, 키모트립신, 펩신, 파파인, 엘라스타아제 등)

3. 1. 촉매 작용

• 아스파르트산, 글루탐산, 금속 단백질분해효소는 물 분자를 활성화하여 펩타이드 결합에 친핵성 공격을 가해 가수 분해한다.
• 세린, 트레오닌, 시스테인 프로테아제는 친핵성 잔기(일반적으로 촉매 삼중항에 있음)를 사용한다. 해당 잔기는 친핵성 공격을 수행하여 프로테아제를 기질 단백질에 공유결합으로 연결하여 생성물의 첫 번째 절반을 방출한다. 이 공유 아실-효소 중간체는 활성화된 물에 의해 가수 분해되어 생성물의 두 번째 절반을 방출하고 자유 효소를 재생성하여 촉매 작용을 완료한다.

3. 2. 기질 특이성

3. 3. 자가분해

4. 생물 다양성

단백질분해효소는 원핵생물부터 진핵생물, 바이러스에 이르기까지 모든 생물체에 존재한다. 이 효소들은 음식 단백질의 단순한 소화부터 혈액 응고 연쇄 반응, 보체계, 세포자멸사 경로, 그리고 무척추동물의 프로페놀산화효소 활성화 연쇄 반응과 같이 고도로 조절된 연쇄 반응에 이르기까지 수많은 생리학적 반응에 관여한다. 단백질분해효소는 단백질의 아미노산 서열에 따라 특정 펩타이드 결합을 끊거나(''제한적 단백질분해''), 펩타이드를 아미노산으로 완전히 분해할 수 있다(''무제한적 단백질분해''). 이러한 활성은 파괴적인 변화(단백질의 기능을 없애거나 주요 성분으로 소화)가 될 수도 있고, 기능의 활성화가 될 수도 있으며, 신호 전달 경로에서 신호가 될 수도 있다.

4. 1. 식물

• 파파야 - 과육에 파파인을 함유한다. 식육 개질제(연화제)로 이용되기도 한다.
• 파인애플 - 과육에 브로멜라인(브로멜린)을 함유하므로, 대량으로 먹으면 입술에서 출혈이 일어나거나 혀에 마비를 느끼게 한다.
• 생강 - 뿌리에 징기파인(징기바인)을 함유한다. 우유의 응고제로 이용된다.
• 무화과 - 과육에 피카인(피신)을 함유한다.
• 키위 - 과육에 액티니딘(액티니진)을 함유한다.

4. 2. 동물

5. 이용

단백질분해효소는 산업, 의학, 생물학 연구 등 다양한 분야에서 널리 사용된다.^[24][25] 소화 단백질분해효소는 세탁 세제와 제빵 개량제에 사용된다. 의학 분야에서는 혈액 응고 조절, 병원성 단백질 분해 등에 활용되며, TEV 단백질분해효소나 트롬빈은 융합 단백질 및 친화성 태그 절단에 사용된다. 또한, 채식주의자 레닛은 코셔 및 할랄 치즈 제조, 인도 아대륙에서 소화 및 당뇨병 치료, 파니르 제조 등에 이용된다.

5. 1. 산업

5. 2. 의학

5. 3. 생물학 연구

5. 4. 식품

6. 프로테아제 억제제

단백질분해효소의 활성은 단백질분해효소 억제제에 의해 억제된다.^[26] 단백질분해효소 억제제의 한 예는 세르핀 계열이다. 여기에는 알파 1-안티트립신 (과도한 염증 단백질분해효소의 영향으로부터 신체를 보호), C1-억제제 (과도한 단백질분해효소 유발 보체계 활성화로부터 신체를 보호) 등이 포함된다.^[27]

자연 단백질분해효소 억제제에는 세포 조절 및 분화에 중요한 역할을 하는 리포칼린 단백질군이 포함된다. HIV와 같은 일부 바이러스는 증식 과정에서 단백질분해효소에 의존한다. 따라서 단백질분해효소 억제제는 항바이러스제로 개발되어 사용된다.

다른 자연 단백질분해효소 억제제는 방어 기작으로 사용된다. 일반적인 예는 일부 식물의 씨앗에서 발견되는 트립신 억제제이며, 주요 식량 작물인 콩에 많이 들어있어 포식자로부터 자신을 보호하는 역할을 한다. 날콩은 함유된 단백질분해효소 억제제가 변성될 때까지 인간을 포함한 많은 동물에게 유독하다.

참조

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