Warum hat Pepsin bei sehr niedrigem pH-Wert eine negative Ladung? An Analysis of Conserved Charged Residues in Aspartic Proteinases

Abstract

Pepsin hat mehrere Eigenschaften, die sich deutlich von denen anderer Proteine unterscheiden. Es hat ein sehr niedriges pH-Optimum für die Hydrolyse verschiedener Substrate und eine hohe Aktivität bei pH 2. Dies impliziert eine sehr stabile Tertiärstruktur unter Bedingungen, bei denen viele Proteine vollständig denaturiert sind. Diese Eigenschaften von Pepsin sind entscheidend für seine physiologische Funktion, die unter den extrem sauren Bedingungen des Magenlumens abläuft. Dort sind die ungefalteten hydrophoben Kerne der zu spaltenden Proteine dem ersten hydrolytischen Angriff durch Pepsin ausgesetzt. Eine weitere sehr spezifische Eigenschaft von Pepsin ist sein extrem niedriger isoelektrischer Punkt. Es hat eine negative Nettoladung im Bereich der niedrigen pH-Werte, einschließlich des pH-Optimums für die katalytische Aktivität. Die zu spaltenden Proteine haben in diesem pH-Bereich eine positive Nettoladung. Diese molekularen Eigenschaften von Pepsin sind eng miteinander verknüpft, da sie alle die Folge der spezifischen Anordnung und Interaktion der geladenen Gruppen in der dreidimensionalen Faltung des Enzyms sind. Daten über die verfeinerte Pepsin-A-Struktur von Schweinen mit einer Auflösung von 1,8 Å (Sielecki et al., 1990) haben zu ihrer Erklärung beigetragen. Pepsin vom Schwein wurde auch mit einer Auflösung von 2,3 Å in der monoklinen Kristallform von Abad-Zapatero et al. (1990) und in der hexagonalen Kristallform von Cooper et al. (1990) verfeinert.