Cysteinproteasen

Cysteinproteasen sind Proteasen, die Peptidbindungen durch die Thiolgruppe eines Cysteins im aktiven Zentrum hydrolysieren. Die Katalyse erfolgt typischerweise über einen Cys-His-Dyad (mit möglicher Unterstützung durch ein Asn), wobei das Cystein-Thiolate als Nukleophil wirkt. Die Reaktion erfolgt in der Regel in zwei Schritten: Aktivierung des Cysteins und Angriff auf die Peptidbindung, wodurch ein Zwischenprodukt und schließlich die Freisetzung der Spaltprodukte entstehen. Die Aktivität dieser Enzyme ist oft pH-abhängig und durch spezifische Inhibitoren regulierbar.

Die Klasse der Cysteinproteasen umfasst mehrere Familien. Die bekannteste Gruppe sind die papain-ähnlichen Proteasen (Familie C1, MEROPS), zu denen Papain, Bromelain und Ficin gehören sowie menschliche Gruppen wie Kathepsin B, L und S. Darüber hinaus gibt es weitere Familien wie Calpains (Familie C2) und Legumain (Asparaginend- oder N-Glykoproteinase, Familie C13). Cysteinproteasen sind sowohl intrazellulär als auch sekretorisch aktiv und kommen in Pflanzen, Tieren und Mikroben vor.

Biologische Funktionen umfassen Proteolyse in Verdauungssystemen, Proteinabbau in Lysosomen, Gewebedremodellierung und Regulation von Immunprozessen, einschließlich der Antigenpräsentation. Sie spielen auch Rollen in der Apoptose und in der Pathogenität von Mikroorganismen, die Cysteinproteasen als Virulenzfaktoren einsetzen.

Medizinische Relevanz und Hemmung: Cysteinproteasen sind Zielstränge in der Diagnostik und Therapie, etwa bei Parasiteninfektionen (z. B. Cruzipain von Trypanosoma cruzi, Falcipaine von Plasmodium falciparum) und in entzündlichen Erkrankungen. Spezifische Hemmer wie E-64 oder Leupeptin dienen der Forschung; klinische Ansätze nutzen oder entwickeln Cysteinprotease-Inhibitoren zur Behandlung von Infektionen, Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen.