Proteinspaltung

Proteinspaltung, auch Proteolyse genannt, ist der enzymatische Abbau von Proteinen durch Proteasen, bei dem Peptidbindungen hydrolysiert werden. Dabei entstehen in der Regel kleinere Peptide und freie Aminosäuren. Spaltungsprozesse finden in verschiedenen zellulären Kompartimenten statt und sind zentral für Verdauung, Proteinstoffwechsel und die Regulation biologischer Prozesse.

Proteasen werden grob in Endopeptidasen und Exopeptidasen unterteilt. Endopeptidasen spalten innerhalb der Polypeptidkette, Exopeptidasen reagieren an den Enden der Proteine. Typische Beispiele sind Pepsin, Trypsin, Chymotrypsin und Caspases (Endopeptidasen) sowie Aminopeptidasen und Carboxypeptidasen (Exopeptidasen). Die Aktivität vieler Proteasen hängt vom Milieu ab: Saure Magensäften aktivieren Pepsin, der Dünndarm arbeitet überwiegend im neutralen bis leicht basischen Bereich mit Pankreasenzymen; lysosomale Proteasen wirken in saurer Umgebung. Proteasen treten häufig als Zymogene auf und werden durch spezifische Mechanismen reguliert oder inhibiert.

Die Spaltungsreaktion beruht auf der Hydrolyse der Peptidbindung, deren Spezifität vom aktiven Zentrum der Enzyme und vom Substrat abhängt. Proproteine werden oft durch proteolytische Spaltung in aktive Enzyme oder Signalmoleküle umgewandelt. Wesentliche Regulationswege umfassen Proteaseinhibitoren, Zymogenaktivierung, sowie das ubiquitin-proteasome-System und Autophagie.

Bedeutung ergibt sich aus Verdauung, der Aktivierung von Hormonen und Enzymen sowie der Regulation von Signalwegen. Fehlregulationen sind mit Erkrankungen verbunden, etwa Pankreaskrankheiten, neurodegenerative Prozesse oder Krebsinvasion durch veränderte Proteasenaktivität. Anwendungen reichen von Proteomik und Peptidmapping über Analytik (Massenspektrometrie, Gelelektrophorese) bis hin zu biotechnologischen Prozessen, in denen Proteasen Proteine oder Therapeutika verarbeiten.