Serinproteasen

Serinproteasen sind proteolytische Enzyme, die Peptidbindungen durch einen aktiven Serin-Nukleophil angreifen. Zu den bekanntesten Vertretern gehören Trypsin, Chymotrypsin und Elastase, die zur chymotrypsinähnlichen Serinproteasen-Familie (S1) gehören. Eine weitere bedeutende Gruppe sind die subtilisinartigen Serinproteasen (S8). Viele Serinproteasen liegen als Zymogene vor und werden durch spezifische Proteasen aktiviert, beispielsweise Trypsinogen, das zu Trypsin wird.

Der katalytische Mechanismus basiert typischerweise auf einer Serin-Histidin-Aspartat-Katalytische-Triade. Das Serin-OH greift als Nukleophil die Peptidbindung an; Histidin fungiert als Base/Acid-Base-Partner, während Aspartat das Histidin stabilisiert. Es entsteht ein kovalenter Acyl-Enzym-Zustand, der durch das tetraedrische Zwischenprodukt mit einer Oxyanionenlücke unterstützt wird. Anschließend wird das Acyl-Enzym durch eine Wasser-Molekül-Hydrolyse gespalten, wodurch Produkt und Enzym freigesetzt werden. Die Substratspezifität wird zudem durch das Substratbindungsloch des Enzyms bestimmt.

Physiologisch sind Serinproteasen zentral in der Verdauung (Pankreasenzyme im Dünndarm), an der Blutgerinnung (z. B. Thrombin, Faktor Xa) sowie an Immunreaktionen und Entzündungen beteiligt. Ihre Aktivität wird streng reguliert durch natürliche Inhibitoren wie Serpin-Familienproteine (z. B. Alpha-1-Antitrypsin, Antithrombin). Eine Dysregulation kann zu Erkrankungen führen, etwa bei Alpha-1-Antitrypsin-Mangel, der zu Lungenschäden durch Neutrophilen-Elastase beitragen kann.

Jenseits des Organismus finden Serinproteasen breite Anwendungen in Biotechnologie und Industrie, zum Beispiel beim Proteindenaturieren, bei der Peptidsynthese oder in Reinigungsprozessen. In der Forschung dienen sie zudem als Modelle zur Untersuchung von Katalyse und Hemmung.