Пролилизомераза (также известная как пептидилпролилизомераза или PPIase ) — это фермент ( EC 5.2.1.8), обнаруженный как у прокариот , так и у эукариот, который взаимопревращает цис- и транс- изомеры пептидных связей с аминокислотой пролином . [1] Пролин имеет необычно конформационно ограниченную пептидную связь из-за своей циклической структуры с боковой цепью , связанной с азотом вторичного амина . Большинство аминокислот имеют сильное энергетическое предпочтение транс -конформации пептидной связи из-за стерических препятствий , но необычная структура пролина стабилизирует цис -форму, так что оба изомера заселяются в биологически значимых условиях. Белки с активностью пролилизомеразы включают циклофилин , FKBP и парвулин , хотя более крупные белки также могут содержать домены пролилизомеразы .
Пролин уникален среди природных аминокислот тем, что имеет относительно небольшую разницу в свободной энергии между цис -конфигурацией его пептидной связи и более распространенной транс -формой. Энергия активации , необходимая для катализа изомеризации между цис и транс , относительно высока: ~20 ккал/моль ( ср. ~0 ккал/моль для обычных пептидных связей). В отличие от обычных пептидных связей, пептидная связь X-пролил не будет принимать предполагаемую конформацию спонтанно, таким образом, процесс цис-транс -изомеризации может быть этапом, ограничивающим скорость в процессе сворачивания белка . Поэтому пролилизомеразы функционируют как шапероны сворачивания белка . Цис- пептидные связи N-концевые к остаткам пролина часто располагаются на первом остатке определенных типов плотных поворотов в остове белка. Белки, содержащие структурные цис -пролины в нативном состоянии, включают рибонуклеазу А , рибонуклеазу Т1 , бета-лактамазу , циклофилин и некоторые интерлейкины .
Сворачивание пролилизомеразы может быть автокаталитическим , и поэтому скорость сворачивания зависит от концентрации реагента. Парвулин и человеческий цитозольный FKBP , как полагают, катализируют собственные процессы сворачивания.
Методы определения наличия лимитирующего скорость процесса изомеризации пролина в процессе сворачивания белка включают:
Важно отметить, что не каждая пролиновая пептидная связь имеет решающее значение для структуры или функции белка, и не каждая такая связь оказывает существенное влияние на кинетику фолдинга, особенно транс -связи. Кроме того, некоторые пролилизомеразы обладают определенной степенью специфичности последовательности и, следовательно, могут не катализировать изомеризацию пролинов в определенных контекстах последовательности.
Активность пролилизомеразы была впервые обнаружена с помощью анализа на основе химотрипсина . Протеолитический фермент химотрипсин имеет очень высокую субстратную специфичность для пептида из четырех остатков Ala - Ala - Pro - Phe только тогда, когда связь пролинового пептида находится в транс -состоянии. Добавление химотрипсина к раствору, содержащему репортерный пептид с этой последовательностью, приводит к быстрому расщеплению около 90% пептидов, в то время как пептиды с цис- пролиновыми связями - около 10% в водном растворе - расщепляются со скоростью, ограниченной некатализируемой изомеризацией пролина. Добавление потенциальной пролилизомеразы ускорит эту последнюю фазу реакции, если она обладает истинной активностью пролилизомеразы.
