Lon (La proteaza) este o serin protează în celulele bacteriene, mitocondrii și cloroplaste eucariote. Aparține unui grup important de proteaze dependente de ATP, care include și proteazomi , ClpP , HslVU și FtsH. Conform clasificării MEROPS , aparține familiei S16 [1] .
Lon este format din trei domenii - a) N-terminal, a cărui funcție nu este pe deplin cunoscută, dar, aparent, implicată în recunoașterea substraturilor [2] ; b) legarea ATP, efectuarea hidrolizei ATP , desfășurarea și mutarea lanțurilor polipeptidice la următorul, c) domeniul protează, unde substratul este scindat în fragmente peptidice [3] . Șase dintre aceste proteine se unesc pentru a forma un hexamer cilindric cu șase membri. Pentru clivaj, lanțul polipeptidic trebuie să se desfășoare în interiorul cilindrului, unde este ascuns centrul activ, ceea ce împiedică Lon să acționeze asupra proteinelor celulare aleatorii care nu sunt substraturi. În contrast, proteinele substrat sunt recunoscute de domeniul N-terminal și translocate la locul activ de către domeniile de legare ATP ale proteinei [4] . Există dovezi că două inele cu șase membri se pot uni pentru a forma un cilindru mare. Mai mult, ele par să fie conectate prin domeniile de legare a ATP și N-terminale, ceea ce distinge Lon de alți membri ai grupului, în care inelele individuale polimerizate sunt conectate prin domenii de protează. Se presupune că cel cu șase membri este capabil să lege proteine mari sau complexe proteice, iar cel cu doisprezece membri este capabil să lege peptide mici sau proteine desfășurate, ceea ce face posibilă reglarea proteolizei în celulă [5] .
Structura cristalină a lui Lon arată că centrul activ conține o diada catalitică Ser și Lys (spre deosebire de majoritatea serin proteazelor, unde trei aminoacizi Ser, Asp și His joacă un rol catalitic) [6] . Pe baza datelor experimentale, Lon nu este specific pentru scindarea substratului, arătând doar o ușoară preferință pentru Leu, Phe și Ala în poziția -1 [7] .
Lon este prezent în aproape toate bacteriile (cu rare excepții), mitocondriile și cloroplastele animalelor și plantelor. Unele bacterii (de exemplu, Bacillus subtilis ) conțin două sau mai multe forme de Lon cu specificități funcționale diferite [8] , [9] .
În Escherichii coli , Lon îndeplinește multe funcții. Lon este principala protează de E. coli care recunoaște și degradează proteinele greșite sau agregate [10] [11] . În faza staționară târzie a creșterii, celula bacteriană începe să descompună proteinele ribozomilor libere pentru a compensa lipsa de aminoacizi. Această funcție este îndeplinită și de Lon [12] . Cele mai cunoscute două substraturi sunt SulA și RcsA. SulA este un inhibitor al diviziunii celulare sintetizat ca răspuns la deteriorarea ADN-ului celular. Inactivarea Lon în celule duce la sensibilitate la lumina ultravioletă - celulele sintetizează SulA, nu este distrus, celulele nu se divid, cresc în filamente lungi și în cele din urmă mor [13] . RcsA activează transcripția enzimelor care sintetizează acidul colanoic , o exopolizaharidă care alcătuiește capsula protectoare a bacteriei. În consecință, cel mai proeminent semn fenotipic al absenței Lonului sunt coloniile de mucoase pe cutiile Petri [14] .
Lon distruge proteinele UmuD și UmuC, care permit celulei să sintetizeze o catenă de ADN complementară pe catena deteriorată (cu toate acestea, făcând multe greșeli în proces). În UmuD, Lon distruge forma inactivă, în timp ce forma activă a lui UmuD este distrusă de ClpXP [15] . Lon degradează ambele proteine structurale majore ale corpurilor de incluziune , IbpA și IbpB [16] ; activatori de transcripție ai proteinelor de răspuns la stres oxidativ SoxS și MarA [17] ; precum și multe dintre proteinele antitoxine ale sistemelor toxină-antitoxină , inclusiv CcdA, PemI, PasA, RelB și MazE [18] [19] . B. subtilis are două proteine Lon diferite: LonA și LonB. LonA este implicat în inițierea sporulării , în timp ce LonB este exprimat doar în sporul nou format [9] [20] ; la Myxococcus xanthus , una dintre cele două gene Lon ale acestui organism, LonD, este implicată în reglarea sporulării și formarea corpului fructifer [21] ; în Proteus mirabilis Lon reglează motilitatea [22] ; în Salmonella enterica , Pseudomonas syringae și Yersinia pestis , expresia componentelor sistemului de secreție de tip III necesare pentru interacțiunea cu celulele gazdă [23] [24] [25] . În mitocondriile eucariote, Lon este conținut în matrice , unde distruge proteinele care sunt pliate greșit sau deteriorate de speciile reactive de oxigen . Cele mai semnificative substraturi pentru aceasta sunt aconitaza, una dintre subunitățile citocrom oxidazei și proteina StAR (proteina reglatoare acută steroidogenă) [27] [28] [29] .
Lon recunoaște secvențe scurte atât la nivelul N- (UmuD) [30] cât și la nivelul C-terminal (SulA) [31] al proteinelor substrat. Cu toate acestea, nu a fost găsită o secvență comună pentru ei. În proteinele pliate greșit, s-a raportat că Lon recunoaște regiuni hidrofobe scurte bogate în reziduuri de aminoacizi aromatici [32] .
Unul dintre promotorii pentru transcrierea genei lon în E. coli este recunoscut de factorul sigma σ32, care este responsabil pentru transcrierea proteinelor de șoc termic . Acest lucru are sens evident, deoarece Lon recunoaște proteinele pliate greșit, care sunt crescute dramatic în șocul termic [33] . Lon se leagă, de asemenea, de poli-P, un polimer ortofosfat sintetizat în celulele E. coli ca răspuns la înfometare. Acest lucru modifică specificitatea față de distrugerea proteinelor ribozomale libere, ceea ce vă permite să faceți față temporar foametei de aminoacizi [12] . Fagul T4 sintetizează proteina PinA, care inhibă în mod specific Lon. Acest lucru indică probabil că unele dintre proteinele importante pentru acest fag în stare normală sunt substraturi pentru Lon [34] .
Tulpina BL-21(DE3), utilizată pe scară largă pentru exprimarea proteinelor recombinante, este fenotipic Lon minus, deoarece tulpina părinte de E. coli B poartă o mutație care inactivează Lon. Se crede că această mutație crește randamentul proteinelor predispuse la agregare sau pliere greșită [35] , [36] .
Unii cercetători ai Lon în mitocondriile mamiferelor sugerează că o scădere a activității acestei proteine poate juca un rol semnificativ în procesul de îmbătrânire [37] .
Endopeptidaze : serin proteaze/serin endopeptidaze ( EC 3.4.21) | |
---|---|
Enzime digestive |
|
Coagulare |
|
Sistemul de complement |
|
Alții, sistemul imunitar |
|
Din biotoxine |
|
Alte |
|