Bindungstasche von Enzymen: Ist P1-Tasche das gleiche wie die S1 subsite-Tasche? Wieso genau denaturiert Pepsin bei einem PH von 1-2 nicht?

Wissenschaft Biologie
#1

Hallo!
Beim Lernen bin ich auf die oben genannten Begriffe gestossen (S1 subsite & P1-Tasche) und bin mir nicht 100% sicher, ob sie Synonyme sind. Es geht v.a. um die Verdauungsenzyme Chymotrypsin & Trypsin. Ich habe mir folgendes notiert:

Trypsin & Chymotrypsin haben unterschiedliche Substrate, weil Seitenkette der Aminosäure, nach der die Peptidbindung hydrolysiert wird, in spezielle Tasche des Enzyms (S1 subsite) passen muss, sonst ist Peptidbindung nicht genau im aktiven Zentrum der Peptidase

In unserem Versuchsskript des Biochemie-Praktikums steht, dass die S1-Taschen von Chymotrypsin & Trypsin beide von hydrophoben Resten ausgekleidet sind: Serin in der hydrophoben Tasche bei Chymotrypsin & Aspartat bei Trypsin. Doch beide Aminosäuren sind doch alles andere als hydrophob durch ihre Hydroxygruppen. Wo liegt also mein Denkfehler?

Zu meiner 2. Frage:
Wieso denaturiert Pepsin im Magen bei einem so tiefen PH nicht. Jemand hat gesagt, weil Pepsin saure Aminosäuren im aktiven Zentrum hat, aber das aktive Zentrum ist ja eher im Innern des Enzyms und hat auf so etwas doch gar keinen Einfluss, oder? Sind es nicht eher die sauren Aminosäuren auf der Oberfläche des Enzyms? Ob saure oder basische Aminosäuren, bei einem solch tiefen PH sind doch alle Seitenketten protoniert. Wieso können dann keine basischen Aminosäuren die Oberfläche des Pepsins bedecken?

Ich hoffe, ihr könnt meinem Gedankengang folgen. Ich bin jetzt schon sehr dankbar für jede Antwort, denn bis jetzt konnten weder Mitstudenten, noch Bücher oder Google weiterhelfen.

Vielen Dank :smile:

#2

Nun, weil es dann nicht aktiv wäre. Proteine sind halt vielseitig. Genauso wie es Enzyme gibt, die 90°C aushalten, gibt es Enzyme, die ihre dreidimensionale Struktur auch in stark saurem Milieu bewahren. Hat sich so über die Jahrmillionen optimiert.
Udo Becker

#3

Danke für deine Antwort, das ist mir aber alles bewusst. Damit Pepsin aber nicht denaturiert, muss es sich strukturell & in der Aminosäurenzusammensetzung doch von denen unterscheiden, die bei diesem PH denaturieren. Welche Struktureigenschaft sorgt also für die Resistenz bei tiefem PH?

#4

Hallo Alina_5e568d: Pepsin (E.C. 3.4.23.1.; 388 Aminosäuren) wird vom Magen als Pepsinogen (Zymogen) produziert. Das stark basische Vorstufensegment (Signal Peptid: A.s. 1-15, Propeptide: A.s. 16-62) wird unterhalb pH5 autokatalytisch abgespalten. Das nun aktive Pepsin (A.s. 63-388) ist stark sauer. Das aktive Zentrum von Pepsin enthält zwei (Asp32, Asp215) Aspartatreste. Damit Pepsin aktiv ist, muss ein Aspartat-Rest ionisiert, der andere Aspartatrest nicht ionisiert vorliegen; hieraus ergibt sich das pH-Optimum von ca. 1,6.
Unter http://www.uniprot.org/uniprot/P0DJD7 findest Du die Aminosäure-Sequenz des Pepsinogen. Damit kannst Du z.B. die Anzahl D (Asp) und E (Glu) für das basische Vorstufen segment und das stark saure Pepsin ermitteln. Oberhalb pH 6 wird Pepsin (im Magen) irreversibel inaktiviert. Mit diesen Informationen solltest Du deine intelligente Frage beantworten können. Gruss. Paul

#5

Lieber Paul
Vielen Dank für Deine Antwort. Vielen Dank für das Kompliment zu meiner Frage, doch ich fühle mich gerade alles andere als intelligent, da ich noch 100te andere solche Fragen habe, zu denen ich keine Antwort finde :no_mouth: Ich habe auch schon gelesen, dass die sauren Aminosäuren in der aaktiven Stelle für die Resistenz bei diesem PH verantwortlich sind, konnte das aber nicht glauben, weil das aktive Zentrum normalerweise doch nicht direkt an der Oberfläche eines Enzyms liegt. (1) Du thematisierst die beiden Aspartatreste auch nicht, um die Resistenz bei saurem PH zu erklären, sondern um das PH-Optimum von Pepsin klarzustellen, oder? Vielen Dank dazu, dass es 2 Aspartatreste im aktiven Zentrum sind, die unterschiedlich geladen sind, wusste ich nicht.
(2) Wir waren uns auch nicht 100% sicher, ob autokatalytisch heisst, dass ein Enzym sich selbst hydrolysiert oder ob ein Pepsin ein anderes aktiviert. Wie ist es wirklich?
(3) Und das Pepsin wird im Magen nicht denaturiert, weil es so viele saure Aminosäuren hat?
Sorry für die vielen Nachfragen, aber ich werde in diesem Thema mündlich geprüft werden und da muss ich sehr sattelfest sein.
(4) Lieber Paul, weisst du noch etwas zu den Bindungstaschen eines Enzyms? Weisst du welche Aminosäuren dort bei Chymotrypsin & Trypsin sitzen & welche AS sie binden?

Vielen Dank nochmals :blush:

#6

Hallo Alina_5e568d: Vorab: Intelligente Leute haben viele Fragen. 1. Wenn Du meine Literatur-Angabe (http://www.uniprot.org/uniprot/P0DJD7) auswertest (d.h. D und E auszählen vom Vorstufensegment und vom aktiven Pepsinteil) und vergleichst, wirst Du feststellen dass der stark saure Pepsin-Teil mehr E und D hat pro z.B. 20 A.s. als das stark basische Vorstufensegment. Meine Ansicht: Die Resistenz von Pepsin bei saurem pH beruht auf den vielen sauren Aminosäuren (D und E) im Pepsin. 2. Da der Nahrungsbrei im Magen pH 1,5 bis 6 (Lehninger, Biochemie) durchläuft wird Pepsin mit zunehmend höherem pH abgebaut.
3. Autokatalytisch heisst dass das Pepsinogen (durch pH-Änderung seine Konformation ändert, und dadurch) sich selbst den Vorstufenteil abspalten kann. 4. Hydrophob im aktiven Zentrum von Pepsin ist nur eine „hydrophobe Tasche“ (Lehninger, Biochemie) für einen Benzolkern (z.B. Phenylalanin). 5. Zu Chymotrypsin (E.C. 3.4.21.1.), Stichworte: Katalytische Triade (Ser195, His57, Asp102, H-Brücken), Oxyaniontasche habe ich einen ausführlichen Text verfasst. Sende mir deine E-Mail-Adresse. Trypsin (E.C. 3.4.21.4.) ist sehr ähnlich dem Chymotrypsin. Gruss. Paul