Prolylizomeráza

Prolylizomeráza (takisto peptidylprolylizomeráza alebo peptidyl-prolyl-"cis"-"trans"-izomeráza) je enzým (EC 5.2.1.8) prítomný v prokaryotoch i eukaryotoch, ktorý katalyzuje premenu peptidovej väzby aminokyseliny prolínu z "cis" na "trans" alebo obrátene. Prolín má nezvyčajne obmedzenú peptidovú väzbu kvôli svojmu bočnému reťazcu, ktorý obsahuje cyklickú štruktúru viazanú na sekundárny amín. U väčšiny aminokyselín má peptidová väzba silnú preferenciu "trans" usporiadania kvôli stérickej zábrane, ale nezvyčajná štruktúra prolínu stabilizuje "cis" formu, takže pri biologicky významných podmienkach sú zastúpené oba izoméry ("cis" i "trans"). Medzi bielkoviny s prolylizomerázovou aktivitou patrí cyklofilín, FKBP a parvulín, ale i väčšie proteíny môžu mať domény s prolylizomerázovou aktivitou.
Skladanie bielkovín.
Prolín je unikátna prírodná aminokyselina, ktorá má relatívne malý energetický rozdiel medzi "cis" konfiguráciou peptidovej väzby a častejšie sa vyskytujúcou "trans" konfiguráciou. Aktivačná energia potrebná na katalýzu tejto izomerizácie je relatívne vysoká, asi ~ 20 kcal/mol ("cf." ~ 0 kcal/mol pre bežné peptidové väzby). Na rozdiel od ostatných peptidových väzieb však X-prolyl peptidová väzba (teda peptidová väzba pred prolínom) nenadobúda vhodnú konformáciu spontánne, takže tento proces "cis"-"trans" izomerizácie môže byť rýchlosť určujúcim krokok pri skladaní bielkovín. Prolylizomerázy teda fungujú ako šaperóny pri skladaní bielkovín (napomáhajú ostatným bielkovinám s ich správnym skladaním). "Cis-"peptidová väzba na N-konci prolínu sa často nachádza v prvej aminokyseline niektorých tesných ohybov v kostre bielkoviny. Medzi proteíny, ktoré majú "cis"-prolín v natívnom stave, patrí ribonukleáza A, ribonukleáza T1, beta laktamáza, cyklofilín a niektoré interleukíny.
Prolylizomerázy sa môžu skladať autokatalyticky, takže rýchlosť skladania záleží na koncentrácii reaktantu. Predpokladá sa, že parvulín a ľudský cytozolový FKBP autokatalyzujú svoje skladanie.
Evidencia izomerizácie prolínu.
Existuje niekoľko metód identifikácie prítomnosti izomerizácie prolínu ako rýchlosť určujúceho kroku v skladaní bielkovín, medzi ktoré patria:
Je však nutné poznamenať, že nie každá prolínová peptidová väzba je kritická pre štruktúru či funkciu bielkoviny a nie každá taká väzba výrazne ovplyvňuje kinetiku skladania bielkoviny, hlavne u "trans" väzieb. Okrem toho majú niektoré prolylizomerázy istý stupeň sekvenčnej špecificity a teda nemusia katalyzovať izomerizáciu prolínu v niektorých sekvenciách.
Meranie prolylizomerázovej aktivity.
Prolylizomerázová aktivita bola prvýkrát objavená pomocou merania s chymotrypsínom. Proteolytický enzým chymotrypsín má veľkú substrátovú špecificitu na štvorreziduový peptid Ala-Ala-Pro-Phe (AAPF) len keď prolínová peptidová väzba je v "trans" konfigurácii. Prídavok chymotrypsínu k roztoku peptidu s touto sekvenciou vedie k rýchlemu štiepeniu asi 90 % peptidov, ale u peptidov s "cis" konfiguráciou - ktorých je asi 10 % vo vodnom roztoku - sú štiepené rýchlosťou odpovedajúcou nekatalyovanej izomerizácie prolínovej peptidovej väzby. Prídavok potenciálnej prolylizomerázy zrýchli tento druhý proces len ak skutočne vykazuje prolylizomerázovú aktivitu.