天冬氨酸蛋白酶(Aspartic protease)是一类重要的蛋白
水解酶,参与机体的
新陈代谢及生物调控作用。它的活性中心由两个
催化性天冬氨酸
残基组成,在酸性pH条件下具有最佳活性。这些酶通常在
活性位点具有两个高度保守的
天门冬氨酸,并且几乎所有已知的天冬氨酸蛋白酶都被
胃酶抑素抑制。
天冬氨酸
蛋白酶包括
胃蛋白酶亚型、逆转录蛋白酶亚型、天冬氨酸膜内裂解蛋白酶亚型。这些酶家族中的胃蛋白酶亚型需要去除前肽区域并在酸性环境的诱导下自身催化;而
肾素类亚型则是由其他的酶催化。研究这些亚型的结构和活化的机制,有助于研究天冬氨酸蛋白酶家族在病理和生理情况下的变化,在某些疾病的治疗上提供了新的研究方向。
天冬氨酸蛋白酶是一个高度特异性的蛋白酶家族,它们倾向于切割具有疏水
残基和β-
CH2的
二肽键。与
丝氨酸蛋白酶或
半胱氨酸蛋白酶不同,这些蛋白酶在切割过程中不形成共价中间体。蛋白
水解是一步发生的,涉及水分子在两个高度保守的
天门冬氨酸残基之间的配位。天冬氨酸通过提取
质子来活化水,使水能够对
底物易裂键的
羰基碳进行亲核攻击,从而产生通过与第二天冬氨酸
氢键稳定的四面体氧
阴离子中间体。该中间体的重排导致易裂
酰胺的
质子化,这导致底物肽分裂成两个产物肽。
胃酶抑素是天冬氨酸蛋白酶的抑制剂,能够抑制几乎所有已知的天冬氨酸蛋白酶。
天冬氨酸蛋白酶超家族(氏族)有五个,每个都代表相同
活性位点和机制的独立进化。MEROPS分类系统按字母顺序命名这些氏族,包括氏族AA(例如:
胃蛋白酶家族)、氏族AC(例如:信号肽酶II家族)、氏族AD(例如:早老素家族)、氏族AE(例如:GPR内肽酶家族)和氏族AF(例如:Omptin家族)。
许多
真核生物天门冬氨酸内肽酶(MEROPS肽酶家族A1)是用
信号肽和前肽合成的。动物胃蛋白酶样内肽酶前肽形成了一个独特的前肽家族,其中包含约30个
残基长的保守基序。在胃蛋白酶原A中,成熟胃蛋白酶序列的前11个残基被前肽的残基取代。前肽含有两个螺旋,可阻断
活性位点裂隙,特别是
胃蛋白酶中保守的天冬氨酸11残基,在胃蛋白酶中,
氢键与前肽中的保守
arg残基结合。这种氢键稳定了前肽构象,并且可能负责在酸性条件下触发胃蛋白酶原转化为胃蛋白酶。