Protéase à cystéine

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Structure de la papaïne, une protéase à cystéine (PDB 1PE6[1]).

Une protéase à cystéine, ou parfois protéase à thiol, est une peptidase dont le résidu d'acide aminé nucléophile de la triade catalytique est une cystéine. Comme toutes les peptidases, ces enzymes catalysent l'hydrolyse de certaines liaisons peptidiques de protéines. On trouve couramment de telles enzymes dans les fruits, par exemple la papaye, l'ananas, la figue et le kiwi, leur concentration tendant à être plus élevée lorsque le fruit n'est pas mûr ; on en trouve en fait plus généralement dans un grand nombre de plantes[2].

Mécanisme catalytique[modifier | modifier le code]

La première étape du mécanisme réactionnel catalysé par les protéases à cystéine est la déprotonation du groupe thiol, porté par le résidu de cystéine du site actif, par la chaîne latérale basique d'un acide aminé voisin, généralement un résidu d'histidine.

L'étape suivante est l'attaque nucléophile de l'atome de carbone constituant le carbonyle du substrat par l'anion sulfure de la cystéine déprotonée. Le fragment N-terminal du substrat est alors libéré, tandis que le résidu d'histidine revient à son état déprotoné et qu'un intermédiaire entre l'enzyme et le reste du substrat est formé par covalence à travers une liaison thioester.

Cette liaison thioester est ensuite hydrolysée, ce qui libère à la fois le fragment C-terminal du substrat et l'enzyme régénérée dans sa forme active.

Fonctions biologiques[modifier | modifier le code]

Les protéases à cystéine assurent de multiples fonctions biologiques dans pratiquement tous les aspects de la physiologie et du développement tissulaire. Chez les plantes, elles sont importantes pour la croissance et le développement, ainsi que pour l'accumulation et l'utilisation des protéines stockées notamment dans les graines. Elles sont également impliquées dans des voies métaboliques de signalisation cellulaire ainsi que dans la réponse au stress biotique et abiotique[3]. Chez l'homme, elles interviennent dans le processus de sénescence et d'apoptose, certains types de réponse immunitaire, le traitement des prohormones et le remodelage de la matrice extracellulaire dans le cadre du développement des os. La faculté des macrophages et d'autre cellules à mobiliser à leur surface des protéases à cystéine élastolytiques sous certaines conditions pourrait également accélérer la dégradation du collagène et de l'élastine par exemple au niveau d'une zone inflammatoire d'un athérome[4].

Exemples[modifier | modifier le code]

On peut citer quatre exemples de protéases à cystéine :

Régulation[modifier | modifier le code]

Les protéases ) cystéine, comme toutes les peptidases, sont fortement régulées afin d'éviter une protéolyse anarchique qui serait désastreuse pour la cellule. Certaines, comme les caspases, sont synthétisées sous forme inactive (les pro-caspases) et doivent être clivées et dimérisées pour être actives, les calpaïnes devant de plus être auto-protéolysées. Elles nécessitent surtout la présence du calcium pour être actives.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) D. Yamamoto, K. Matsumoto, H. Ohishi, T. Ishida, M. Inoue, K. Kitamura et H. Mizuno, « Refined x-ray structure of papain.E-64-c complex at 2.1-A resolution », Journal of Biological Chemistry, vol. 266, no 22,‎ 5 août 1991, p. 14771-14777 (PMID 1860874, lire en ligne)
  2. (en) André Domsalla et Matthias F. Melzig, « Occurrence and Properties of Proteases in Plant Latices », Planta Medica, vol. 74, no 7,‎ juin 2008, p. 699-711 (PMID 18496785, DOI 10.1055/s-2008-1074530, lire en ligne)
  3. (en) Małgorzata Grudkowska et Barbara Zagdańska, « Multifunctional role of plant cysteine proteinases », Acta Biochimica Polonica, vol. 51, no 3,‎ 2004, p. 609-624 (PMID 15448724, lire en ligne)
  4. (en) Harold A. Chapman, Richard J. Riese et Guo-Ping Shi, « Emerging roles for cysteine proteases in human biology », Annual Review of Physiology, vol. 59,‎ mars 1997, p. 63-88 (PMID 9074757, DOI 10.1146/annurev.physiol.59.1.63, lire en ligne)