Prolylizomeráza

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.

Existuje niekoľko metód identifikácie prítomnosti izomerizácie prolínu ako rýchlosť určujúceho kroku v skladaní bielkovín, medzi ktoré patria:

1. Aktivačná energia konzistentná s izomerizáciou prolínu, ktorá je zvyčajne okolo 20 kcal/mol
2. Kinetika skladania, ktorá naznačuje populácie, ktoré sa skladajú rýchlo a ktoré sa skladajú pomaly, v nezloženom alebo denaturovanom stave
3. Štúdie, pri ktorých sa bielkoviny obsahujúce prolín rozložia a zase naspäť zložia, pričom sa študuje populácia prolínových konformácií v nenatívnom stave ako závislosť rozsahu skladanie bielkoviny
4. Zvýšenie rýchlosti skladania in vitro po pridaní prolylizomerázy
5. Zvýšenie rýchlosti skladania in vitro u mutantných bielkovín, kde je jeden alebo viac prolínov nahradených za inú aminokyselinu

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.

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.