Lon (La protease) er en serinprotease i bakterieceller, mitokondrier og eukaryote kloroplaster. Tilhører en vigtig gruppe af ATP-afhængige proteaser, som også inkluderer proteasomer , ClpP , HslVU og FtsH. Ifølge MEROPS- klassifikationen tilhører den S16-familien [1] .
Lon består af tre domæner - a) N-terminal, hvis funktion ikke er fuldt kendt, men tilsyneladende involveret i genkendelsen af substrater [2] ; b) ATP-binding, udførelse af ATP -hydrolyse , udfoldning og flytning af polypeptidkæder til det næste, c) proteasedomæne, hvor substratet spaltes til peptidfragmenter [3] . Seks af disse proteiner går sammen og danner en cylindrisk seksleddet hexamer. Til spaltning skal polypeptidkæden foldes ud inde i cylinderen, hvor det aktive center er skjult, hvilket forhindrer Lon i at virke på tilfældige cellulære proteiner, der ikke er substrater. I modsætning hertil genkendes substratproteiner af det N-terminale domæne og translokeres til det aktive sted af proteinets ATP-bindende domæner [4] . Der er tegn på, at to seksleddede ringe kan slutte sig sammen til en stor cylinder. Desuden ser de ud til at være forbundet af ATP-bindende og N-terminale domæner, hvilket adskiller Lon fra andre medlemmer af gruppen, hvor individuelle polyleddede ringe er forbundet med proteasedomæner. Det antages, at den seksleddede er i stand til at binde store proteiner eller proteinkomplekser, og den tolvleddede er i stand til at binde små peptider eller udfoldede proteiner, hvilket gør det muligt at regulere proteolyse i cellen [5] .
Krystalstrukturen af Lon viser, at det aktive center indeholder en katalytisk dyade Ser og Lys (i modsætning til de fleste serinproteaser, hvor tre aminosyrer Ser, Asp og His spiller en katalytisk rolle) [6] . Baseret på eksperimentelle data er Lon ikke specifik for substratspaltning og viser kun en lille præference for Leu, Phe og Ala i position -1 [7] .
Lon er til stede i næsten alle bakterier (med sjældne undtagelser), mitokondrier og kloroplaster fra dyr og planter. Nogle bakterier (f.eks. Bacillus subtilis ) indeholder to eller flere former for Lon med forskellige funktionelle specificiteter [8] , [9] .
Hos Escherichii coli udfører Lon mange funktioner. Lon er den vigtigste E. coli -protease , der genkender og nedbryder fejlfoldede eller aggregerede proteiner [10] [11] . I den sene stationære fase af væksten begynder bakteriecellen at nedbryde frie ribosomproteiner for at kompensere for manglen på aminosyrer. Denne funktion udføres også af Lon [12] . De to bedst kendte substrater er SulA og RcsA. SulA er en celledelingshæmmer syntetiseret som reaktion på cellulær DNA-skade. Inaktivering af Lon i celler fører til følsomhed over for ultraviolet lys - celler syntetiserer SulA, det ødelægges ikke, celler deler sig ikke, vokser til lange filamenter og dør til sidst [13] . RcsA aktiverer transskriptionen af enzymer, der syntetiserer colansyre , et exopolysaccharid , der udgør bakteriens beskyttende kapsel . Følgelig er det mest fremtrædende fænotypiske tegn på fravær af Lon slimede kolonier på petriskåle [14] .
Lon ødelægger UmuD- og UmuC-proteinerne, som tillader cellen at syntetisere en komplementær DNA-streng på den beskadigede streng (dog laver mange fejl i processen). I UmuD ødelægger Lon den inaktive form, mens UmuDs aktive form ødelægges af ClpXP [15] . Lon nedbryder begge store strukturelle proteiner af inklusionslegemer , IbpA og IbpB [16] ; transkriptionsaktivatorer af oxidative stress -responsproteiner SoxS og MarA [17] ; såvel som mange af antitoksinproteinerne i toksin-antitoksinsystemerne , herunder CcdA, PemI, PasA, RelB og MazE [18] [19] . B. subtilis har to forskellige Lon-proteiner: LonA og LonB. LonA er involveret i sporulationsinitiering , mens LonB kun udtrykkes i den nydannede spore [9] [20] ; hos Myxococcus xanthus er et af de to Lon-gener i denne organisme, LonD, involveret i reguleringen af spordannelse og dannelsen af frugtlegemet [21] ; hos Proteus mirabilis regulerer Lon motiliteten [22] ; i Salmonella enterica , Pseudomonas syringae og Yersinia pestis , ekspression af komponenter i Type III-sekretionssystemet, der kræves til interaktion med værtsceller [23] [24] [25] . I eukaryote mitokondrier er Lon indeholdt i matrixen , hvor det ødelægger proteiner , der er fejlfoldet eller beskadiget af reaktive oxygenarter . De mest betydningsfulde substrater for det er aconitase, en af cytochromoxidaseunderenhederne, og StAR-protein (steroidogent akut regulatorisk protein) [27] [28] [29] .
Lon genkender korte sekvenser både ved N- (UmuD) [30] og C-termini (SulA) [31] af substratproteiner. Der blev dog ikke fundet nogen fælles sekvens for dem. I fejlfoldede proteiner er Lon blevet rapporteret at genkende korte hydrofobe regioner rige på aromatiske aminosyrerester [32] .
En af promotorerne for transkriptionen af lon -genet i E. coli genkendes af sigmafaktoren σ32, som er ansvarlig for transskriptionen af varmechokproteiner . Dette giver indlysende mening, da Lon genkender fejlfoldede proteiner, som øges dramatisk i varmechok [33] . Lon binder sig også til poly-P, en orthophosphatpolymer syntetiseret i E. coli-celler som reaktion på sult. Dette ændrer specificiteten i retning af ødelæggelse af frie ribosomale proteiner, hvilket giver dig mulighed for midlertidigt at klare aminosyresult [12] . T4-fagen syntetiserer PinA-proteinet, som specifikt hæmmer Lon. Dette indikerer sandsynligvis, at nogle af de proteiner, der er vigtige for denne fag i normal tilstand, er substrater for Lon [34] .
BL-21(DE3)-stammen, der i vid udstrækning anvendes til ekspression af rekombinante proteiner, er fænotypisk Lon minus, eftersom den overordnede E. coli B-stamme bærer en mutation, der inaktiverer Lon. Denne mutation menes at øge udbyttet af proteiner, der er tilbøjelige til at aggregere eller fejlfolde [35] , [36] .
Nogle forskere af Lon i pattedyrs mitokondrier tyder på, at et fald i aktiviteten af dette protein kan spille en væsentlig rolle i ældningsprocessen [37] .
| Endopeptidaser : serinproteaser/serinendopeptidaser ( EC 3.4.21) | |
|---|---|
| Fordøjelsesenzymer |
|
| Koagulering |
|
| Komplementsystem |
|
| Andre, immunsystem |
|
| Fra biotoksiner |
|
| Andet |
|