Proteolyse
Die Proteolyse bezeichnet die Gesamtheit der enzymatischen Reaktionen, die Peptidbindungen zwischen Aminosäuren hydrolysieren und ein Protein oder Peptid schrittweise in kleinere Stücke bis hin zu freien Aminosäuren zerlegen. Sie ist einer der grundlegenden Wege der molekularen Physiologie: Verdauung der Nahrung, zellulärer Proteinumsatz, Reifung von Peptidhormonen, Regulation von Signalwegen, Apoptose, Immunität, Gewebeumbau.
Die Proteolyse wird von Proteasen katalysiert, die nach katalytischem Mechanismus (Serin-, Cystein-, Aspartyl-, Metallo-, Threoninproteasen) und Wirkungsweise (Endopeptidasen, die innerhalb der Kette spalten, Exopeptidasen, die am N- oder C-terminalen Ende spalten) eingeteilt werden. Unter physiologischen Bedingungen koexistieren beim Menschen mehrere hundert Proteasen und wirken in komplexen Kaskaden zusammen: Verdauungsproteasen (Trypsin, Chymotrypsin, Pepsin), Plasmaproteasen (Thrombin, Plasmin, Komplementkaskade), intrazelluläre Proteasen (Caspasen der Apoptose, 26S-Proteasom), Membranproteasen (ACE, DPP-4, Neprilysin).
Für ein Forschungspeptid ist die Proteolyse zugleich eine Herausforderung und ein Untersuchungsgegenstand. Herausforderung: In biologischen Medien (Serum, Plasma, Zelllysat, Gewebe) haben ungeschützte native Peptide typischerweise eine Halbwertszeit von Sekunden bis Minuten. DPP-4 spaltet natives GLP-1 in 1-2 Minuten, Neprilysin baut natriuretische Peptide in 5-10 Minuten ab. Diese Anfälligkeit macht es erforderlich, resistente Analoga zu entwerfen oder während der Experimente Proteaseinhibitoren einzusetzen.
Untersuchungsgegenstand: Die kontrollierte Proteolyse ist ein wichtiges analytisches Werkzeug. Der tryptische Verdau in der Proteomik zerlegt Proteine in Peptide optimaler Größe für die MS/MS-Identifizierung. Die Aminosäureanalyse durch Totalhydrolyse (6N HCl, 110°C, 24h) quantifiziert die Zusammensetzung. In-vitro-Stabilitätsstudien in biologischen Medien (Humanserum, Mausplasma, Gewebehomogenat) messen die Abbaurate eines Kandidatenpeptids und leiten das Design von Analoga.
In der RUO-Peptidforschung ist die Dokumentation der Proteolyseresistenz eines Peptids ein zentraler Parameter: Sie bestimmt die experimentelle Reproduzierbarkeit, die Aussagekraft pharmakokinetischer In-vivo-Studien und die Relevanz von In-vitro-Dosis-Wirkungs-Kurven.