Carboxypeptidase

Carboxypeptidasen sind Enzyme, die Aminosäuren von Proteinen oder Peptiden abspalten. Proteine sind lange Ketten, die aus verschiedenen Aminosäuren bestehen. Peptide bestehen auch aus Aminosäuren, sind aber kürzer. Das Grundgerüst der Aminosäuren ist immer gleich. Wichtig ist, dass die Verbindung zwischen einem Kohlenstoff-Atom und einem Stickstoff-Atom hergestellt wird.

Man kann sich das bildlich wie eine Menschenkette vorstellen, die rechte Hand ist das Kohlenstoffatom und die linke Hand das Stickstoffatom. An den Enden der Kette bleibt also jeweils eins der Atome frei. Carboxypeptidasen spalten die letzte Aminosäure am Ende der Proteine ab, an dem das Kohlenstoffatom frei bleibt. Es wird als das sogenannte C-terminale Ende genannt.

Da das Enzym nur an den Enden spalten kann, spricht man von einer Exopeptidase.  Die Carboxypeptidasen sind einerseits in der Aufspaltung der aufgenommenen Nahrung involviert, andererseits werden durch sie auch neu produzierte Proteine modifiziert und in ihren funktionsfähigen Zustand gebracht.

Man kann Carboxypeptidasen nach verschiedenen Systemen unterteilen. Ein System unterteil die Carboxypeptidasen danach, welche Aminosäuren, sie bevorzugt abspalten. In diesem System werden die Carboxypeptidasen in mehrere Gruppen eingeteilt, die mit Buchstaben bezeichnet werden. Die bekanntesten Gruppen sind die Gruppen A und die B.

Die Carboxypeptidasen der Gruppe A spalten die Aminosäuren ab, die eine verzweigte Struktur haben und die, die einen aromatischen Ring besitzen. Dieser ist eine spezielle Struktur, die aus Kohlenstoffatomen besteht und besondere Eigenschaften besitzt.

Die Carboxypeptidasen der Gruppe B spalten bevorzugt Aminosäuren ab, die positiv geladen sind.

Das andere System zur Einteilung der Carboxypeptidasen unterteilt die Enzyme nach der Art ihres aktiven Zentrums. Das aktive Zentrum bezeichnet die Stelle des Enzyms, an der die Reaktion abläuft. Bei den Carboxypeptidasen unterscheidet man zwischen den Metallo-Carboxypeptidasen, bei denen sich im aktiven Zentrum ein Metallmolekül befindet, den Thiol-Carboxypeptidasen, mit der Aminosäure Cystein im aktiven Zentrum und den Serin-Carboxypeptidasen, bei diesen befindet sich die Aminosäure Serin im aktiven Zentrum. Die verschiedenen aktiven Zentren bestimmen allerdings nicht darüber, welche Aminosäure abgespalten wird.

Die Klasse der Serin-Carboxypeptidasen besteht aus den drei Enzymen: Trypsin, Chymotrypsin, Elastase .

Die Aufgaben der verschiedenen Carboxypeptidasen sind sehr vielfältig. Während die Carboxypeptidasen, die zuerst entdeckt wurden, bei der Verdauung eine Rolle spielen, sind die meisten heutzutage bekannten Carboxypeptidasen für andere Prozesse wichtig.

Die Aufgabe der Carboxypeptidasen im Rahmen der Verdauung ist die Aufspaltung der Proteine in die einzelnen Aminosäuren. Dieser Prozess ist sehr wichtig, da im Darm keine Proteine aufgenommen werden, sondern nur die einzelnen Aminosäuren.

Im Reifungsprozess verschiedener Proteine sind Carboxypeptidasen unverzichtbar. Damit Proteine, nach ihrer Herstellung, voll funktionsfähig werden, müssen verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise werden einzelne Aminosäuren durch die Carboxypeptidasen abgespalten. Diese Modifikation geschieht allerdings nicht alleine durch Carboxypeptidasen, sondern im Zusammenspiel mit anderen Enzymen. Desweiteren sind Carboxypeptidasen an der Produktion verschiedener Peptide beteiligt.

Ein besonders wichtiges Peptid ist Insulin. Auch bei der Herstellung des Insulins sind verschiedene Carboxypeptidasen beteiligt.

Der Teil der Carboxypeptidasen, der an der Verdauung beteiligt ist, wird in der Bauchspeicheldrüse produziert. Die Bauchspeicheldrüse, auch Pankreas genannt, produziert Pankreassekret, das direkt in den Dünndarm abgegeben wird. Dieses Sekret ist sehr reich an Enzymen. Außerdem neutralisiert es den sauren Mageninhalt. In diesem Sekret sind Carboxypeptidasen enthalten, die zuvor in der Bauchspeicheldrüse produziert wurden.

Für detailliertere Informationen über die Aufgaben der Bauchspeicheldrüse, lesen Sie unseren Artikel: Funktion der Bauchspeicheldrüse

Liegt ein Mangel an Carboxypeptidasen vor, müsste theoretisch der jeweils betroffene Prozess eingeschränkt sein. Über die Auswirkungen eines Mangels an Carboxypeptidasen, die an der Verdauung beteiligt sind, ist jedoch nicht viel bekannt. Vermutlich kann die Spaltung von Proteinen aufrechterhalten werden, da bei Mangel einer bestimmten Carboxypeptidase, eine andere übernehmen kann.

Die Enzyme spalten zwar bevorzugt die jeweiligen Aminosäuren ab, sie können allerdings auch die Aminosäuren abspalten, die nicht perfekt zu ihrer Gruppe passen. Es gibt allerdings eine Erkrankung, die auf einen Mangel der Carboxypeptidase N beruht. Bei dieser Krankheit ist das Immunsystem gestört, da dieses Enzym an der Krankheitsabwehr beteiligt ist.