脯氨酰异构酶

脯氨酰异构酶是一种存在于原核生物和真核生物中的酶(EC5.2.1.8)，可将肽键的顺式和反式异构体与氨基酸脯氨酸相互转化。脯氨酸由于其侧链与仲胺氮键合的环状结构而具有异常构象受限的肽键。大多数氨基酸对由于空间位阻导致的反式肽键构象，但脯氨酸的不寻常结构稳定了顺式形式，因此两种异构体都在生物学相关条件下聚集。具有脯氨酰异构酶活性的蛋白质包括亲环蛋白、FKBPs和parvulin，尽管较大的蛋白质也可以包含脯氨酰异构酶结构域。

脯氨酸在天然氨基酸中的独特之处在于其肽键的顺式构型与更常见的反式构型之间的自由能差异相对较小。催化顺式和反式之间的异构化所需的活化能相对较高：~20kcal/mol（参见常规肽键的~0kcal/mol）。与常规肽键不同，X-脯氨酰肽键不会自发形成预期的构象，因此顺反异构化过程可能是蛋白质折叠过程中的限速步骤.因此脯氨酰异构酶充当蛋白质折叠伴侣。顺式肽键的N端与脯氨酸残基通常位于蛋白质骨架中某些类型的紧密转角的xxx个残基处。天然状态下含有结构顺式脯氨酸的蛋白质包括核糖核酸酶A、核糖核酸酶T1、β内酰胺酶、亲环素和一些白细胞介素。

脯氨酰异构酶折叠可以是自催化的，因此折叠速度取决于反应物浓度。Parvulin和人类细胞溶质FKBP被认为可以催化它们自己的折叠过程。

鉴定蛋白质折叠事件中是否存在限速脯氨酸异构化过程的方法包括：

1. 与脯氨酸异构化一致的活化能，其通常具有约20kcal/mol的活化能。
2. 表明处于未折叠或变性状态的快速折叠和慢速折叠种群的双态折叠动力学。
3. “双跳”测定，其中含脯氨酸的蛋白质被展开和重新折叠，并且研究非天然脯氨酸构象的群体作为折叠程度的函数。
4. 通过添加脯氨酰异构酶加速体外折叠速率。
5. 在一个或多个脯氨酸残基被另一种氨基酸取代的突变蛋白变体中加速体外折叠率。

值得注意的是，并非每个脯氨酸肽键对蛋白质的结构或功能都至关重要，也不是每个这样的键对折叠动力学都有重大影响，尤其是反式键。此外，一些脯氨酰异构酶具有一定程度的序列特异性，因此在某些序列环境中可能不催化脯氨酸的异构化。

脯氨酰异构酶活性首先是使用基于糜蛋白酶的测定法发现的。仅当脯氨酸肽键处于反式状态时，蛋白水解酶糜蛋白酶对四残基肽Ala-Ala-Pro-Phe具有非常高的底物特异性。将胰凝乳蛋白酶添加到含有具有该序列的报告肽的溶液中会导致约90%的肽快速裂解，而那些具有顺式脯氨酸键的肽-在水溶液中约为10%-以受未催化的脯氨酸异构化限制的速率裂解。如果它具有真正的脯氨酰异构酶活性，则添加潜在的脯氨酰异构酶将加速后一反应阶段。