I molekylærbiologi betegnes vanligvis katalytisk triad tre rester av aminosyrer som forekommer sammen i det aktive stedet for noen hydrolaser og transferaser så som peptidaser , amidaser , esteraser , lipaser og β-laktamaser . En vanlig måte å produsere nukleofile rester for kovalent katalyse er å involvere en syre - basen - nukleofil triade . Disse restene danner et ladningsoverføringsnettverk som polariserer og aktiverer det nukleofile residuet, som angriper substratet og danner et kovalent mellomprodukt som deretter hydrolyseres for å frigjøre enzymet igjen . Nukleofilen til en slik triade er generelt serin eller cystein , men kan også være treonin .
Restene som utgjør den katalytiske triaden, kan være svært fjerne fra hverandre langs peptidsekvensen ( primærstruktur ) av de enzymene som vurderes, men blir funnet nær hverandre på grunn av folding av polypeptidene til en kompleks tredimensjonal tertiær struktur .
Katalytiske triader er et av de beste eksemplene på evolusjonær konvergens : selve naturen til de katalyserte kjemiske reaksjonene førte uavhengig til de samme typer aktive steder fra minst 23 forskjellige superfamilier. Deres reaksjonsmekanisme er derfor en av de best forstått i all biokjemi .
Den sidekjede av en nukleofil rest utfører kovalent katalyse på substratet . Den enkeltpar av den atom av oksygen , eller svovel angripe atom karbon i karbonyl , som er elektropositiv . Ingen av de 22 proteinogene aminosyrene har tilstrekkelig nukleofile funksjonelle grupper til å katalysere mange vanskelige reaksjoner.
De viktigste enzymatiske nukleofiler er hydroksyl OH fra den alkoholgruppen av serin og sulfhydryl SH fra tiol -gruppen eller tiolat S - ion av cystein . Å inkludere disse nukleofilene i en katalytisk triade øker aktiviteten. Noen peptidaser bruker den sekundære alkoholen av treonin ; på grunn av tilstedeværelsen av en ytterligere metylgruppe , bruker disse peptidasene imidlertid det N- terminale amidet som basen snarere enn en annen aminosyrerest.
Siden ingen naturlig aminosyre er tilstrekkelig nukleofil til å katalysere de kjemiske reaksjonene i seg selv, involverer de katalytiske triadene en base som polariserer og deprotoniserer nukleofilen for å øke dens reaktivitet. Denne basen deprotonerer også det første reaksjonsproduktet for å fremme fjerning av den utgående gruppen .
Dette er vanligvis en rest av histidin som spiller den grunnleggende rolle i den katalytiske triade, som dens p K en muliggjør både effektiv katalyse, dannelse av en hydrogenbinding med resten av syren , og deprotonering av nukleofil rest. Den β-laktamase typen TEM-1 for deres bruk en rest lysin . Den svært høye p K a-verdien av lysin - nær 11 - kompenseres av en rest av glutamat og flere andre rester, som virker for å stabilisere dens deprotonerte form under den katalytiske syklusen . For å begrense sterisk hindring , treonin-proteaser bruke deres N- terminal amid som en base for å øke den katalytiske reaktiviteten av treoninresidiet.
De sure rester fungerer ved å innrette og polarisering av basisk rest . Dette er vanligvis en aspartat- eller glutamatrest . Noen enzymer er faktisk innhold med en "katalytisk dyade" siden syrekomponenten kanskje ikke er nødvendig for noen cysteinproteaser . Dermed bruker papain asparagin som det tredje medlemmet av triaden, som på ingen måte kan fungere som en syre, men bare orientere histidinet riktig for reaksjonen. Tilsvarende inneholder peptidase av hepatitt A et vannmolekyl der syreresten skal være. Til slutt bruker cytomegaloviruspeptidaser to sammenhengende histidinrester, den ene fungerer som en base og den andre på stedet som normalt er okkupert av en sur rest; ikke er sur, men tvert imot basisk, fører denne andre histidinresten til en lavere katalytisk effektivitet for dette enzymet.
Den chymotrypsin er ansett som en av de paradigmer av enzymene til katalytisk triade, triade her serin - histidin - aspartat .
Den samme triaden har også gjennomgått en konvergerende utvikling i α / β hydrolasefold som visse lipaser og esteraser , men chiraliteten er imidlertid reversert. Den acetylcholinesterase anvender tilsvarende serin - histidin - glutamat .
Flere familier av cysteinproteaser bruker denne kombinasjonen av aminosyrer som en katalytisk triade, for eksempel TEV-protease og papain . Denne cystein- triaden fungerer som den av serinproteasene, men med noen bemerkelsesverdige forskjeller. Spesielt rollen som aspartat er i triaden av papain ikke klar og flere cysteinproteaser faktisk bruke en katalytisk dyad, som peptidase av Hepatitt A .
Den katalytiske triade av peptidase av cytomegalovirus benytter to rester av histidin som grenser til slissen basen og syren . Fjern histidin "syre" resulterer i en aktivitet bare ti ganger lavere, mens fjerning av resten av aspartat av chymotrypsin fører til aktivitet 10000 ganger mindre. Denne spesielle triaden har blitt tolket som en mulig måte å produsere et enzym med redusert aktivitet for å kontrollere spaltningshastigheten .