Proteolitična aktivnost: opredelitev, funkcija, pomen za organizem in razvrstitev proteaz

Proteaze (proteinaze, peptidaze in proteolitični encimi) imajo zelo pomembno vlogo v človeškem življenju. V človeškem telesu je bilo identificiranih več kot 500 teh encimov, ki jih kodira 2 % vseh genov. Proteolitična aktivnost je prisotna pri vseh oblikah življenja in virusih.

Osnovna razvrstitev

Na podlagi katalitičnega ostanka lahko proteaze razdelimo v 7 velikih skupin:

1. Serin - uporaba serinskega alkohola.
2. Cistein - uporaba tiola cisteina.
3. Treonin - obnova sekundarnega alkohola treonina.
4. Aspartatna karboksilna kislina - uporaba aspartatne karboksilne kisline.
5. Glutamin - uporaba karboksilna kislina glutamat.
6. Metaloproteaze - obračanje kovin, običajno cinka.
7. Asparaginske peptidne liaze - uporabljajo asparagin za izvedbo reakcije eliminacije (brez vode).

Proteaze so bile najprej razvrščene v 84 družin glede na njihovo proteolitično aktivnost in razvrščene v 4 katalitične tipe:

• serin;
• cistein;
• asparagin;
• kovinski.

Pomembnost

Celotna proteolitična aktivnost ima pomembno vlogo pri številnih telesnih procesih. To so oploditev, prebava, rast, zorenje, staranje in celo smrt. Proteaze uravnavajo številne fiziološke procese z nadzorovanjem aktivacije sinteze in razgradnje beljakovin. Imajo pomembno vlogo pri razmnoževanju in širjenju virusov, bakterij in parazitov, zato so odgovorni za učinkovit prenos bolezni, ki jih povzročajo patogeni. Ti encimi omogočajo, da se tumorske celice delijo, zapolnijo medcelični prostor in krvne žile v pljučih ter se razširijo v druga tkiva v telesu.

Biološke funkcije

Proteolitična aktivnost ima naslednje funkcije

• Posttranslacijska obdelava. Vključuje odstranitev metionina in/ali pretvorbo neaktivnega ali nefunkcionalnega proteina v aktivno enoto.
• Štepljenje predhodnih beljakovin. To zagotavlja, da se proteaza aktivira le na pravem mestu in v pravem kontekstu. Nepravilna proteolitična aktivnost lahko telesu zelo škoduje.
• Razgradnja beljakovin. Lahko se pojavi znotrajcelično ali zunajcelično. opravlja številne funkcije: odstranjuje poškodovane in nenormalne beljakovine; preprečuje njihovo kopičenje; z odstranjevanjem encimov uravnava celične procese.
• Prebava. Beljakovine, pridobljene iz hrane, pepsin, tripsin, himotripsin in elastaza razgradijo v peptidne verige. Da bi preprečili neustrezno ali prezgodnjo aktivacijo prebavnih encimov (kar lahko povzroči pankreatitis), delujejo kot neaktivni limogeni.

Encimi

Proteolitični encimi so prisotni v bakterijah, virusih, nekaterih vrstah alg in rastlinah. Največ jih je v živalih. Obstajajo različne vrste proteolitične aktivnosti encimov. Razvrščamo jih glede na mesta, na katerih se katalizira razgradnja beljakovin. Dve glavni skupini sta eksopeptidi in endopeptidaze. V telesu beljakovine najprej napade pepsin. Ko beljakovine preidejo v tanko črevo, jih želodec delno prebavi. Tu ga napadejo proteolitični encimi, ki jih izloča trebušna slinavka. Encimi trebušne slinavke se nato aktivirajo v črevesju in pretvorijo beljakovine v aminokisline, ki jih črevesne stene zlahka absorbirajo. Tako je trebušna slinavka zaščitena pred samoprebavljanjem.

Bakterije

Mikrobne proteaze so ena od pomembnih skupin v industrijski in komercialni proizvodnji encimov. Opravljene so bile študije za določitev proteolitične aktivnosti bakterij, da bi pojasnili njihovo vlogo pri patogenezi nalezljivih bolezni. Glavni poudarek je bil na preučevanju mlečnokislinskih bakterij iz različnih jogurtov in fermentiranega mleka. V naravi so zelo razširjeni. To so laktobacili, laktokoki, bifidobakterije, streptokoki, enterokoki in sporolaktobakterije. Delimo jih na vrste, podvrste, različice in seve.

Proteolitična aktivnost je zelo pomembna lastnost mlečnokislinskih bakterij. Bakterijske proteaze so encimi, ki katalizirajo hidrolizo peptidnih vezi v beljakovinah in polipeptidih. Imajo pomembno vlogo v industrijski biotehnologiji in farmaciji. Študije so pokazale, da ima 13 sevov proteolitično aktivnost. Pet od teh, in sicer L1, L2, L6, L7, L9, je pokazalo najvišjo aktivnost.

Peptini

Proteolitična aktivnost pepsina se meri z. Za molekularno strukturo pepsina je značilna D-prostorska simetrija. Neaktivni proencim pepsinogen se sintetizira v celicah želodčne sluznice. Prisoten je tudi v različnih telesnih tekočinah (kri, urin, semenska in cerebrospinalna tekočina). Za pepsinogen je značilna avtokatalitska aktivacija. Njegovo izločanje spodbujajo vagusni živec, simpatična vlakna, gastrin, histamin, sekretin in holecistokinin. Gastrin deluje kot stimulator parietalnih celic. Ta polipeptid obstaja v dveh oblikah, ki vsebujeta 34 in 17 aminokislin. Meritve proteolitične aktivnosti pepsina glede na standardni hemoglobin so pokazale podobne spremembe v prebavni aktivnosti encima.

Proteoliza in bolezni

Nenormalna proteolitična aktivnost je povezana s številnimi boleznimi. Pri pankreatitisu uhajanje proteaz in njihova prezgodnja aktivacija v trebušni slinavki povzroči samovnetje trebušne slinavke. Pri osebah s sladkorno boleznijo je lahko aktivnost lizosomov povečana in razgradnja nekaterih beljakovin je lahko znatno povečana. Kronični vnetne bolezni (revmatoidni artritis) lahko povzroči sproščanje lizosomskih encimov v medcelični prostor. To uniči okoliško tkivo. Neravnovesje med proteazami in antiproteazami lahko povzroči uničenje pljučnega tkiva pri emfizemu, povzročenem s tobakom.

Druge bolezni so mišična distrofija, degeneracija kože, bolezni dihal in prebavil, malignomi.

Neencimska proteoliza

Beljakovinska hrbtenica je v vodi pri nevtralnem pH in sobni temperaturi zelo stabilna, čeprav se lahko hitrost hidrolize različnih peptidnih vezi razlikuje. Razpolovna doba vezave peptidov je od 7 do 350 let.

Močne mineralne kisline zlahka hidrolizirajo peptidne vezi v beljakovini. Standardni način hidrolize beljakovin je, da jih segrejemo na 105 °C ali jih 24 ur hranimo v klorovodikovi kislini.

Metoda določanja

Na voljo je Več metod Test proteolitične aktivnosti. Na primer hidroliza kazeina, hemoglobina ali azokazeina. Prva metoda ni draga, vendar je kazein težko raztopiti. Metoda hidrolize hemoglobina je dražja. Če se uporablja, je treba substrat denaturirati. Tretja metoda se temu izogne, vendar je prav tako draga. Najhitrejša in najcenejša metoda je uporaba mlečnega substrata. Zahteva manj opreme in se lahko uporablja pri usposabljanju. Potrebujete le posneto mleko in vodno kopel.

Eksperimentalni postopek

Dva mililitra pufrske raztopine (natrijev acetat s pH 5 ali več) za zdravljenje okužb z virusom herpesa in virusom človeške imunske pomanjkljivosti.0, ki vsebuje CaC_I2) se doda 3 mililitrom posnetega mleka. Ta mešanica se 10 minut inkubira pri 30 °C v vodni kopeli. Za ogled proces strjevanja mleko, se uporablja vir svetlobe. Posreduje se toliko sekund, kolikor je potrebnih za strditev delca mleka v velikosti glavice žebljička. Ustrezen čas za natančnost je od ene do dveh minut. Encimski blok je opredeljen kot količina encima, ki je potrebna za nastanek prvega koaguliranega fragmenta v eni minuti pod izbranimi eksperimentalnimi pogoji.

Proteaze kot protivirusna sredstva

Za zdravljenje virusnih okužb je zdaj odobrenih več zdravil s proteolitičnim delovanjem. Večina teh se uporablja predvsem za zdravljenje okužb s herpesvirusi, virusom človeške imunske pomanjkljivosti, respiratornimi sincicijskimi okužbami in virusom influence A. To so nukleozidni analogi, ki delujejo tako, da zavirajo sintezo virusne DNK.

Študije v zadnjem desetletju so pokazale, da so proteaze nujno potrebne v življenjskem ciklu številnih virusov. Do učinka pride s cepitvijo visokomolekularnih predhodnih proteinov, pri čemer nastanejo funkcionalni produkti, ali s katalizo strukturnih proteinov, bistvenega pomena za Sestavljanje in morfogeneza virusnih delcev.

Do zdaj so bili odobreni štirje zaviralci proteaz:

• "Sakvinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
• "Indinavir" (Crixivan, MK-639).
• "Ritonavir" (Norvir, ABT-538).
• "Nelfinavir" (Virasept, AG1343).

Druga zdravila

Proteaze pikornavirusov so ena največjih družin medicinsko pomembnih človeških patogenov. Enterovirusi so povezani z različnimi kliničnimi sindromi, vključno z Zgornji dihalni trakt, Aseptični meningitis, encefalitis, miokarditis, bolezen rok, nog in ust. Proteaze bodo v tem primeru pomagale. Ekspektoransi s proteolitičnim delovanjem:

• "Tripsin".
• "Ribonukleaza".
• "Himozin"

Drugo potencialno antirevmatično zdravilo je "Plecnaril".