Proteaze (proteinaze, peptidaze in proteolitični encimi) igrajo zelo pomembno vlogo v človeškem življenju. Do danes je bilo v človeškem telesu identificiranih več kot 500 teh encimov, ki jih kodira 2 % vseh genov. Proteolitična aktivnost je opažena pri vseh življenjskih oblikah in virusih.
Glavna klasifikacija
Na podlagi katalitičnega ostanka lahko proteaze razdelimo v 7 širokih skupin:
- Serin - uporaba serinskega alkohola.
- Cystein - uporaba cistein tiola.
- Treonin - promet sekundarnega alkohola treonina.
- Asparagin - z uporabo aspartat karboksilne kisline.
- Glutamin - z uporabo glutamata karboksilne kisline.
- Metaloproteaza - promet kovin, običajno cink.
- Asparagin peptidne liaze - Asparagin se uporablja za izvedbo izločitvene reakcije (ne zahteva vode).
Proteaze so bile najprej razvrščene v 84 družin glede na njihovo proteolitično aktivnost inrazvrščen v 4 vrste katalizatorjev:
- serina;
- cistein;
- asparagin;
- kovina.
pomen
Popolna proteolitična aktivnost igra pomembno vlogo pri številnih telesnih procesih. To so oploditev, prebava, rast, zorenje, staranje in celo smrt. Proteaze uravnavajo številne fiziološke procese z nadzorom aktivacije sinteze in kvarjenja beljakovinskih živil. Imajo pomembno vlogo pri razmnoževanju in širjenju virusov, bakterij in parazitov in so zato odgovorni za učinkovit prenos bolezni, ki jih povzročajo patogene snovi. Ti encimi omogočajo, da se tumorske celice delijo, zapolnijo medcelični prostor in krvne žile pljuč ter se razširijo na druga tkiva v telesu.
Biološke funkcije
Proteolitična aktivnost ima naslednje funkcije:
- Obdelava po prevodu. Vključuje odstranitev metionina in/ali pretvorbo neaktivne ali nefunkcionalne beljakovine v aktivno enoto.
- Cepanje predhodnih beljakovin. To je potrebno za zagotovitev, da se proteaza aktivira samo na pravilni lokaciji in v kontekstu. Nepravilna proteolitična aktivnost je lahko zelo škodljiva za telo.
- Razgradnja beljakovin. Lahko se pojavi intracelularno ali zunajcelično. Opravlja številne funkcije: odstranjuje poškodovane in nenormalne beljakovine; preprečuje njihovo kopičenje; služi za uravnavanje celičnih procesov z odstranjevanjemencimi.
- Prebava. Beljakovine, pridobljene s hrano, razgradijo v peptidne verige s pomočjo pepsina, tripsina, kimotripsina in elastaze. Da preprečijo neprimerno ali prezgodnjo aktivacijo prebavnih encimov (ki lahko povzroči pankreatitis), delujejo kot neaktivni zimogen.
Encimi
Proteolitični encimi se nahajajo v bakterijah, virusih, nekaterih vrstah alg in rastlin. Toda večina jih je pri 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 beljakovinske materiale najprej napade pepsin. Ko beljakovina prehaja v tanko črevo, jo želodec delno prebavi. Tu je izpostavljen proteolitičnim encimom, ki jih izloča trebušna slinavka. Nato se v črevesju aktivirajo encimi trebušne slinavke, ki pretvorijo beljakovine v aminokisline, ki jih njegove stene zlahka absorbirajo. Tako je trebušna slinavka zaščitena pred samoprebavo.
bakterije
Mikrobne proteaze so ena izmed pomembnih skupin v industrijsko-komercialni proizvodnji encimov. Izvedene so bile študije za določitev proteolitične aktivnosti bakterij, da bi razjasnili njihovo vlogo v patogenezi nalezljivih bolezni. Poudarek je bil na preiskavi mlečnokislinskih bakterij iz različnih jogurtov in fermentiranih mlekov. V naravi so zelo razširjeni. To so laktobacili, laktokoki, bifidobakterije, streptokoki, enterokoki in sporolaktobacili. Razdeljeni so 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 izmed njih, in sicer L1, L2, L6, L7, L9, je pokazalo najvišjo aktivnost.
Peptini
Proteolitična aktivnost pepsina se meri pod vplivom magnetnega polja na telo. Za molekularno strukturo pepsina je značilna D-prostorska simetrija. Neaktivni proencim pepsinogen se sintetizira v celicah želodčne sluznice. Prisoten je tudi v različnih bioloških tekočinah (kri, urinu, semenu in likvorju). Za pepsinogen je značilna avtokatalitična aktivacija. Njegovo izločanje spodbujajo vagusni živec, simpatična vlakna, gastrin, histamin, sekretin in holecistokinin. Gastrin deluje kot stimulator parietalnih celic. Ta polipeptid obstaja v 2 oblikah, ki vsebujeta 34 in 17 aminokislin. Meritve proteolitične aktivnosti pepsina v primerjavi s standardnim hemoglobinom so pokazale podobne spremembe v prebavni aktivnosti encima.
Proteoliza in bolezni
Anomalni proteolitikdejavnost je povezana s številnimi boleznimi. Pri pankreatitisu uhajanje proteaz in njihova prezgodnja aktivacija v trebušni slinavki vodi do samovžiga trebušne slinavke. Ljudje s sladkorno boleznijo imajo lahko povečano aktivnost lizosomov in razgradnja nekaterih beljakovin se lahko znatno poveča. Kronične vnetne bolezni (revmatoidni artritis) lahko povzročijo sproščanje lizosomskih encimov v zunajcelični prostor. To uniči okoliška tkiva. Neravnovesje med proteazami in antiproteazami lahko povzroči uničenje pljučnega tkiva pri emfizemu, ki ga povzroča kajenje tobaka.
Druge bolezni vključujejo mišično distrofijo, degeneracijo kože, bolezni dihal in prebavil, maligne tumorje.
Neencimska proteoliza
Proteinska hrbtenica je zelo stabilna v vodi pri nevtralnem pH in sobni temperaturi, čeprav se lahko hitrost hidrolize različnih peptidnih vezi razlikuje. Razpolovna doba razpada peptidne vezi se giblje od 7 do 350 let.
Močne mineralne kisline lahko zlahka hidrolizirajo peptidne vezi v beljakovinah. Standardni način hidrolizacije beljakovin je, da se segrejejo na 105°C ali namočijo v klorovodikovi kislini za 24 ur.
Metoda določanja
Obstaja več metod za določanje proteolitične aktivnosti. Na primer hidroliza kazeina, hemoglobina ali azokazeina. Prva metoda ni draga, kazein pa je težko raztopiti. Metoda hidrolize hemoglobina je dražja. Pri uporabi je treba substrat denaturirati. Tretji način se temu izogne, a tudi ni poceni. Najhitrejša in ne draga metoda je uporaba mlečnega substrata. Vključuje manj opreme in se lahko uporablja na tečajih usposabljanja. Vse, kar potrebujete, je posneto mleko in vodna kopel.
Poskusni postopek
Dva mililitra puferske raztopine (natrijev acetat pH 5,0, ki vsebuje CaCI2) dodamo 3 mililitre posnetega mleka. To zmes hranimo pri 30 °C v vodni kopeli 10 minut. Za ogled procesa koagulacije mleka se uporablja svetlobni vir. Preskoči toliko sekund, kolikor je potrebno za koagulacijo koščka mleka v velikosti glave žebljička. Ustrezno obdobje za natančnost je med eno in dvema minutama. Encimski blok je opredeljen kot količina, potrebna za tvorbo prvega koaguliranega fragmenta v eni minuti pod izbranimi eksperimentalnimi pogoji.
Proteaze kot protivirusna sredstva
Trenutno obstaja številna odobrena zdravila s proteolitičnim delovanjem za uporabo pri zdravljenju virusnih okužb. Večina se uporablja predvsem za zdravljenje herpesvirusa, virusa človeške imunske pomanjkljivosti, respiratornih sincicijskih okužb in okužb z virusom gripe A. To so analogi nukleozida, ki delujejo tako, da zavirajo sintezo virusne DNK.
Raziskave v zadnjem desetletju so pokazale, da so proteaze absolutna zahteva v življenjskem ciklu številnih virusov. Pojavi se tudi vplivz cepljenjem prekurzorskih beljakovin z visoko molekulsko maso, da dobimo funkcionalne produkte, ali s katalizo strukturnih proteinov, potrebnih za sestavljanje in morfogenezo virusnih delcev.
Do danes so bili odobreni štirje zaviralci proteaze:
- "Sakvinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Druge droge
Picornavirus proteaze predstavljajo eno največjih družin medicinsko pomembnih človeških patogenov. Enterovirusi so povezani z različnimi kliničnimi sindromi, vključno z boleznimi zgornjih dihal, aseptičnim meningitisom, encefalitisom, miokarditisom, boleznimi rok, stopal in ust. V tem primeru bodo pomagale proteaze. Ekspektoranti s proteolitičnim delovanjem:
- "Trypsin".
- "ribonukleaza".
- "Chimozin"
Drugo potencialno protirinovirusno zdravilo je Pleconaril.
