Proteazy (proteinazy, peptydazy i enzymy proteolityczne) odgrywają bardzo ważną rolę w życiu człowieka. Do tej pory w organizmie człowieka zidentyfikowano ponad 500 tych enzymów, które są kodowane przez 2% wszystkich genów. Aktywność proteolityczną obserwuje się we wszystkich formach życia i wirusach.
Główna klasyfikacja
W oparciu o resztę katalityczną, proteazy można podzielić na 7 szerokich grup:
- Serine - użycie alkoholu seryny.
- Cysteina – zastosowanie tiolu cysteinowego.
- Treonina - obrót treoniną drugorzędowego alkoholu.
- Asparaginowy - przy użyciu kwasu asparaginianowego.
- Glutamina - przy użyciu glutaminianu kwasu karboksylowego.
- Metalloproteaza - obrót metalem, zwykle cynkiem.
- Liazy peptydowe asparaginy - asparagina jest używana do przeprowadzenia reakcji wykluczenia (niewymagającej wody).
Proteazy po raz pierwszy pogrupowano w 84 rodziny według ich aktywności proteolitycznej isklasyfikowany w 4 typach katalitycznych:
- seryna;
- cysteina;
- aspartic;
- metal.
Znaczenie
Całkowita aktywność proteolityczna odgrywa ważną rolę w wielu procesach organizmu. Są to zapłodnienie, trawienie, wzrost, dojrzewanie, starzenie się, a nawet śmierć. Proteazy regulują wiele procesów fizjologicznych, kontrolując aktywację syntezy i niszczenie pokarmów białkowych. Odgrywają ważną rolę w rozmnażaniu i rozprzestrzenianiu się wirusów, bakterii i pasożytów, a zatem są odpowiedzialne za skuteczne przenoszenie chorób wywołanych przez substancje chorobotwórcze. Enzymy te umożliwiają komórkom nowotworowym dzielenie się, wypełnianie przestrzeni międzykomórkowej i naczyń krwionośnych płuc oraz rozprzestrzenianie się do innych tkanek organizmu.
Funkcje biologiczne
Aktywność proteolityczna ma następujące funkcje:
- Przetwarzanie potranslacyjne. Obejmuje usuwanie metioniny i/lub konwersję nieaktywnego lub niefunkcjonalnego białka do jednostki aktywnej.
- Rozszczepienie białek prekursorowych. Jest to konieczne, aby zapewnić, że proteaza jest aktywowana tylko we właściwej lokalizacji i kontekście. Niewłaściwa aktywność proteolityczna może być bardzo szkodliwa dla organizmu.
- Degradacja białek. Może zachodzić wewnątrzkomórkowo lub zewnątrzkomórkowo. Pełni szereg funkcji: usuwa uszkodzone i nieprawidłowe białka; zapobiega ich gromadzeniu się; służy do regulacji procesów komórkowych poprzez usuwanieenzymy.
- Trawienie. Białka pozyskiwane z pożywienia są rozkładane na łańcuchy peptydowe przez pepsynę, trypsynę, chymotrypsynę i elastazę. Aby zapobiec niewłaściwej lub przedwczesnej aktywacji enzymów trawiennych (które mogą powodować zapalenie trzustki), działają one jak nieaktywny zymogen.
Enzymy
Enzymy proteolityczne znajdują się w bakteriach, wirusach, niektórych typach alg i roślin. Ale większość z nich to zwierzęta. Istnieją różne rodzaje aktywności proteolitycznej enzymów. Są one klasyfikowane według miejsc, w których katalizowany jest rozkład białek. Dwie główne grupy to egzopeptydy i endopeptydazy. W organizmie materiały białkowe są początkowo atakowane przez pepsynę. Kiedy białko przechodzi do jelita cienkiego, jest częściowo trawione przez żołądek. Tutaj jest narażony na działanie enzymów proteolitycznych wydzielanych przez trzustkę. Następnie w jelicie aktywowane są enzymy trzustkowe, które przekształcają białka w aminokwasy łatwo przyswajalne przez jego ściany. W ten sposób trzustka jest chroniona przed samotrawieniem.
Bakterie
Proteazy drobnoustrojowe są jedną z ważnych grup w przemysłowo-komercyjnej produkcji enzymów. Przeprowadzono badania mające na celu określenie aktywności proteolitycznej bakterii w celu wyjaśnienia ich roli w patogenezie chorób zakaźnych. Skupiono się na badaniu bakterii kwasu mlekowego z różnych jogurtów i mleka fermentowanego. Są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Są to lactobacilli, lactococci, bifidobakterie, paciorkowce, enterokoki i sporolactobacilli. Są podzielone na gatunki, podgatunki, warianty i szczepy.
Aktywność proteolityczna jest bardzo ważną cechą bakterii kwasu mlekowego. Proteazy bakteryjne to enzymy, które katalizują hydrolizę wiązań peptydowych w białkach i polipeptydach. Odgrywają znaczącą rolę w biotechnologii przemysłowej i farmacji. Badania wykazały, że 13 szczepów wykazuje aktywność proteolityczną. Pięć z nich, a mianowicie L1, L2, L6, L7, L9 wykazało najwyższą aktywność.
Peptyny
Aktywność proteolityczną pepsyny mierzy się pod wpływem pola magnetycznego na organizm. Struktura molekularna pepsyny charakteryzuje się symetrią D-przestrzenną. Nieaktywny proenzym pepsynogen jest syntetyzowany w komórkach błony śluzowej żołądka. Występuje również w różnych płynach biologicznych (krew, mocz, nasienie i płyn mózgowo-rdzeniowy). Pepsinogen charakteryzuje się aktywacją autokatalityczną. Jej wydzielanie jest stymulowane przez nerw błędny, włókna współczulne, gastrynę, histaminę, sekretynę i cholecystokininę. Gastrin działa jako stymulator komórek ciemieniowych. Ten polipeptyd występuje w 2 formach zawierających 34 i 17 aminokwasów. Pomiary aktywności proteolitycznej pepsyny w stosunku do standardowej hemoglobiny wykazały podobne zmiany w aktywności trawiennej enzymu.
Proteoliza i choroba
Anomalny proteolitycznyaktywność wiąże się z wieloma chorobami. W zapaleniu trzustki wyciek proteaz i ich przedwczesna aktywacja w trzustce prowadzi do samozapłonu trzustki. Osoby z cukrzycą mogą mieć zwiększoną aktywność lizosomów, a degradacja niektórych białek może być znacznie zwiększona. Przewlekłe choroby zapalne (reumatoidalne zapalenie stawów) mogą prowadzić do uwalniania enzymów lizosomalnych do przestrzeni pozakomórkowej. To niszczy otaczające tkanki. Brak równowagi między proteazami i antyproteazami może prowadzić do zniszczenia tkanki płucnej w rozedmie płuc spowodowanej paleniem tytoniu.
Inne choroby to dystrofia mięśni, zwyrodnienie skóry, choroby układu oddechowego i przewodu pokarmowego, nowotwory złośliwe.
Proteoliza nieenzymatyczna
Szkielet białkowy jest bardzo stabilny w wodzie o neutralnym pH i temperaturze pokojowej, chociaż szybkość hydrolizy różnych wiązań peptydowych może się różnić. Okres półtrwania rozpadu wiązania peptydowego wynosi od 7 do 350 lat.
Mocne kwasy mineralne mogą łatwo hydrolizować wiązania peptydowe w białkach. Standardowym sposobem hydrolizy białka jest podgrzanie go do 105°C lub moczenie w kwasie solnym przez 24 godziny.
Metoda określania
Istnieje kilka metod określania aktywności proteolitycznej. Na przykład hydroliza kazeiny, hemoglobiny lub azokazeiny. Pierwsza metoda nie jest droga, ale kazeina jest trudna do rozpuszczenia. Metoda hydrolizy hemoglobiny jest droższa. Podczas używania podłoże musi być zdenaturowane. Trzecia metoda tego unika, ale też nie jest tania. Najszybszą, nie kosztowną metodą jest zastosowanie substratu mlecznego. Zawiera mniej sprzętu i może być wykorzystany na szkoleniach. Wystarczy odtłuszczone mleko i kąpiel wodna.
Procedura eksperymentalna
Dwa mililitry roztworu buforowego (octan sodu pH 5,0 zawierający CaCI2) dodaje się do 3 mililitrów odtłuszczonego mleka. Tę mieszaninę utrzymuje się w 30°C w łaźni wodnej przez 10 minut. Aby zobaczyć proces koagulacji mleka, stosuje się źródło światła. Przeskakuje na tyle sekund, ile potrzeba do skoagulowania kawałka mleka wielkości główki od szpilki. Odpowiedni okres dla dokładności wynosi od jednej do dwóch minut. Blok enzymatyczny definiuje się jako ilość wymaganą do utworzenia pierwszego skoagulowanego fragmentu w ciągu jednej minuty w wybranych warunkach doświadczalnych.
Proteazy jako środki przeciwwirusowe
Obecnie istnieje szereg zatwierdzonych leków o działaniu proteolitycznym do stosowania w leczeniu infekcji wirusowych. Większość z nich jest stosowana głównie w leczeniu herpeswirusa, ludzkiego wirusa niedoboru odporności, infekcji syncytialnych dróg oddechowych i infekcji wirusem grypy A. Są to analogi nukleozydów, które działają poprzez hamowanie syntezy wirusowego DNA.
Badania z ostatniej dekady wykazały, że proteazy są absolutnym wymogiem w cyklu życiowym wielu wirusów. Wpływ występuje alboprzez rozszczepienie białek prekursorowych o wysokiej masie cząsteczkowej w celu uzyskania produktów funkcjonalnych lub przez katalizę białek strukturalnych niezbędnych do składania i morfogenezy cząstek wirusowych.
Do tej pory zatwierdzono cztery inhibitory proteazy:
- "Sakwinawir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinawir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonawir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinawir" (Viracept, AG1343).
Inne narkotyki
Proteazy pikornawirusowe stanowią jedną z największych rodzin medycznie ważnych ludzkich patogenów. Enterowirusy są związane z różnymi zespołami klinicznymi, w tym chorobami górnych dróg oddechowych, aseptycznym zapaleniem opon mózgowych, zapaleniem mózgu, zapaleniem mięśnia sercowego, chorobami rąk, stóp i jamy ustnej. W takim przypadku pomogą proteazy. Środki wykrztuśne o aktywności proteolitycznej:
- "Trypsyna".
- "Rybonukleaza".
- "Chimozin"
Innym potencjalnym lekiem przeciwwirusowym jest Pleconaril.
