Proteazės (proteinazės, peptidazės ir proteolitiniai fermentai) vaidina labai svarbų vaidmenį žmogaus gyvenime. Iki šiol žmogaus organizme nustatyta daugiau nei 500 šių fermentų, kuriuos koduoja 2% visų genų. Proteolitinis aktyvumas stebimas visose gyvybės formose ir virusuose.
Pagrindinė klasifikacija
Remiantis katalizine liekana, proteazes galima suskirstyti į 7 dideles grupes:
- Serinas – serino alkoholio naudojimas.
- Cisteinas – cisteino tiolio naudojimas.
- Treoninas – antrinio alkoholio treonino apyvarta.
- Aspartatas – naudojant aspartato karboksirūgštį.
- Glutamas – naudojant karboksirūgšties glutamatą.
- Metalloproteazė – metalo apyvarta, dažniausiai cinkas.
- Asparagino peptidų liazės – asparaginas naudojamas išskyrimo reakcijai atlikti (nereikia vandens).
Proteazės pirmą kartą buvo sugrupuotos į 84 šeimas pagal jų proteolitinį aktyvumą irklasifikuojami į 4 katalizinius tipus:
- serine;
- cisteinas;
- aspartic;
- metal.
Reikšmė
Bendras proteolitinis aktyvumas vaidina svarbų vaidmenį daugelyje organizmo procesų. Tai yra apvaisinimas, virškinimas, augimas, brendimas, senėjimas ir net mirtis. Proteazės reguliuoja daugelį fiziologinių procesų, kontroliuodamos sintezės aktyvavimą ir b altyminio maisto gedimą. Jie atlieka svarbų vaidmenį dauginant ir plintant virusams, bakterijoms ir parazitams, todėl yra atsakingi už veiksmingą patogeninių medžiagų sukeltų ligų perdavimą. Šie fermentai leidžia naviko ląstelėms dalytis, užpildyti tarpląstelinę erdvę ir plaučių kraujagysles bei plisti į kitus kūno audinius.
Biologinės funkcijos
Proteolitinis aktyvumas turi šias funkcijas:
- Apdorojimas po vertimo. Apima metionino pašalinimą ir (arba) neaktyvaus ar neveikiančio b altymo pavertimą aktyviu vienetu.
- Prekursorių b altymų skilimas. Tai būtina siekiant užtikrinti, kad proteazė būtų aktyvuota tik tinkamoje vietoje ir kontekste. Netinkamas proteolitinis aktyvumas gali labai pakenkti organizmui.
- B altymų skaidymas. Gali atsirasti tarpląsteliniu arba ekstraląsteliniu. Atlieka daugybę funkcijų: pašalina pažeistus ir nenormalius b altymus; neleidžia jiems kauptis; padeda reguliuoti ląstelių procesus, pašalinantfermentai.
- Virkinimas. Iš maisto gaunamus b altymus pepsinas, tripsinas, chimotripsinas ir elastazė skaido į peptidines grandines. Kad būtų išvengta netinkamo ar priešlaikinio virškinimo fermentų aktyvavimo (kurie gali sukelti pankreatitą), jie veikia kaip neaktyvus zimogenas.
Fermentai
Proteolitiniai fermentai randami bakterijose, virusuose, kai kurių rūšių dumbliuose ir augaluose. Tačiau dauguma jų yra gyvūnuose. Yra įvairių tipų fermentų proteolitinis aktyvumas. Jie skirstomi pagal vietas, kuriose katalizuojamas b altymų skilimas. Dvi pagrindinės grupės yra egzopeptidai ir endopeptidazės. Organizme b altymines medžiagas iš pradžių atakuoja pepsinas. Kai b altymas patenka į plonąją žarną, jį iš dalies virškina skrandis. Čia jį veikia proteolitiniai fermentai, kuriuos išskiria kasa. Tada žarnyne suaktyvinami kasos fermentai, paverčiantys b altymus aminorūgštimis, kurias lengvai pasisavina jo sienelės. Taigi kasa yra apsaugota nuo savaiminio virškinimo.
Bakterijos
Mikrobinės proteazės yra viena iš svarbių pramoninės ir komercinės fermentų gamybos grupių. Buvo atlikti tyrimai, siekiant nustatyti bakterijų proteolitinį aktyvumą, siekiant išsiaiškinti jų vaidmenį infekcinių ligų patogenezėje. Daugiausia dėmesio skirta pieno rūgšties bakterijų iš įvairių jogurtų ir raugintų pienų tyrimui. Jie plačiai paplitę gamtoje. Tai laktobacilos, laktokokai, bifidobakterijos, streptokokai, enterokokai ir sporolaktobacilai. Jie skirstomi į rūšis, porūšius, variantus ir štamus.
Proteolitinis aktyvumas yra labai svarbi pieno rūgšties bakterijų savybė. Bakterinės proteazės yra fermentai, kurie katalizuoja hidrolizės peptidinius ryšius b altymuose ir polipeptiduose. Jie atlieka svarbų vaidmenį pramoninėje biotechnologijoje ir farmacijoje. Tyrimai parodė, kad 13 padermių turi proteolitinį aktyvumą. Penki iš jų, būtent L1, L2, L6, L7, L9, parodė didžiausią aktyvumą.
Peptinai
Proteolitinis pepsino aktyvumas matuojamas veikiant kūno magnetiniam laukui. Pepsino molekulinei struktūrai būdinga D-erdvinė simetrija. Neaktyvus profermentas pepsinogenas sintetinamas skrandžio gleivinės ląstelėse. Taip pat jo yra įvairiuose biologiniuose skysčiuose (kraujuje, šlapime, sėkliniuose ir smegenų skystyje). Pepsinogenui būdingas autokatalizinis aktyvinimas. Jo sekreciją skatina klajoklis nervas, simpatinės skaidulos, gastrinas, histaminas, sekretinas, cholecistokininas. Gastrinas veikia kaip parietalinių ląstelių stimuliatorius. Šis polipeptidas egzistuoja 2 formomis, turinčiomis 34 ir 17 aminorūgščių. Išmatavus pepsino proteolitinį aktyvumą, palyginti su standartiniu hemoglobinu, buvo nustatyti panašūs fermento virškinimo aktyvumo pokyčiai.
Proteolizė ir ligos
Anomali proteolitinė medžiagaveikla yra susijusi su daugeliu ligų. Sergant pankreatitu, proteazių nutekėjimas ir priešlaikinis jų aktyvavimas kasoje sukelia savaiminį kasos užsidegimą. Žmonėms, sergantiems cukriniu diabetu, gali padidėti lizosomų aktyvumas, o tam tikrų b altymų skaidymas gali būti žymiai padidėjęs. Lėtinės uždegiminės ligos (reumatoidinis artritas) gali sukelti lizosomų fermentų išsiskyrimą į tarpląstelinę erdvę. Taip sunaikinami aplinkiniai audiniai. Proteazių ir antiproteazių disbalansas gali sukelti plaučių audinio sunaikinimą esant emfizemai, kurią sukelia tabako rūkymas.
Kitos ligos apima raumenų distrofiją, odos degeneraciją, kvėpavimo takų ir virškinimo trakto ligas, piktybinius navikus.
Nefermentinė proteolizė
B altymų pagrindas yra labai stabilus vandenyje esant neutraliam pH ir kambario temperatūrai, nors skirtingų peptidinių jungčių hidrolizės greitis gali skirtis. Peptidinių jungčių skilimo pusinės eliminacijos laikas svyruoja nuo 7 iki 350 metų.
Stiprios mineralinės rūgštys gali lengvai hidrolizuoti peptidinius ryšius b altymuose. Standartinis b altymų hidrolizės būdas yra kaitinimas iki 105°C arba mirkymas druskos rūgštyje 24 valandas.
Nustatymo metodas
Yra keli proteolitinio aktyvumo nustatymo metodai. Pavyzdžiui, kazeino, hemoglobino ar azokazeino hidrolizė. Pirmasis būdas nėra brangus, tačiau kazeinas sunkiai tirpsta. Hemoglobino hidrolizės metodas yra brangesnis. Jį naudojant substratas turi būti denatūruotas. Trečiasis būdas to išvengia, tačiau jis taip pat nėra pigus. Greičiausias ir nebrangus būdas yra pieno substrato naudojimas. Tai apima mažiau įrangos ir gali būti naudojama mokymo kursuose. Tereikia nugriebto pieno ir vandens vonios.
Eksperimentinė procedūra
Du mililitrai buferinio tirpalo (natrio acetato pH 5,0, kuriame yra CaCI2) įpilami į 3 mililitrus nugriebto pieno. Šis mišinys 10 minučių laikomas 30 °C vandens vonioje. Norint pamatyti pieno krešėjimo procesą, naudojamas šviesos š altinis. Jis praleidžia tiek sekundžių, kiek reikia smeigtuko galvutės dydžio pieno gabalėliui sukrešėti. Pakankamas laikas tikslumui pasiekti yra nuo vienos iki dviejų minučių. Fermento blokas apibrėžiamas kaip kiekis, reikalingas pirmajam koaguliuotam fragmentui suformuoti per vieną minutę pasirinktomis eksperimentinėmis sąlygomis.
Proteazės kaip antivirusinės medžiagos
Šiuo metu yra daug patvirtintų vaistų, pasižyminčių proteolitiniu aktyvumu, skirtų naudoti virusinėms infekcijoms gydyti. Dauguma jų visų pirma naudojami gydyti herpes virusą, žmogaus imunodeficito virusą, kvėpavimo takų sincitines infekcijas ir gripo A viruso infekcijas. Tai nukleozidų analogai, kurie slopina viruso DNR sintezę.
Pastarąjį dešimtmetį atlikti tyrimai parodė, kad proteazės yra absoliutus daugelio virusų gyvavimo ciklo reikalavimas. Įtaka atsiranda arbaskaidant didelės molekulinės masės pirmtakus b altymus, kad būtų gauti funkciniai produktai, arba katalizuojant struktūrinius b altymus, reikalingus viruso dalelių surinkimui ir morfogenezei.
Iki šiol buvo patvirtinti keturi proteazės inhibitoriai:
- „Saquinavir“(Invirase, Ro 31-8959).
- Indinaviras (Crixivan, MK-639).
- "Ritonaviras" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinaviras" (Viracept, AG1343).
Kiti vaistai
Pikornaviruso proteazės sudaro vieną didžiausių mediciniškai svarbių žmogaus patogenų šeimų. Enterovirusai yra susiję su įvairiais klinikiniais sindromais, įskaitant viršutinių kvėpavimo takų ligas, aseptinį meningitą, encefalitą, miokarditą, rankų, snukio ir nagų ligas. Tokiu atveju proteazės padės. Proteolitinio aktyvumo išmatos:
- "Tripsinas".
- "Ribonukleazė".
- "Chimozinas"
Kitas galimas vaistas nuo rinoviruso yra Pleconaril.
