Протеазите (протеинази, пептидази и протеолитични ензими) играят много важна роля в човешкия живот. Към днешна дата в човешкото тяло са идентифицирани повече от 500 от тези ензими, които са кодирани от 2% от всички гени. Протеолитична активност се наблюдава при всички форми на живот и вируси.
Основна класификация
Въз основа на каталитичния остатък, протеазите могат да бъдат разделени на 7 широки групи:
- Serine - употреба на серинов алкохол.
- Cysteine - употребата на цистеин тиол.
- Треонин - оборот на вторичен алкохол треонин.
- Аспарагинова киселина - използване на аспартатна карбоксилна киселина.
- Глутамин - използвайки глутамата на карбоксилната киселина.
- Металопротеаза - метални обороти, обикновено цинк.
- Аспарагин пептидни лиази - Аспарагинът се използва за извършване на реакция на изключване (не изисква вода).
Протеазите първо бяха групирани в 84 семейства според тяхната протеолитична активност икласифицирани в 4 каталитични типа:
- серина;
- цистеин;
- аспарагинова киселина;
- метал.
Значение
Общата протеолитична активност играе важна роля в много процеси в тялото. Това са торене, храносмилане, растеж, съзряване, стареене и дори смърт. Протеазите регулират много физиологични процеси, като контролират активирането на синтеза и влошаването на протеиновите храни. Те играят важна роля в размножаването и разпространението на вируси, бактерии и паразити и следователно са отговорни за ефективното предаване на болести, причинени от патогенни вещества. Тези ензими позволяват на туморните клетки да се делят, запълват междуклетъчното пространство и кръвоносните съдове на белите дробове и се разпространяват в други тъкани на тялото.
Биологични функции
Протеолитичната активност има следните функции:
- Обработка след превод. Включва отстраняване на метионин и/или превръщане на неактивен или нефункционален протеин в активна единица.
- Разцепване на прекурсорни протеини. Това е необходимо, за да се гарантира, че протеазата се активира само в правилното място и контекст. Неправилната протеолитична активност може да бъде много вредна за тялото.
- Разграждане на протеини. Може да се появи вътреклетъчно или извънклетъчно. Изпълнява редица функции: премахва увредените и анормални протеини; предотвратява натрупването им; служи за регулиране на клетъчните процеси чрез отстраняванеензими.
- Храносмилане. Протеините, получени от храната, се разграждат на пептидни вериги от пепсин, трипсин, химотрипсин и еластаза. За предотвратяване на неподходящо или преждевременно активиране на храносмилателните ензими (което може да причини панкреатит), те действат като неактивен зимоген.
Ензими
Протеолитични ензими се намират в бактерии, вируси, някои видове водорасли и растения. Но повечето от тях са при животни. Съществуват различни видове протеолитична активност на ензимите. Те се класифицират според местата, в които се катализира разграждането на протеините. Двете основни групи са екзопептиди и ендопептидази. В тялото протеиновите материали първоначално са атакувани от пепсин. Когато протеинът премине в тънките черва, той частично се усвоява от стомаха. Тук той е изложен на протеолитични ензими, секретирани от панкреаса. Тогава панкреатичните ензими се активират в червата, превръщайки протеините в аминокиселини, които лесно се абсорбират от стените му. Така панкреасът е защитен от самосмилане.
Бактерии
Микробните протеази са една от важните групи в промишлено-търговското производство на ензими. Проведени са изследвания за определяне на протеолитичната активност на бактериите, за да се изясни тяхната роля в патогенезата на инфекциозните заболявания. Фокусът беше върху изследването на млечнокисели бактерии от различни кисели млека и ферментирали млека. Те са широко разпространени в природата. Това са лактобацили, лактококи, бифидобактерии, стрептококи, ентерококи и споролактобацили. Те са разделени на видове, подвидове, варианти и щамове.
Протеолитичната активност е много важна характеристика на млечнокиселите бактерии. Бактериалните протеази са ензими, които катализират хидролизни пептидни връзки в протеини и полипептиди. Те играят значителна роля в промишлените биотехнологии и фармацевтиката. Проучванията показват, че 13 щама имат протеолитична активност. Пет от тях, а именно L1, L2, L6, L7, L9, показаха най-висока активност.
Пептини
Протеолитичната активност на пепсина се измерва под въздействието на магнитно поле върху тялото. Молекулната структура на пепсина се характеризира с D-пространствена симетрия. Неактивният проензим пепсиноген се синтезира в клетките на стомашната лигавица. Присъства и в различни биологични течности (кръв, урина, семенна и гръбначно-мозъчна течност). Пепсиногенът се характеризира с автокаталитично активиране. Секрецията му се стимулира от блуждаещия нерв, симпатиковите влакна, гастрин, хистамин, секретин и холецистокинин. Гастрин действа като стимулатор на париетални клетки. Този полипептид съществува в 2 форми, съдържащи 34 и 17 аминокиселини. Измерванията на протеолитичната активност на пепсина спрямо стандартния хемоглобин разкриха подобни промени в храносмилателната активност на ензима.
Протеолиза и болест
Аномален протеолитикдейността е свързана с много заболявания. При панкреатит изтичането на протеази и преждевременното им активиране в панкреаса води до самозапалване на панкреаса. Хората с диабет може да имат повишена лизозомна активност и разграждането на определени протеини може да бъде значително увеличено. Хроничните възпалителни заболявания (ревматоиден артрит) могат да доведат до освобождаване на лизозомни ензими в извънклетъчното пространство. Това разрушава околните тъкани. Дисбалансът между протеазите и антипротеазите може да доведе до разрушаване на белодробната тъкан при емфизем, причинен от тютюнопушенето.
Други заболявания включват мускулна дистрофия, дегенерация на кожата, респираторни и стомашно-чревни заболявания, злокачествени тумори.
Неензимна протеолиза
Протеиновият гръбнак е много стабилен във вода при неутрално рН и стайна температура, въпреки че скоростта на хидролиза на различните пептидни връзки може да варира. Полуживотът на разпадането на пептидната връзка варира от 7 до 350 години.
Силните минерални киселини могат лесно да хидролизират пептидните връзки в протеините. Стандартният начин за хидролизиране на протеин е да го загреете до 105°C или да го накиснете в солна киселина за 24 часа.
Метод на определяне
Има няколко метода за определяне на протеолитична активност. Например хидролиза на казеин, хемоглобин или азоказеин. Първият метод не е скъп, но казеинът се разтваря трудно. Методът за хидролиза на хемоглобина е по-скъп. Когато го използвате, субстратът трябва да бъде денатуриран. Третият метод избягва това, но също така не е евтин. Най-бързият и не скъп метод е използването на млечен субстрат. Включва по-малко оборудване и може да се използва в курсове за обучение. Всичко, което е необходимо, е обезмаслено мляко и водна баня.
Експериментална процедура
Два милилитра буферен разтвор (натриев ацетат pH 5,0, съдържащ CaCI2) се добавят към 3 милилитра обезмаслено мляко. Тази смес се държи при 30 °C на водна баня за 10 минути. За да видите процеса на коагулация на млякото, се използва източник на светлина. Прескача толкова секунди, колкото са необходими, за да коагулира парче мляко с размер на глава на карфица. Достатъчният период за точност е между една и две минути. Ензимен блок се дефинира като количеството, необходимо за образуване на първия коагулиран фрагмент за една минута при избраните експериментални условия.
Протеазите като антивирусни агенти
В момента има редица одобрени лекарства с протеолитична активност за употреба при лечение на вирусни инфекции. Повечето се използват главно за лечение на херпесвирус, вирус на човешки имунодефицит, респираторни синцитиални инфекции и инфекции с вируса на грип А. Това са нуклеозидни аналози, които действат чрез инхибиране на синтеза на вирусна ДНК.
Изследвания през последното десетилетие показват, че протеазите са абсолютно изискване в жизнения цикъл на много вируси. Влияние се появява иличрез разцепване на високомолекулни прекурсорни протеини за получаване на функционални продукти или чрез катализа на структурни протеини, необходими за сглобяването и морфогенезата на вирусни частици.
До момента са одобрени четири протеазни инхибитора:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ритонавир" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Други лекарства
Picornavirus протеазите представляват едно от най-големите семейства от медицински важни човешки патогени. Ентеровирусите са свързани с различни клинични синдроми, включително заболявания на горните дихателни пътища, асептичен менингит, енцефалит, миокардит, заболявания на ръцете, краката и устата. В този случай протеазите ще помогнат. Отхрачващи средства с протеолитична активност:
- "Трипсин".
- "Рибонуклеаза".
- "Chimozin"
Друго потенциално антириновирусно лекарство е Pleconaril.
