Proteaze (proteinaze, peptidaze i proteolitički enzimi) igraju vrlo važnu ulogu u ljudskom životu. Do danas je u ljudskom tijelu identificirano više od 500 ovih enzima, koji su kodirani s 2% svih gena. Proteolitička aktivnost je uočena u svim oblicima života i virusima.
Glavna klasifikacija
Na temelju katalitičkog ostatka, proteaze se mogu podijeliti u 7 širokih grupa:
- Serin - upotreba serinskog alkohola.
- Cystein - upotreba cistein tiola.
- Treonin - promet sekundarnog alkohola treonina.
- Asparagin - korištenje aspartat karboksilne kiseline.
- Glutamin - pomoću glutamata karboksilne kiseline.
- Metaloproteaza - promet metala, obično cink.
- Asparagin peptid liaze - Asparagin se koristi za izvođenje reakcije isključenja (ne zahtijeva vodu).
Proteaze su prvo grupirane u 84 obitelji prema njihovoj proteolitičkoj aktivnosti, aklasificirano u 4 katalitičke vrste:
- serina;
- cistein;
- aspartic;
- metal.
Značenje
Ukupna proteolitička aktivnost igra važnu ulogu u mnogim tjelesnim procesima. To su oplodnja, probava, rast, sazrijevanje, starenje, pa čak i smrt. Proteaze reguliraju mnoge fiziološke procese kontrolirajući aktivaciju sinteze i propadanje proteinske hrane. Oni igraju važnu ulogu u razmnožavanju i širenju virusa, bakterija i parazita te su stoga odgovorni za učinkovit prijenos bolesti uzrokovanih patogenim tvarima. Ovi enzimi dopuštaju tumorskim stanicama da se podijele, popune međustanični prostor i krvne žile pluća i šire se u druga tkiva u tijelu.
Biološke funkcije
Proteolitička aktivnost ima sljedeće funkcije:
- Obrada nakon prijevoda. Uključuje uklanjanje metionina i/ili pretvaranje neaktivnog ili nefunkcionalnog proteina u aktivnu jedinicu.
- Cijepanje proteina prekursora. To je neophodno kako bi se osiguralo da se proteaza aktivira samo na ispravnom mjestu i kontekstu. Nepravilna proteolitička aktivnost može biti vrlo štetna za tijelo.
- Razgradnja proteina. Može se pojaviti intracelularno ili ekstracelularno. Obavlja niz funkcija: uklanja oštećene i abnormalne proteine; sprječava njihovo nakupljanje; služi za regulaciju staničnih procesa uklanjanjemenzimi.
- Probava. Proteini dobiveni hranom razgrađuju se u peptidne lance pomoću pepsina, tripsina, kimotripsina i elastaze. Kako bi spriječili neprikladnu ili preranu aktivaciju probavnih enzima (što može uzrokovati pankreatitis), oni djeluju kao neaktivni zimogen.
Enzimi
Proteolitički enzimi nalaze se u bakterijama, virusima, nekim vrstama algi i biljaka. Ali većina ih je kod životinja. Postoje različite vrste proteolitičke aktivnosti enzima. Klasificirani su prema mjestima na kojima se katalizira razgradnja proteina. Dvije glavne skupine su egzopeptidi i endopeptidaze. Unutar tijela, proteinski materijali su u početku napadnuti pepsinom. Kada protein prođe u tanko crijevo, on se djelomično probavlja u želucu. Ovdje je izložen proteolitičkim enzimima koje luči gušterača. Tada se u crijevu aktiviraju enzimi gušterače, koji pretvaraju proteine u aminokiseline koje se lako apsorbiraju u crijevima. Tako je gušterača zaštićena od samoprobave.
Bakterije
Mikrobne proteaze jedna su od važnih skupina u industrijsko-komercijalnoj proizvodnji enzima. Provedena su istraživanja kako bi se utvrdila proteolitička aktivnost bakterija kako bi se razjasnila njihova uloga u patogenezi zaraznih bolesti. Fokus je bio na ispitivanju bakterija mliječne kiseline iz raznih jogurta i fermentiranih mlijeka. U prirodi su široko rasprostranjene. To su laktobacili, laktokoki, bifidobakterije, streptokoki, enterokoki i sporolaktobacili. Dijele se na vrste, podvrste, varijante i sojeve.
Proteolitička aktivnost vrlo je važna karakteristika bakterija mliječne kiseline. Bakterijske proteaze su enzimi koji kataliziraju hidrolizu peptidnih veza u proteinima i polipeptidima. Oni igraju značajnu ulogu u industrijskoj biotehnologiji i farmaciji. Istraživanja su pokazala da 13 sojeva ima proteolitičku aktivnost. Njih pet, odnosno L1, L2, L6, L7, L9 pokazalo je najveću aktivnost.
Peptini
Proteolitička aktivnost pepsina mjeri se pod utjecajem magnetskog polja na tijelo. Molekularnu strukturu pepsina karakterizira D-prostorna simetrija. Neaktivni proenzim pepsinogen sintetizira se unutar stanica želučane sluznice. Prisutan je i u raznim biološkim tekućinama (krv, mokraća, sjemena i likvor). Pepsinogen je karakteriziran autokatalitičkom aktivacijom. Njegovo lučenje potiču vagusni živac, simpatička vlakna, gastrin, histamin, sekretin i kolecistokinin. Gastrin djeluje kao stimulator parijetalnih stanica. Ovaj polipeptid postoji u 2 oblika koji sadrže 34 i 17 aminokiselina. Mjerenja proteolitičke aktivnosti pepsina u odnosu na standardni hemoglobin otkrila su slične promjene u probavnoj aktivnosti enzima.
Proteoliza i bolest
Anomalni proteolitikaktivnost je povezana s mnogim bolestima. Kod pankreatitisa, curenje proteaza i njihova prerana aktivacija u gušterači dovodi do samozapaljenja gušterače. Osobe s dijabetesom mogu imati povećanu aktivnost lizosoma i razgradnja određenih proteina može biti znatno povećana. Kronične upalne bolesti (reumatoidni artritis) mogu dovesti do oslobađanja lizosomskih enzima u izvanstanični prostor. Time se uništavaju okolna tkiva. Neravnoteža između proteaza i antiproteaza može dovesti do uništenja plućnog tkiva u emfizemu uzrokovanom pušenjem duhana.
Ostale bolesti uključuju mišićnu distrofiju, degeneraciju kože, respiratorne i gastrointestinalne bolesti, maligne tumore.
Neenzimska proteoliza
Proteinska okosnica je vrlo stabilna u vodi pri neutralnom pH i sobnoj temperaturi, iako brzina hidrolize različitih peptidnih veza može varirati. Poluživot raspada peptidne veze kreće se od 7 do 350 godina.
Jake mineralne kiseline mogu lako hidrolizirati peptidne veze u proteinima. Standardni način hidrolize proteina je zagrijavanje na 105°C ili namočenje u klorovodičnoj kiselini 24 sata.
Metoda određivanja
Postoji nekoliko metoda za određivanje proteolitičke aktivnosti. Na primjer, hidroliza kazeina, hemoglobina ili azokazeina. Prva metoda nije skupa, ali kazein se teško otapa. Metoda hidrolize hemoglobina je skuplja. Prilikom korištenja supstrat mora biti denaturiran. Treća metoda izbjegava to, ali također nije jeftina. Najbrža, a ne skupa metoda je korištenje mliječnog supstrata. Sadrži manje opreme i može se koristiti na tečajevima. Sve što je potrebno je obrano mlijeko i vodena kupelj.
Eksperimentalni postupak
Dva mililitra puferske otopine (natrijev acetat pH 5,0 koji sadrži CaCI2) dodaju se u 3 mililitra obranog mlijeka. Ova smjesa se drži na 30 °C u vodenoj kupelji 10 minuta. Da biste vidjeli proces zgrušavanja mlijeka, koristi se izvor svjetlosti. Preskače onoliko sekundi koliko je potrebno da se zgruša komad mlijeka veličine glave igle. Adekvatan period za točnost je između jedne i dvije minute. Enzimski blok definira se kao količina potrebna da se formira prvi koagulirani fragment u jednoj minuti pod odabranim eksperimentalnim uvjetima.
Proteaze kao antivirusni agensi
Trenutno postoji niz odobrenih lijekova s proteolitičkim djelovanjem za primjenu u liječenju virusnih infekcija. Većina se prvenstveno koristi za liječenje herpesvirusa, virusa ljudske imunodeficijencije, respiratornih sincicijskih infekcija i infekcija virusom gripe A. To su analozi nukleozida koji djeluju inhibirajući sintezu virusne DNA.
Istraživanja tijekom proteklog desetljeća pokazala su da su proteaze apsolutni zahtjev u životnom ciklusu mnogih virusa. Dolazi i do utjecajacijepanjem proteina prekursora visoke molekularne težine kako bi se dobili funkcionalni proizvodi, ili katalizom strukturnih proteina potrebnih za sastavljanje i morfogenezu virusnih čestica.
Do danas su odobrena četiri inhibitora proteaze:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Druge droge
Picornavirus proteaze čine jednu od najvećih obitelji medicinski važnih ljudskih patogena. Enterovirusi su povezani s različitim kliničkim sindromima, uključujući bolesti gornjih dišnih puteva, aseptični meningitis, encefalitis, miokarditis, bolesti ruku, stopala i usta. U ovom slučaju pomoći će proteaze. Ekspektoransi s proteolitičkim djelovanjem:
- "Tripsin".
- "Ribonukleaza".
- "Chimozin"
Drugi potencijalni antirinovirusni lijek je Pleconaril.
