Proteāzēm (proteināzes, peptidāzes un proteolītiskie enzīmi) ir ļoti liela nozīme cilvēka dzīvē. Līdz šim cilvēka organismā ir identificēti vairāk nekā 500 šo enzīmu, kurus kodē 2% no visiem gēniem. Proteolītiskā aktivitāte tiek novērota visās dzīvības formās un vīrusos.
Galvenā klasifikācija
Pamatojoties uz katalītisko atlikumu, proteāzes var iedalīt 7 plašās grupās:
- Serīns - serīna spirta lietošana.
- Cisteīns - cisteīna tiola lietošana.
- Treonīns - sekundārā spirta treonīna apgrozījums.
- Asparagīns - izmantojot aspartātu karbonskābi.
- Glutamīns - izmantojot karbonskābes glutamātu.
- Metalloproteāze - metāla apgrozījums, parasti cinks.
- Asparagīna peptīdu liāzes - asparagīnu izmanto, lai veiktu izslēgšanas reakciju (nav nepieciešams ūdens).
Proteāzes vispirms tika sagrupētas 84 ģimenēs atbilstoši to proteolītiskajai aktivitātei, unklasificēts 4 katalītiskos veidos:
- serīns;
- cisteīns;
- aspartic;
- metāls.
Nozīme
Kopējai proteolītiskajai aktivitātei ir svarīga loma daudzos ķermeņa procesos. Tie ir apaugļošanās, gremošana, augšana, nobriešana, novecošana un pat nāve. Proteāzes regulē daudzus fizioloģiskos procesus, kontrolējot sintēzes aktivizēšanu un olb altumvielu pārtikas pasliktināšanos. Viņiem ir svarīga loma vīrusu, baktēriju un parazītu vairošanā un izplatīšanā, un tāpēc tie ir atbildīgi par patogēnu vielu izraisītu slimību efektīvu pārnešanu. Šie fermenti ļauj audzēja šūnām dalīties, aizpildīt starpšūnu telpu un plaušu asinsvadus, kā arī izplatīties citos ķermeņa audos.
Bioloģiskās funkcijas
Proteolītiskajai aktivitātei ir šādas funkcijas:
- Pēctulkošanas apstrāde. Ietver metionīna atdalīšanu un/vai neaktīva vai nefunkcionāla proteīna pārvēršanu par aktīvu vienību.
- Prekursoru proteīnu šķelšana. Tas ir nepieciešams, lai nodrošinātu, ka proteāze tiek aktivizēta tikai pareizajā vietā un kontekstā. Nepareiza proteolītiskā darbība var ļoti kaitēt ķermenim.
- Olb altumvielu noārdīšanās. Var rasties intracelulāri vai ekstracelulāri. Veic vairākas funkcijas: noņem bojātās un patoloģiskās olb altumvielas; novērš to uzkrāšanos; kalpo šūnu procesu regulēšanai, noņemotfermenti.
- Gremošana. No pārtikas iegūtās olb altumvielas pepsīna, tripsīna, himotripsīna un elastāzes ietekmē sadala peptīdu ķēdēs. Lai novērstu gremošanas enzīmu neatbilstošu vai priekšlaicīgu aktivāciju (kas var izraisīt pankreatītu), tie darbojas kā neaktīvs zimogēns.
Enzīmi
Proteolītiskie enzīmi ir atrodami baktērijās, vīrusos, dažu veidu aļģēs un augos. Bet lielākā daļa no tiem ir dzīvniekiem. Ir dažādi fermentu proteolītiskās aktivitātes veidi. Tos klasificē pēc vietām, kurās tiek katalizēts olb altumvielu sadalīšanās. Divas galvenās grupas ir eksopeptīdi un endopeptidāzes. Ķermenī proteīnu materiāliem sākotnēji uzbrūk pepsīns. Kad olb altumvielas nonāk tievajās zarnās, kuņģis to daļēji sagremo. Šeit tas tiek pakļauts proteolītiskajiem enzīmiem, ko izdala aizkuņģa dziedzeris. Tad zarnā tiek aktivizēti aizkuņģa dziedzera enzīmi, pārvēršot olb altumvielas aminoskābēs, kuras viegli uzsūcas tās sieniņās. Tādējādi aizkuņģa dziedzeris ir pasargāta no pašgremošanas.
Baktērijas
Mikrobu proteāzes ir viena no svarīgākajām grupām fermentu rūpnieciskajā un komerciālajā ražošanā. Ir veikti pētījumi, lai noteiktu baktēriju proteolītisko aktivitāti, lai noskaidrotu to lomu infekcijas slimību patoģenēzē. Galvenā uzmanība tika pievērsta pienskābes baktēriju pārbaudei no dažādiem jogurtiem un raudzētiem pieniem. Tie ir plaši izplatīti dabā. Tie ir laktobacilli, laktokoki, bifidobaktērijas, streptokoki, enterokoki un sporolaktobacilli. Tos iedala sugās, pasugās, variantos un celmos.
Proteolītiskā aktivitāte ir ļoti svarīga pienskābes baktēriju īpašība. Baktēriju proteāzes ir fermenti, kas katalizē hidrolīzes peptīdu saites proteīnos un polipeptīdos. Viņiem ir nozīmīga loma rūpnieciskajā biotehnoloģijā un farmācijā. Pētījumi liecina, ka 13 celmiem ir proteolītiska aktivitāte. Pieci no tiem, proti, L1, L2, L6, L7, L9, uzrādīja vislielāko aktivitāti.
Peptins
Pepsīna proteolītiskā aktivitāte tiek mērīta magnētiskā lauka ietekmē uz ķermeni. Pepsīna molekulāro struktūru raksturo D-telpiskā simetrija. Neaktīvais proenzīms pepsinogēns tiek sintezēts kuņģa gļotādas šūnās. Tas atrodas arī dažādos bioloģiskajos šķidrumos (asinis, urīns, sēklas un cerebrospinālais šķidrums). Pepsinogēnam raksturīga autokatalītiska aktivācija. Tās sekrēciju stimulē vagusa nervs, simpātiskās šķiedras, gastrīns, histamīns, sekretīns un holecistokinīns. Gastrīns darbojas kā parietālo šūnu stimulators. Šis polipeptīds pastāv 2 formās, kas satur 34 un 17 aminoskābes. Pepsīna proteolītiskās aktivitātes mērījumi attiecībā pret standarta hemoglobīnu atklāja līdzīgas izmaiņas fermenta gremošanas aktivitātē.
Proteolīze un slimības
Anomāls proteolītisks līdzeklisdarbība ir saistīta ar daudzām slimībām. Pankreatīta gadījumā proteāžu noplūde un to priekšlaicīga aktivācija aizkuņģa dziedzerī izraisa aizkuņģa dziedzera pašaizdegšanos. Cilvēkiem ar cukura diabētu var būt palielināta lizosomu aktivitāte, un dažu olb altumvielu sadalīšanās var būt ievērojami palielināta. Hroniskas iekaisuma slimības (reimatoīdais artrīts) var izraisīt lizosomu enzīmu izdalīšanos ārpusšūnu telpā. Tas iznīcina apkārtējos audus. Proteāžu un antiproteāžu nelīdzsvarotība var izraisīt plaušu audu iznīcināšanu emfizēmā, ko izraisa tabakas smēķēšana.
Citas slimības ir muskuļu distrofija, ādas deģenerācija, elpceļu un kuņģa-zarnu trakta slimības, ļaundabīgi audzēji.
Neenzimātiskā proteolīze
Proteīna mugurkauls ir ļoti stabils ūdenī pie neitrāla pH un istabas temperatūras, lai gan dažādu peptīdu saišu hidrolīzes ātrums var atšķirties. Peptīdu saites sairšanas pussabrukšanas periods svārstās no 7 līdz 350 gadiem.
Spēcīgas minerālskābes var viegli hidrolizēt proteīnu peptīdu saites. Standarta veids, kā hidrolizēt proteīnu, ir karsēt to līdz 105°C vai mērcēt sālsskābē 24 stundas.
Noteikšanas metode
Ir vairākas proteolītiskās aktivitātes noteikšanas metodes. Piemēram, kazeīna, hemoglobīna vai azokazeīna hidrolīze. Pirmā metode nav dārga, bet kazeīnu ir grūti izšķīdināt. Hemoglobīna hidrolīzes metode ir dārgāka. Lietojot to, substrātam jābūt denaturētam. Trešā metode to novērš, taču tā arī nav lēta. Ātrākā, nedārgākā metode ir piena substrāta izmantošana. Tas ietver mazāk aprīkojuma, un to var izmantot apmācību kursos. Viss, kas nepieciešams, ir vājpiens un ūdens vanna.
Eksperimentālā procedūra
Divus mililitrus buferšķīduma (nātrija acetāts pH 5,0, kas satur CaCI2) pievieno 3 mililitriem vājpiena. Šo maisījumu 10 minūtes tur 30 °C ūdens vannā. Lai redzētu piena koagulācijas procesu, tiek izmantots gaismas avots. Tas izlaiž tik sekundes, cik nepieciešams, lai sarecētu adatas galviņas lieluma piena gabalu. Atbilstošs laika posms precizitātei ir no vienas līdz divām minūtēm. Enzīmu bloks ir definēts kā daudzums, kas nepieciešams, lai vienas minūtes laikā izveidotu pirmo koagulēto fragmentu izvēlētajos eksperimenta apstākļos.
Proteāzes kā pretvīrusu līdzekļi
Pašlaik ir vairākas apstiprinātas zāles ar proteolītisku aktivitāti, ko izmanto vīrusu infekciju ārstēšanā. Lielāko daļu no tiem galvenokārt izmanto, lai ārstētu herpesvīrusu, cilvēka imūndeficīta vīrusu, elpceļu sincitiālas infekcijas un A gripas vīrusa infekcijas. Tie ir nukleozīdu analogi, kas darbojas, kavējot vīrusa DNS sintēzi.
Pēdējo desmit gadu laikā veiktie pētījumi ir parādījuši, ka proteāzes ir absolūta prasība daudzu vīrusu dzīves ciklā. Ietekme notiek vai nušķeļot augstas molekulmasas prekursoru proteīnus, lai iegūtu funkcionālus produktus, vai katalizējot strukturālos proteīnus, kas nepieciešami vīrusu daļiņu montāžai un morfoģenēzei.
Līdz šim ir apstiprināti četri proteāzes inhibitori:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavīrs" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavīrs" (Viracept, AG1343).
Citas narkotikas
Pikornavīrusa proteāzes veido vienu no lielākajām medicīniski svarīgo cilvēku patogēnu ģimenēm. Enterovīrusi ir saistīti ar dažādiem klīniskiem sindromiem, tostarp augšējo elpceļu slimībām, aseptisku meningītu, encefalītu, miokardītu, roku, mutes un nagu sērgām. Šajā gadījumā proteāzes palīdzēs. Preparāti ar proteolītisku aktivitāti:
- "Tripsīns".
- "Ribonukleāze".
- "Chimozin"
Cits potenciāls pretrinovīrusa līdzeklis ir Pleconaril.
