Протеолитична активност: определение, функция, значение за организма и класификация на протеазите

Протеазите (протеинази, пептидази и протеолитични ензими) играят много важна роля в човешкия живот. Вече са идентифицирани повече от 500 такива ензими в човешкото тяло и те се кодират в 2% от всички гени. Протеолитичната активност се наблюдава при всички форми на живот и вируси.

Основна класификация

Въз основа на каталитичния остатък протеазите могат да бъдат разделени на 7 големи групи:

1. Серин - използване на серинов алкохол.
2. Цистеин - приложение на тиола на цистеина.
3. Треонин - оборот на вторичния алкохол треонин.
4. Аспарагин - с помощта на аспартат карбоксилна киселина.
5. Глутамин - използване карбоксилна киселина глутамат.
6. Металопротеази - обръщане на метал, обикновено цинк.
7. Аспарагинови пептидни лиази - използват аспарагин за извършване на реакцията на елиминиране (не изискват вода).

Първоначално протеазите бяха обединени в 84 семейства според тяхната протеолитична активност и класифицирани в 4 каталитични типа:

• серин;
• цистеин;
• Аспарагин;
• металик.

значение

Общата протеолитична активност играе важна роля в много процеси в организма. Това е оплождането, храносмилането, растежът, съзряването, стареенето и дори смъртта. Протеазите регулират много физиологични процеси, като контролират активирането на синтеза и разграждането на протеини. Те играят важна роля в размножаването и разпространението на вируси, бактерии и паразити и следователно са отговорни за ефективното предаване на болести, причинени от патогени. Тези ензими позволяват на туморните клетки да се делят, да запълват междуклетъчното пространство и кръвоносните съдове на белите дробове и да се разпространяват в други тъкани на тялото.

Биологични функции

Протеолитичната активност има следните функции

• Следтранслационна обработка. Включва отстраняване на метионин и/или превръщане на неактивен или нефункционален протеин в активна единица.
• Разцепване на прекурсорни протеини. Така се гарантира, че протеазата се активира само на правилното място и в правилния контекст. Неправилната протеолитична активност може да бъде много вредна за организма.
• Разграждане на протеини. Може да възникне вътреклетъчно или извънклетъчно. Изпълнява редица функции: отстранява увредени и анормални протеини; предотвратява натрупването им; служи за регулиране на клетъчните процеси чрез отстраняване на ензими.
• Храносмилане. Протеинът от храната се разгражда на пептидни вериги от пепсин, трипсин, химотрипсин и еластаза. За да предотвратят неподходящо или преждевременно активиране на храносмилателните ензими (което може да причини панкреатит), те действат като неактивен зимоген.

Ензими

Протеолитични ензими има в бактериите, вирусите, някои видове водорасли и растения. Но те са най-разпространени при животните. Съществуват различни видове протеолитична активност на ензимите. Те се класифицират според местата, на които се катализира разцепването на протеините. Двете основни групи са екзопептиди и ендопептидази. Вътре в организма протеиновите материали първоначално се атакуват от пепсин. Когато протеинът се прехвърли в тънките черва, той се смила частично от стомаха. Тук той се излага на въздействието на протеолитични ензими, отделяни от панкреаса. След това панкреатичните ензими се активират в червата, като превръщат протеините в аминокиселини, които лесно се абсорбират от стените им. По този начин панкреасът се предпазва от саморазграждане.

Бактерии

Микробните протеази са важна група в промишленото и търговското производство на ензими. Проведени са изследвания за определяне на протеолитичната активност на бактериите с цел изясняване на ролята им в патогенезата на инфекциозните заболявания. Основният фокус 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 се делят на видове, подвидове, варианти и щамове.

Протеолитичната активност е много важна характеристика на млечнокиселите бактерии. Бактериалните протеази са ензими, които катализират хидролизата на пептидните връзки в протеините и полипептидите. Те играят важна роля в промишлените биотехнологии и фармацевтиката. Проучванията показват, че 13 щама имат протеолитична активност. Пет от тях, а именно L1, L2, L6, L7, L9, показват най-висока активност.

Пептини

Протеолитична активност на пепсин. Молекулната структура на пепсина се характеризира със симетрия в D-пространството. Неактивният проензим пепсиноген се синтезира в клетките на стомашната лигавица. Налице е и в различни телесни течности (кръв, урина, семенна и гръбначно-мозъчна течност). Пепсиногенът се характеризира с автокаталитично активиране. Секрецията му се стимулира от блуждаещия нерв, симпатиковите влакна, гастрина, хистамина, секретина и холецистокинина. Гастринът действа като стимулатор на париеталните клетки. Този полипептид съществува в 2 форми, съдържащи 34 и 17 аминокиселини. Измерванията на протеолитичната активност на пепсина по отношение на стандартния хемоглобин разкриват подобни промени в храносмилателната активност на ензима.

Протеолиза и болести

Нарушената протеолитична активност е свързана с много заболявания. При панкреатит изтичането на протеази и преждевременното им активиране в панкреаса води до самовъзпаление на панкреаса. Хората с диабет могат да имат повишена лизозомна активност и разграждането на някои протеини може да е значително увеличено. Хроничен възпалителни заболявания (ревматоиден артрит) може да доведе до освобождаване на лизозомни ензими в междуклетъчното пространство. Унищожава околната тъкан. Дисбалансът между протеази и антипротеази може да доведе до разрушаване на белодробната тъкан при тютюнево-индуциран емфизем.

Други състояния включват мускулна дистрофия, дегенерация на кожата, респираторни и стомашно-чревни заболявания, злокачествени заболявания.

Неензимна протеолиза

Протеиновата основа е много стабилна във вода при неутрално рН и стайна температура, въпреки че скоростта на хидролиза на различните пептидни връзки може да варира. Полуживотът на свързване на пептидите варира от 7 до 350 години.

Силните минерални киселини могат лесно да хидролизират пептидните връзки в протеините. Стандартният начин за хидролизиране на протеин е нагряването му до 105°C или накисването му за 24 часа в солна киселина.

Методи за определяне

Има няколко метода Определяне на протеолитичната активност. Например хидролиза на казеин, хемоглобин или азоказеин. Първият метод не е скъп, но казеинът се разтваря трудно. Методът на хидролиза на хемоглобина е по-скъп. Когато се използва, субстратът трябва да бъде денатуриран. Третият метод избягва това, но също не е евтин. Най-бързият и евтин метод е да използвате млечен субстрат. Това включва по-малко оборудване и може да се използва в курсове за обучение. Необходимо е само обезмаслено мляко и водна баня.

Експериментална процедура

Два милилитра буферен разтвор (натриев ацетат с рН 5.0, съдържащ CaC_I2) се добавя към 3 милилитра обезмаслено мляко. Тази смес се инкубира на водна баня при 30 °C за 10 минути. За да видите процес на съсирване Използва се млякото, използва се източник на светлина. Преминава се толкова дълго, колкото е необходимо, за да се коагулира млечна частица с размер на главичката на карфица. Подходящ период за постигане на точност е между една и две минути. Ензимният блок се определя като количеството ензим, необходимо за образуване на първия коагулиран фрагмент за една минута при избраните експериментални условия.

Протеазите като антивирусни агенти

Понастоящем има редица одобрени лекарства с протеолитична активност за използване при лечение на вирусни инфекции. Повечето от тях се използват главно за лечение на инфекции с херпесвирус, човешки имунодефицитен вирус, респираторно-синцитиални инфекции и грипен вирус А. Това са нуклеозидни аналози, които действат чрез инхибиране на синтеза на вирусна ДНК.

Проучванията през последното десетилетие показаха, че протеазите са абсолютно необходими за жизнения цикъл на много вируси. Влиянието се осъществява или чрез разцепване на прекурсорни протеини с високо молекулно тегло за получаване на функционални продукти, или чрез катализиране на структурни протеини, от съществено значение за Сглобяване и морфогенеза на вирусните частици.

До момента са одобрени четири протеазни инхибитора:

• "Саквинавир" (Invirase, Ro 31-8959).
• "Индинавир" (Crixivan, MK-639).
• "Ритонавир" (Norvir, ABT-538).
• "Нелфинавир" (Virasept, AG1343).

Други лекарства

Пикорнавирусните протеази съставляват едно от най-големите семейства на медицински важни човешки патогени. Ентеровирусите се свързват с различни клинични синдроми, включително Горни дихателни пътища, Асептичен менингит, енцефалит, миокардит, болест на ръцете, краката и устата. В този случай протеазите биха помогнали. Отхрачващи средства с протеолитична активност:

• "Трипсин".
• "Рибонуклеаза".
• "Химозин"

Друг потенциален антириновирусен агент е "Plecnaril".