Протеази (протеїнази, пептидази та протеолітичні ферменти) відіграють дуже важливу роль у житті людини. На сьогоднішній день в людському організмі визначено понад 500 цих ферментів, які кодуються на 2 % всіх генів. Протеолітична активність спостерігається у всіх формах життя і віруси.
Основна класифікація
На основі каталітичного залишку протеази можна розділити на 7 великих груп:
Протеази спочатку були зібрані в 84 сім’ї, відповідно до їх протеолітичної активності, і расклассифицированы під 4 каталітичними типами:
- серин;
- цистеїн;
- аспарагиновые;
- металеві.
Значення
Загальна протеолітична активність відіграє важливу роль у багатьох процесах організму. Це запліднення, травлення, зростання, дозрівання, старіння та смерть. Протеази регулюють багато фізіологічні процеси шляхом контролю над активацією синтезу і погіршенням білкової їжі. Вони відіграють важливу роль у розмноженні та поширенні вірусів, бактерій і паразитів, тому відповідають за ефективну передачу захворювань, викликаних патогенними речовинами. Ці ферменти дають можливість пухлинним клітинам ділитися, заповнювати міжклітинний простір і кровоносні судини легенів, а також поширюватися в інших тканинах організму.
Біологічні функції
Протеолітична активність володіє наступними функціями:
- Посттрансляционная обробка. Включає в себе видалення метіоніну та/або перетворення неактивного або нефункціонального протеїну до активної одиниці.
- Розщеплення білків-попередників. Це необхідно для того, щоб протеаза активувалася тільки в правильному місці і контексті. Неправильна протеолітична активність може бути дуже руйнівною для організму.
- Деградація білка. Може відбуватися внутрішньоклітинно або внеклеточно. Виконує ряд функцій: видаляє пошкоджені і аномальні білки; запобігає їх накопичення; служить для регулювання клітинних процесів шляхом видалення ферментів.
- Травлення. Протеїни, отримані з їжі, розщеплюються на ланцюгу пептиду, завдяки пепсину, трипсину, химотрипсину і эластазу. Для запобігання недоречною або передчасної активації травних ензимів (це може викликати панкреатит) вони виступають як неактивний зимоген.
Ферменти
Протеолітичні ферменти присутні в бактерії, віруси, деяких типах водоростей і рослин. Але найбільше їх на тварин. Існують різні типи протеолітичної активності ферментів. Вони класифікуються згідно з ділянками, в яких каталізує розщеплення білків. Двома основними групами є эгзопептиды і эндопептидазы. Всередині організму матеріали протеїну спочатку атаковані пепсином. Коли білок передається в тонку кишку, він частково перетравлений шлунком. Тут він піддається впливу протеолітичних ензимів, що виділяються підшлунковою залозою. Потім панкреатичні ферменти активізуються в кишечнику, перетворюючи білки на амінокислоти, які легко всмоктуються його стінками. Таким чином, підшлункова залоза захищена від самопереварювання.
Бактерії
Мікробні протеази одна з важливих груп у складі промислово-комерційного виробництва ензимів. Були проведені дослідження для визначення протеолітичної активності бактерій з метою з’ясувати їх ролі всередині патогенезу інфекційних захворювань. Основна увага приділялася обстеження молочнокислих бактерій з різних йогуртів і ферментованого молока. Вони широко поширені в природі. Це лактобактерії, лактококи, біфідобактерії, стрептококи, ентерококи і споролактобактерии. Вони поділяються за видами, підвидів, варіантів і штамів.
Протеолітична активність – дуже важлива характеристика молочнокислих бактерій. Протеази бактерій – це ферменти, які каталізують гидролизпептидные зв’язку в білках і полипептидах. Вони грають значну роль в промислових біотехнології і фармацевтиці. Дослідження показали, що протеолітичною активністю володіють 13 штамів. П’ять з них, а саме L1, L2, L6, L7, L9, показали найвищу діяльність.
Пептины
Протеолітична активність пепсину вимірюється під впливом магнітного поля на організм. Молекулярна структура пепсину характеризується D-просторовою симетрією. Неактивний пепсиноген проэнзима синтезується всередині клітин слизової оболонки шлунка. Також він присутній у різних біологічних рідинах (кров, сеча, насінна і спинномозкова рідина). Пепсиноген характеризується автокаталитической активацією. Його секреція стимулюється блукаючим нервом, симпатичним волокнами, гастрином, гістаміном, секретином і холецистокинином. Гастрин діє як стимулятор тім’яних клітин. Цей поліпептид існує в 2 формах, що містять 34 17 амінокислот. Вимірювання протеолітичної активності пепсину у відношенні до стандартного гемоглобіну виявили аналогічні зміни в травній активності ферменту.
Протеоліз і хвороби
Аномальна протеолітична активність пов’язана з багатьма захворюваннями. При панкреатиті витік протеаз та їх передчасна активація в підшлунковій залозі призводить до самозаймання підшлункової залози. Люди з цукровим діабетом можуть мати підвищену активність лізосом, деградація деяких білків може істотно збільшитися. Хронічні запальні захворювання (ревматоїдний артрит) можуть призвести до вивільнення лізосомальних ферментів у міжклітинний простір. Це руйнує навколишні тканини. Дисбаланс між протеазами і антипротеазами може призвести до руйнування тканини легень при емфіземі, викликаної курінням тютюну.
Інші захворювання включають м’язову дистрофію, дегенерацію шкіри, дихальні і шлунково-кишкові захворювання, злоякісні пухлини.
Неферментативний протеоліз
Основа білка дуже стабільна у воді при нейтральному РН і кімнатній температурі, хоча швидкість гідролізу різних пептидних зв’язків може відрізнятися. Напівперіод розпаду скріплення пептиду коливається від 7 до 350 років.
Сильні мінеральні кислоти можуть легко гидролизировать пептидні зв’язки в білку. Стандартний шлях гідролізу протеїну – нагріти його до 105 °C або протримати 24 години в хлористо-водневої кислоти.
Методика визначення
Існує кілька методів визначення протеолітичної активності. Наприклад, гідроліз казеїну, гемоглобіну або азоказеина. Перший метод не дорогий, але казеїн важко розчиняється. Метод гідролізу гемоглобіну дорожче. При його використанні субстрат необхідно денатурувати. Третій метод уникає цього, але він також недешевий. Самий швидкий, не дорогий метод – це використання молочного субстрату. Він включає менше обладнання і може бути використаний у навчальних курсах. Все що потрібно – це знежирене молоко і водяна баня.
Експериментальна процедура
Два мл буферного розчину (ацетат натрію з РН 5.0, містить CaCI2) додається в 3 мл знежиреного молока. Ця суміш витримується при 30 °C у водяній бані протягом 10 хвилин. Щоб побачити процес згортання молока, використовується джерело світла. Він пропускається стільки секунд, скільки необхідно для згортання частки молока розміром з головку шпильки. Адекватний період для точності – між однією та двома хвилинами. Блок ензиму визначається як його кількість, яка необхідна для формування першого згорнутого фрагмента за одну хвилину при вибраних експериментальних умовах.
Протеази в якості противірусних агентів
В даний час існує ряд схвалених препаратів з протеолітичною активністю для застосування при лікуванні вірусних інфекцій. Більшість з них використовується головним чином для лікування інфекцій герпесвируса, вірусу імунодефіциту людини, респіраторно-синцитиальных інфекцій та вірусу грипу А. Це нуклеозидні аналоги, які діють шляхом інгібування синтезу вірусної ДНК.
Дослідження останнього десятиріччя показали, що протеази є абсолютною вимогою в життєвому циклі багатьох вірусів. Вплив відбувається або шляхом розщеплення високомолекулярних білків-попередників з отриманням функціональних продуктів, або шляхом каталізу структурних білків, необхідних для складання та морфогенезу вірусних частинок.
На сьогоднішній день затверджено чотири інгібітора протеази:
- “Саквінавір” (Invirase, Ro 31-8959).
- “Індинавір” (Crixivan, MK-639).
- “Ритонавір” (Норвір, АВТ-538).
- “Нелфінавір” (Вірасепт, AG1343).
Інші препарати
Пикорнавирусные протеази становлять одну з найбільших колекції, важливі з медичної точки зору людських патогенів. Ентеровіруси пов’язані з різними клінічними синдромами, включаючи захворювання верхніх дихальних шляхів, асептичний менінгіт, енцефаліт, міокардит, хвороби рук, ніг і рота. У цьому випадку допоможуть протеази. Відхаркувальні засоби, що володіють протеолітичною активністю:
- “Трипсин”.
- “Рибонуклеаза”.
- “Хімозин”
Ще одним потенційним антириновирусным препаратом є “Плеконарил”.
