Протеолитическая активность: определение, функции, значение для организма и классификация протеаз

Протеазы (протеиназы, пептидазы и протеолитические ферменты) играют очень важную роль в жизни человека. На сегодняшний день в человеческом организме определено более 500 этих ферментов, которые кодируются на 2 % всех генов. Протеолитическая активность наблюдается во всех формах жизни и вирусах.

Основная классификация

На основе каталитического остатка протеазы можно разделить на 7 обширных групп:

1. Сериновые - использование серинового спирта.
2. Цистеиновые - применение цистеина тиола.
3. Треониновые - оборот вторичного спирта треонина.
4. Аспарагиновые - с использованием аспартатной карбоновой кислоты.
5. Глутаминовые - с применением карбоновой кислоты глутамата.
6. Металлопротеазы - оборот металла, обычно цинка.
7. ЛиАЗы пептида аспарагина - используется аспарагин для того, чтобы выполнить реакцию исключения (не требуя воды).

Протеазы сначала были собраны в 84 семьи, согласно их протеолитической активности, и расклассифицированы под 4 каталитическими типами:

• серин;
• цистеин;
• аспарагиновые;
• металлические.

Значение

Общая протеолитическая активность играет важную роль во многих процессах организма. Это оплодотворение, пищеварение, рост, созревание, старение и даже смерть. Протеазы регулируют многие физиологические процессы путем контроля над активацией синтеза и ухудшением белковой пищи. Они играют важную роль в размножении и распространении вирусов, бактерий и паразитов, поэтому отвечают за эффективную передачу заболеваний, вызванных патогенными веществами. Эти ферменты дают возможность опухолевым клеткам делиться, заполнять межклеточное пространство и кровеносные сосуды легких, а также распространяться в других тканях организма.

Биологические функции

Протеолитическая активность обладает следующими функциями:

• Посттрансляционная обработка. Включает в себя удаление метионина и/или преобразование неактивного или нефункционального протеина до активной единицы.
• Расщепление белков-предшественников. Это необходимо для того, чтобы протеаза активировалась только в правильном месте и контексте. Неправильная протеолитическая активность может быть очень разрушительной для организма.
• Деградация белка. Может происходить внутриклеточно или внеклеточно. Выполняет ряд функций: удаляет поврежденные и аномальные белки; предотвращает их накопление; служит для регулирования клеточных процессов путем удаления ферментов.
• Пищеварение. Протеины, полученные из пищи, расщепляются на цепи пептида, благодаря пепсину, трипсину, химотрипсину и эластазу. Для предотвращения неуместной или преждевременной активации пищеварительных энзимов (это может вызвать панкреатит) они выступают как неактивный зимоген.

Ферменты

Протеолитические ферменты присутствуют в бактериях, вирусах, некоторых типах водорослей и растений. Но больше всего их в животных. Существуют различные типы протеолитической активности ферментов. Они классифицируются в соответствии с участками, в которых катализируется расщепление белков. Двумя основными группами являются эгзопептиды и эндопептидазы. Внутри организма материалы протеина первоначально атакованы пепсином. Когда белок передается в тонкую кишку, он частично переварен желудком. Здесь он подвергается воздействию протеолитических энзимов, выделяемых поджелудочной железой. Затем панкреатические ферменты активизируются в кишечнике, превращая белки в аминокислоты, которые легко всасываются его стенками. Таким образом, поджелудочная железа защищена от самопереваривания.

Бактерии

Микробные протеазы одна из важных групп в составе промышленно-коммерческого производства энзимов. Были проведены исследования для определения протеолитической активности бактерий с целью выяснить их роли внутри патогенеза инфекционных заболеваний. Основное внимание уделялось обследованию молочнокислых бактерий из различных йогуртов и ферментированного молока. Они широко распространены в природе. Это лактобактерии, лактококки, бифидобактерии, стрептококки, энтерококки и споролактобактерии. Они разделяются по видам, подвидам, вариантам и штаммам.

Протеолитическая активность - очень важная характеристика молочнокислых бактерий. Протеазы бактерий - это ферменты, которые катализируют гидролизпептидные связи в белках и полипептидах. Они играют значительную роль в промышленных биотехнологиях и фармацевтике. Исследования показали, что протеолитической активностью обладают 13 штаммов. Пять из них, а именно L1, L2, L6, L7, L9, показали самую высокую деятельность.

Пептины

Протеолитическая активность пепсина измеряется под влиянием магнитного поля на организм. Молекулярная структура пепсина характеризуется D-пространственной симметрией. Неактивный пепсиноген проэнзима синтезируется внутри клеток слизистой оболочки желудка. Также он присутствует в различных биологических жидкостях (кровь, моча, семенная и спинномозговая жидкость). Пепсиноген характеризуется автокаталитической активацией. Его секреция стимулируется блуждающим нервом, симпатическими волокнами, гастрином, гистамином, секретином и холецистокинином. Гастрин действует как стимулятор теменных клеток. Этот полипептид существует в 2 формах, содержащих 34 и 17 аминокислот. Измерения протеолитической активности пепсина в отношении к стандартному гемоглобину выявили аналогичные изменения в пищеварительной активности фермента.

Протеолиз и болезни

Аномальная протеолитическая активность связана со многими заболеваниями. При панкреатите утечка протеаз и их преждевременная активация в поджелудочной железе приводит к самовоспламенению поджелудочной железы. Люди с сахарным диабетом могут иметь повышенную активность лизосом, деградация некоторых белков может существенно увеличиться. Хронические воспалительные заболевания (ревматоидный артрит) могут привести к высвобождению лизосомальных ферментов в межклеточное пространство. Это разрушает окружающие ткани. Дисбаланс между протеазами и антипротеазами может привести к разрушению ткани легких при эмфиземе, вызванной курением табака.

Другие заболевания включают мышечную дистрофию, дегенерацию кожи, дыхательные и желудочно-кишечные заболевания, злокачественные опухоли.

Неферментативный протеолиз

Основа белка очень стабильна в воде при нейтральном РН и комнатной температуре, хотя скорость гидролиза разных пептидных связей может различаться. Полупериод распада скрепления пептида колеблется от 7 до 350 лет.

Сильные минеральные кислоты могут легко гидролизировать пептидные связи в белке. Стандартный путь гидролиза протеина - нагреть его до 105 °C или продержать 24 часа в хлористо-водородной кислоте.

Методика определения

Существует несколько методов определения протеолитической активности. Например, гидролиз казеина, гемоглобина или азоказеина. Первый метод не дорог, но казеин трудно растворяется. Метод гидролиза гемоглобина дороже. При его использовании субстрат необходимо денатурировать. Третий метод избегает этого, но он также недешевый. Самый быстрый, не дорогой метод - это использование молочного субстрата. Он включает меньше оборудования и может быть использован в обучающих курсах. Все что требуется - это обезжиренное молоко и водяная баня.

Экспериментальная процедура

Два миллилитра буферного раствора (ацетат натрия с РН 5.0, содержащий CaC_I2) добавляется в 3 миллилитра обезжиренного молока. Эта смесь выдерживается при 30 °C в водяной бане в течение 10 минут. Чтобы увидеть процесс свертывания молока, используется источник света. Он пропускается столько секунд, сколько необходимо для свертывания частицы молока размером с головку булавки. Адекватный период для точности - между одной и двумя минутами. Блок энзима определяется как его количество, которое необходимо для формирования первого свернувшегося фрагмента за одну минуту при выбранных экспериментальных условиях.

Протеазы в качестве противовирусных агентов

В настоящее время существует ряд одобренных препаратов с протеолитической активностью для применения при лечении вирусных инфекций. Большинство из них используется главным образом для лечения инфекций герпесвируса, вируса иммунодефицита человека, респираторно-синцитиальных инфекций и вируса гриппа А. Это нуклеозидные аналоги, которые действуют путем ингибирования синтеза вирусной ДНК.

Исследования последнего десятилетия показали, что протеазы являются абсолютным требованием в жизненном цикле многих вирусов. Влияние происходит либо путем расщепления высокомолекулярных белков-предшественников с получением функциональных продуктов, либо путем катализа структурных белков, необходимых для сборки и морфогенеза вирусных частиц.

На сегодняшний день утверждены четыре ингибитора протеазы:

• "Саквинавир" (Invirase, Ro 31-8959).
• "Индинавир" (Crixivan, MK-639).
• "Ритонавир" (Норвир, АВТ-538).
• "Нелфинавир" (Вирасепт, AG1343).

Другие препараты

Пикорнавирусные протеазы составляют одно из крупнейших семейств, важных с медицинской точки зрения человеческих патогенов. Энтеровирусы связаны с различными клиническими синдромами, включая заболевания верхних дыхательных путей, асептический менингит, энцефалит, миокардит, болезни рук, ног и рта. В этом случае помогут протеазы. Отхаркивающие средства, обладающие протеолитической активностью:

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

Еще одним потенциальным антириновирусным препаратом является "Плеконарил".