Proteaser (proteinaser, peptidaser och proteolytiska enzymer) spelar en mycket viktig roll i människors liv. Hittills har mer än 500 av dessa enzymer identifierats i människokroppen, som kodas av 2% av alla gener. Proteolytisk aktivitet observeras i alla livsformer och virus.
Huvudklassificering
Baserat på den katalytiska resten kan proteaser delas in i 7 breda grupper:
- Serine – användning av serinalkohol.
- Cysteine – användningen av cystein tiol.
- Threonine - omsättning av sekundär alkoholtreonin.
- Aspartic - med aspartatkarboxylsyra.
- Glutamic - använder karboxylsyran glutamat.
- Metalloproteas - metallomsättning, vanligtvis zink.
- Asparginpeptidlyaser - Asparagin används för att utföra en uteslutningsreaktion (kräver inte vatten).
Proteaser grupperades först i 84 familjer enligt deras proteolytiska aktivitet, ochklassificeras under 4 katalytiska typer:
- serine;
- cystein;
- aspartic;
- metal.
Meaning
Total proteolytisk aktivitet spelar en viktig roll i många kroppsprocesser. Dessa är befruktning, matsmältning, tillväxt, mognad, åldrande och till och med död. Proteaser reglerar många fysiologiska processer genom att kontrollera aktiveringen av syntes och försämringen av proteinmat. De spelar en viktig roll i reproduktion och spridning av virus, bakterier och parasiter och är därför ansvariga för effektiv överföring av sjukdomar orsakade av patogena ämnen. Dessa enzymer tillåter tumörceller att dela sig, fylla det intercellulära utrymmet och blodkärlen i lungorna och sprida sig till andra vävnader i kroppen.
Biologiska funktioner
Proteolytisk aktivitet har följande funktioner:
- Bearbetning efter översättning. Inkluderar avlägsnande av metionin och/eller omvandling av ett inaktivt eller icke-funktionellt protein till en aktiv enhet.
- Klyvning av prekursorproteiner. Detta är nödvändigt för att säkerställa att proteaset endast aktiveras på rätt plats och i rätt sammanhang. Felaktig proteolytisk aktivitet kan vara mycket skadlig för kroppen.
- Proteinnedbrytning. Kan förekomma intracellulärt eller extracellulärt. Utför ett antal funktioner: tar bort skadade och onormala proteiner; förhindrar deras ackumulering; tjänar till att reglera cellulära processer genom att ta bortenzymer.
- Matsmältning. Proteiner som erhålls från mat bryts ner till peptidkedjor av pepsin, trypsin, kymotrypsin och elastas. För att förhindra olämplig eller för tidig aktivering av matsmältningsenzymer (som kan orsaka pankreatit), fungerar de som en inaktiv zymogen.
Enzymer
Proteolytiska enzymer finns i bakterier, virus, vissa typer av alger och växter. Men de flesta av dem är i djur. Det finns olika typer av proteolytisk aktivitet hos enzymer. De klassificeras enligt de platser där nedbrytningen av proteiner katalyseras. De två huvudgrupperna är exopeptider och endopeptidaser. Inuti kroppen attackeras proteinmaterial initi alt av pepsin. När proteinet passerar in i tunntarmen, smälts det delvis av magsäcken. Här exponeras den för proteolytiska enzymer som utsöndras av bukspottkörteln. Sedan aktiveras bukspottkörtelenzymer i tarmen och omvandlar proteiner till aminosyror som lätt absorberas av dess väggar. På så sätt skyddas bukspottkörteln från självsmältning.
Bakterier
Mikrobiella proteaser är en av de viktiga grupperna i industriell-kommersiell produktion av enzymer. Studier har genomförts för att bestämma bakteriers proteolytiska aktivitet för att belysa deras roller inom patogenesen av infektionssjukdomar. Fokus låg på undersökning av mjölksyrabakterier från olika yoghurtar och fermenterad mjölk. De är spridda i naturen. Dessa är laktobaciller, laktokocker, bifidobakterier, streptokocker, enterokocker och sporolaktobaciller. De är indelade i arter, underarter, varianter och stammar.
Proteolytisk aktivitet är en mycket viktig egenskap hos mjölksyrabakterier. Bakterieproteaser är enzymer som katalyserar hydrolyspeptidbindningar i proteiner och polypeptider. De spelar en betydande roll inom industriell bioteknik och läkemedel. Studier har visat att 13 stammar har proteolytisk aktivitet. Fem av dem, nämligen L1, L2, L6, L7, L9 visade högst aktivitet.
Peptiner
Proteolytisk aktivitet hos pepsin mäts under påverkan av ett magnetfält på kroppen. Den molekylära strukturen av pepsin kännetecknas av D-spatial symmetri. Det inaktiva proenzymet pepsinogen syntetiseras i cellerna i magslemhinnan. Det finns också i olika biologiska vätskor (blod, urin, sädesvätska och cerebrospinalvätska). Pepsinogen kännetecknas av autokatalytisk aktivering. Dess utsöndring stimuleras av vagusnerven, sympatiska fibrer, gastrin, histamin, sekretin och kolecystokinin. Gastrin fungerar som en parietalcellstimulator. Denna polypeptid finns i 2 former innehållande 34 och 17 aminosyror. Mätningar av pepsins proteolytiska aktivitet i förhållande till standardhemoglobin visade liknande förändringar i enzymets matsmältningsaktivitet.
Proteolys och sjukdom
Anomalous proteolyticaktivitet är förknippad med många sjukdomar. Vid pankreatit leder läckage av proteaser och deras förtida aktivering i pankreas till självantändning av pankreas. Personer med diabetes kan ha ökad lysosomaktivitet och nedbrytningen av vissa proteiner kan vara avsevärt ökad. Kroniska inflammatoriska sjukdomar (reumatoid artrit) kan leda till frisättning av lysosomala enzymer i det extracellulära utrymmet. Detta förstör de omgivande vävnaderna. En obalans mellan proteaser och antiproteaser kan leda till förstörelse av lungvävnad i emfysem orsakat av tobaksrökning.
Andra sjukdomar inkluderar muskeldystrofi, huddegeneration, andnings- och gastrointestinala sjukdomar, maligna tumörer.
Icke-enzymatisk proteolys
Proteinstommen är mycket stabil i vatten vid neutr alt pH och rumstemperatur, även om hydrolyshastigheten för olika peptidbindningar kan variera. Halveringstiden för peptidbindningsförfall sträcker sig från 7 till 350 år.
Starka mineralsyror kan lätt hydrolysera peptidbindningar i proteiner. Standardsättet att hydrolysera ett protein är att värma det till 105°C eller blötlägga det i s altsyra i 24 timmar.
Bestämningsmetod
Det finns flera metoder för att bestämma proteolytisk aktivitet. Till exempel hydrolys av kasein, hemoglobin eller azokasein. Den första metoden är inte dyr, men kasein är svårt att lösa upp. Hemoglobinhydrolysmetoden är dyrare. Vid användning måste substratet denatureras. Den tredje metoden undviker detta, men den är inte heller billig. Den snabbaste, inte dyra metoden är användningen av ett mjölksubstrat. Den innehåller mindre utrustning och kan användas i utbildningar. Allt som behövs är skummjölk och ett vattenbad.
Experimentell procedur
Två milliliter av en buffertlösning (natriumacetat pH 5,0 innehållande CaCI2) tillsätts till 3 milliliter skummjölk. Denna blandning hålls vid 30 °C i ett vattenbad i 10 minuter. För att se mjölkkoaguleringsprocessen används en ljuskälla. Det hoppar över så många sekunder som det tar att koagulera en mjölkbit lika stor som ett knappnålshuvud. En tillräcklig tid för noggrannhet är mellan en och två minuter. Enzymblockering definieras som den mängd som krävs för att bilda det första koagulerade fragmentet på en minut under de valda experimentella förhållandena.
Proteaser som antivirala medel
För närvarande finns det ett antal godkända läkemedel med proteolytisk aktivitet för användning vid behandling av virusinfektioner. De flesta används främst för att behandla herpesvirus, humant immunbristvirus, luftvägssyncytialinfektioner och influensa A-virusinfektioner. Dessa är nukleosidanaloger som verkar genom att hämma viral DNA-syntes.
Forskning under det senaste decenniet har visat att proteaser är ett absolut krav i många viruss livscykel. Inflytande förekommer hellergenom klyvning av högmolekylära prekursorproteiner för att erhålla funktionella produkter, eller genom katalys av strukturella proteiner som är nödvändiga för sammansättning och morfogenes av virala partiklar.
Hintills har fyra proteashämmare godkänts:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Andra droger
Picornavirusproteaser utgör en av de största familjerna av medicinskt viktiga mänskliga patogener. Enterovirus är associerade med olika kliniska syndrom, inklusive sjukdomar i övre luftvägarna, aseptisk meningit, encefalit, myokardit, hand-, fot- och munsjukdomar. I det här fallet kommer proteaser att hjälpa. Expektoranter med proteolytisk aktivitet:
- "Trypsin".
- "Ribonuclease".
- "Chimozin"
Ett annat potentiellt antirhinovirusläkemedel är Pleconaril.
