Proteolytická aktivita: definice, funkce, význam pro organismus a klasifikace proteáz

Proteázy (proteinázy, peptidázy a proteolytické enzymy) hrají v lidském životě velmi důležitou roli. K dnešnímu dni bylo v lidském těle definováno více než 500 těchto enzymů, které jsou kódovány na 2% všech genů. Proteolytická aktivita je pozorována ve všech formách života a virech.

Základní klasifikace

Na základě katalytického zbytku lze proteázu rozdělit do 7 rozsáhlých skupin:

1. Serin - použití serinového alkoholu.
2. Cystein - použití cysteinu thiolu.
3. Threonin-obrat sekundárního alkoholu threoninu.
4. Asparagin - s použitím aspartátové karboxylové kyseliny.
5. Glutamin - s aplikací karboxylové kyseliny glutamátu.
6. Metaloproteázy-obrat kovu, obvykle zinku.
7. Asparagin peptidové lyázy - asparagin se používá k provedení eliminační reakce (nevyžaduje vodu).

Proteázy byly nejprve shromážděny do 84 rodin podle jejich proteolytické aktivity a klasifikovány pod 4 katalytickými typy:

• serin;
• cystein;
• asparagin;
• kovové.

Hodnota

Celková proteolytická aktivita hraje důležitou roli v mnoha tělesných procesech. Jedná se o oplodnění, trávení, růst, zrání, stárnutí a dokonce i smrt. Proteázy regulují mnoho fyziologických procesů kontrolou aktivace syntézy a degradace proteinových potravin. Hrají důležitou roli při reprodukci a šíření virů, bakterií a parazitů, proto jsou odpovědné za účinný přenos nemocí způsobených patogenními látkami. Tyto enzymy umožňují nádorovým buňkám dělit se, vyplňovat mezibuněčný prostor a krevní cévy plic a šířit se do jiných tělesných tkání.

Biologické funkce

Proteolytická aktivita má následující funkce:

• Posttranslační zpracování. Zahrnuje odstranění methioninu a / nebo přeměnu neaktivního nebo nefunkčního proteinu na aktivní jednotku.
• Štěpení prekurzorových proteinů. To je nezbytné pro aktivaci proteázy pouze na správném místě a kontextu. Nesprávná proteolytická aktivita může být pro tělo velmi destruktivní.
• Degradace proteinů. Může se vyskytovat intracelulárně nebo extracelulárně. Má řadu funkcí: odstraňuje poškozené a abnormální proteiny; zabraňuje jejich hromadění; slouží k regulaci buněčných procesů odstraněním enzymů.
• Trávení. Proteiny odvozené z potravy se štěpí na peptidovém řetězci díky pepsinu, trypsinu, chymotrypsinu a elastáze. Aby se zabránilo nevhodné nebo předčasné aktivaci trávicích enzymů (může to způsobit pankreatitidu), působí jako neaktivní zymogen.

Enzym

Proteolytické enzymy jsou přítomny v bakteriích, virech, některých typech řas a rostlin. Ale nejvíce je ve zvířatech. Existují různé typy proteolytické enzymatické aktivity. Jsou klasifikovány podle míst, kde je katalyzováno štěpení proteinů. Dvě hlavní skupiny jsou egzopeptidy a endopeptidázy. Uvnitř těla jsou proteinové materiály původně napadeny pepsinem. Když se protein přenáší do tenkého střeva, je částečně tráven žaludkem. Zde je vystaven proteolytickým enzymům vylučovaným slinivkou břišní. Pankreatické enzymy se poté aktivují ve střevě a přeměňují proteiny na aminokyseliny, které jsou snadno absorbovány jeho stěnami. Pankreas je tedy chráněn před vlastní stravou.

Bakterie

Mikrobiální proteázy jsou jednou z důležitých skupin ve složení průmyslově-komerční produkce enzymů. Byly provedeny studie ke stanovení proteolytické aktivity bakterií s cílem objasnit jejich roli v patogenezi infekčních chorob. Důraz byl kladen na průzkum bakterií mléčného kvašení z různých jogurtů a fermentovaného mléka. Jsou široce distribuovány v přírodě. Jedná se o laktobacily, laktokoky, bifidobakterie, streptokoky, enterokoky a sporolaktobakterie. Jsou rozděleny podle druhů, poddruhů, variant a kmenů.

Proteolytická aktivita je velmi důležitou charakteristikou bakterií mléčného kvašení. Proteázy bakterií jsou enzymy, které katalyzují hydrolyzpeptidové vazby v proteinech a polypeptidech. Hrají významnou roli v průmyslových biotechnologiích a farmacii. Studie ukázaly, že proteolytická aktivita má 13 kmenů. Pět z nich, jmenovitě L1, L2, L6, L7, L9, vykazovalo nejvyšší aktivitu.

Peptiny

Proteolytická aktivita pepsinu se měří pod vlivem magnetického pole na tělo. Molekulární struktura pepsinu je charakterizována d-prostorovou symetrií. Neaktivní pepsinogen proenzymu je syntetizován uvnitř buněk žaludeční sliznice. Je také přítomen v různých biologických tekutinách (krev, moč, semeno a mozkomíšní mok). Pepsinogen je charakterizován autokatalytickou aktivací. Jeho sekrece je stimulována vagusovým nervem, sympatickými vlákny, gastrinem, histaminem, sekretinem a cholecystokininem. Gastrin působí jako stimulant parietálních buněk. Tento polypeptid existuje ve 2 formách obsahujících 34 a 17 aminokyselin. Měření proteolytické aktivity pepsinu ve vztahu ke standardnímu hemoglobinu odhalila podobné změny v trávicí aktivitě enzymu.

Proteolýza a nemoci

Abnormální proteolytická aktivita je spojena s mnoha nemocemi. U pankreatitidy vede únik proteáz a jejich předčasná aktivace v pankreatu k samovznícení pankreatu. Lidé s diabetes mellitus mohou mít zvýšenou aktivitu lysozomů, degradace některých proteinů se může podstatně zvýšit. Chronický zánětlivá onemocnění (revmatoidní artritida) může vést k uvolnění lysozomálních enzymů do mezibuněčného prostoru. To ničí okolní tkáně. Nerovnováha mezi proteázami a antiproteázami může vést k destrukci plicní tkáně u emfyzému způsobeného kouřením tabáku.

Mezi další nemoci patří svalová dystrofie, degenerace kůže, respirační a gastrointestinální onemocnění, maligní nádory.

Neenzymatická proteolýza

Proteinová báze je velmi stabilní ve vodě při neutrálním pH a teplotě místnosti, i když rychlost hydrolýzy různých peptidových vazeb se může lišit. Poločas rozpadu vazby peptidu se pohybuje od 7 do 350 let.

Silné minerální kyseliny mohou snadno hydrolyzovat peptidové vazby v proteinu. Standardní cestou hydrolýzy bílkovin je zahřát na 105 °C nebo vydržet 24 hodin v kyselině chlorovodíkové.

Metodika definice

Existuje několik metod stanovení proteolytické aktivity. Například hydrolýza kaseinu, hemoglobinu nebo azocaseinu. První metoda není drahá, ale kasein je obtížné rozpustit. Metoda hydrolýzy hemoglobinu je dražší. Při jeho použití musí být substrát denaturován. Třetí metoda se tomu vyhýbá, ale také není levná. Nejrychlejší, ne nákladnou metodou je použití mléčného substrátu. Zahrnuje méně vybavení a lze jej použít v učebních osnovách. Stačí odstředěné mléko a vodní lázeň.

Experimentální postup

Dva mililitry pufrovacího roztoku (octan sodný s pH 5.0 obsahující CaC_I2) přidá se do 3 mililitrů odstředěného mléka. Tato směs zraje při 30 °C ve vodní lázni po dobu 10 minut. Vidět proces skládání mléko, používá světelný zdroj. Přeskočí tolik sekund, kolik je potřeba ke srážení částice mléka o velikosti hlavy špendlíku. Přiměřená doba pro přesnost - mezi jednou a dvěma minutami. Enzymový blok je definován jako jeho množství, které je nezbytné k vytvoření prvního stočeného fragmentu za jednu minutu za vybraných experimentálních podmínek.

Proteázy jako antivirová činidla

V současné době existuje řada schválených léků s proteolytickou aktivitou pro použití při léčbě virových infekcí. Většina se používá hlavně k léčbě infekcí herpesvirem, viru lidské imunodeficience, infekcí dýchacích cest a viru chřipky a. Jedná se o nukleosidové analogy, které působí inhibicí syntézy virové DNA.

Studie z posledního desetiletí ukázaly, že proteázy jsou absolutním požadavkem v životním cyklu mnoha virů. Vliv nastává buď štěpením prekurzorových proteinů s vysokou molekulovou hmotností za vzniku funkčních produktů nebo katalýzou strukturních proteinů, nezbytné pro sestavení a morfogeneze virových částic.

Dosud byly schváleny čtyři inhibitory proteázy:

• "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
• "Indinavir" (Crixivan, MK-639).
• "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
• "Nelfinavir" (Virasept, AG1343) .

Jiné léky

Pikornavirové proteázy tvoří jednu z největších rodin lékařsky důležitých lidských patogenů. Enteroviry jsou spojeny s různými klinickými syndromy, včetně nemocí horních dýchacích cest, aseptická meningitida, encefalitida, myokarditida, onemocnění rukou, nohou a úst. V tomto případě pomohou proteázy. Expektoranty s proteolytickou aktivitou:

• "Trypsin".
• "Ribonukleáza".
• "Chymosin"

Dalším potenciálním antirinovirovým lékem je "Pleconaril".