Proteaaseilla (proteinaasit, peptidaasit ja proteolyyttiset entsyymit) on erittäin tärkeä rooli ihmisen elämässä. Tähän mennessä ihmiskehossa on tunnistettu yli 500 näistä entsyymeistä, joita koodaa 2 % kaikista geeneistä. Proteolyyttistä aktiivisuutta havaitaan kaikissa elämänmuodoissa ja viruksissa.
Pääluokitus
Katalyyttisen jäännöksen perusteella proteaasit voidaan jakaa 7 laajaan ryhmään:
- Seriini - seriinialkoholin käyttö.
- Kysteiini - kysteiinitiolin käyttö.
- Treoniini - sekundäärisen alkoholin treoniinin liikevaihto.
- Asparagiini - käyttäen aspartaattikarboksyylihappoa.
- Glutamiini - käyttämällä karboksyylihappoglutamaattia.
- Metalloproteaasi - metallin kiertokulku, yleensä sinkki.
- Asparagiinipeptidilyaasit - Asparagiinia käytetään poissulkemisreaktion suorittamiseen (ei vaadi vettä).
Proteaasit ryhmiteltiin ensin 84 perheeseen niiden proteolyyttisen aktiivisuuden mukaan, jaluokitellaan 4 katalyyttityyppiin:
- seriini;
- kysteiini;
- aspartic;
- metalli.
Merkitys
Proteolyyttisellä kokonaisaktiivisuudella on tärkeä rooli monissa kehon prosesseissa. Näitä ovat hedelmöitys, ruoansulatus, kasvu, kypsyminen, ikääntyminen ja jopa kuolema. Proteaasit säätelevät monia fysiologisia prosesseja säätelemällä synteesin aktivoitumista ja proteiiniruoan pilaantumista. Niillä on tärkeä rooli virusten, bakteerien ja loisten lisääntymisessä ja leviämisessä, ja siksi ne ovat vastuussa patogeenisten aineiden aiheuttamien sairauksien tehokkaasta leviämisestä. Näiden entsyymien avulla kasvainsolut voivat jakautua, täyttää solujen välisen tilan ja keuhkojen verisuonet ja levitä muihin kehon kudoksiin.
Biologiset toiminnot
Proteolyyttisellä aktiivisuudella on seuraavat toiminnot:
- Käännöksen jälkeinen käsittely. Sisältää metioniinin poistamisen ja/tai inaktiivisen tai ei-toiminnallisen proteiinin muuttamisen aktiiviseksi yksiköksi.
- Prekursoriproteiinien pilkkominen. Tämä on välttämätöntä sen varmistamiseksi, että proteaasi aktivoituu vain oikeassa paikassa ja kontekstissa. Väärä proteolyyttinen aktiivisuus voi olla erittäin vahingollista keholle.
- Proteiinin hajoaminen. Saattaa esiintyä solunsisäisesti tai ekstrasellulaarisesti. Suorittaa useita toimintoja: poistaa vaurioituneet ja epänormaalit proteiinit; estää niiden kerääntymisen; toimii säätelemään soluprosesseja poistamallaentsyymit.
- Ruoansulatus. Ruoasta saatavat proteiinit pilkkoutuvat peptidiketjuiksi pepsiinin, trypsiinin, kymotrypsiinin ja elastaasin vaikutuksesta. Ruoansulatusentsyymien sopimattoman tai ennenaikaisen aktivoitumisen (joka voi aiheuttaa haimatulehdusta) estämiseksi ne toimivat inaktiivisena tsymogeeninä.
Entsyymit
Proteolyyttisiä entsyymejä löytyy bakteereista, viruksista, tietyntyyppisistä levistä ja kasveista. Mutta suurin osa niistä on eläimissä. Entsyymien proteolyyttistä aktiivisuutta on erilaisia. Ne luokitellaan sen mukaan, missä paikoissa proteiinien hajoaminen katalysoituu. Kaksi pääryhmää ovat eksopeptidit ja endopeptidaasit. Pepsiini hyökkää kehossa proteiinimateriaalien kimppuun. Kun proteiini kulkeutuu ohutsuoleen, vatsa pilkkoo sen osittain. Täällä se altistuu haiman erittämille proteolyyttisille entsyymeille. Sitten haiman entsyymit aktivoituvat suolistossa ja muuttavat proteiinit aminohapoiksi, jotka imeytyvät helposti sen seinämiin. Siten haima on suojattu om alta ruoansulatukselta.
Bakteerit
Mikrobiproteaasit ovat yksi tärkeimmistä ryhmistä entsyymien teollisessa ja kaupallisessa tuotannossa. Bakteerien proteolyyttisen aktiivisuuden määrittämiseksi on tehty tutkimuksia niiden roolin selvittämiseksi infektiotautien patogeneesissä. Pääpaino oli maitohappobakteerien tutkimuksessa erilaisista jogurteista ja fermentoiduista maidoista. Ne ovat laajalle levinneitä luonnossa. Näitä ovat laktobasillit, laktokokit, bifidobakteerit, streptokokit, enterokokit ja sporolaktobasillit. Ne on jaettu lajeihin, alalajeihin, muunnelmiin ja kantoihin.
Proteolyyttinen aktiivisuus on erittäin tärkeä maitohappobakteerien ominaisuus. Bakteeriproteaasit ovat entsyymejä, jotka katalysoivat proteiinien ja polypeptidien hydrolyysipeptidisidoksia. Niillä on merkittävä rooli teollisessa bioteknologiassa ja lääketeollisuudessa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että 13 kannalla on proteolyyttistä aktiivisuutta. Viisi niistä, nimittäin L1, L2, L6, L7, L9, osoitti suurinta aktiivisuutta.
Peptiinit
Pepsiinin proteolyyttinen aktiivisuus mitataan kehossa olevan magneettikentän vaikutuksesta. Pepsiinin molekyylirakenteelle on tunnusomaista D-spatiaalinen symmetria. Inaktiivinen proentsyymi pepsinogeeni syntetisoituu mahalaukun limakalvon soluissa. Sitä on myös erilaisissa biologisissa nesteissä (veri, virtsa, siemenneste ja aivo-selkäydinneste). Pepsinogeenille on ominaista autokatalyyttinen aktivaatio. Sen eritystä stimuloivat vagushermo, sympaattiset kuidut, gastriini, histamiini, sekretiini ja kolekystokiniini. Gastriini toimii parietaalisolujen stimulaattorina. Tämä polypeptidi esiintyy kahdessa muodossa, jotka sisältävät 34 ja 17 aminohappoa. Pepsiinin proteolyyttisen aktiivisuuden mittaukset suhteessa normaaliin hemoglobiiniin paljastivat samanlaisia muutoksia entsyymin ruoansulatusaktiivisuudessa.
Proteolyysi ja sairaudet
Epänormaali proteolyyttinenaktiivisuus liittyy moniin sairauksiin. Haimatulehduksessa proteaasien vuoto ja niiden ennenaikainen aktivaatio haimassa johtaa haiman itsesyttymiseen. Diabetespotilailla voi olla lisääntynyt lysosomiaktiivisuus ja tiettyjen proteiinien hajoaminen voi lisääntyä huomattavasti. Krooniset tulehdussairaudet (nivelreuma) voivat johtaa lysosomaalisten entsyymien vapautumiseen solunulkoiseen tilaan. Tämä tuhoaa ympäröivät kudokset. Proteaasien ja antiproteaasien välinen epätasapaino voi johtaa keuhkokudoksen tuhoutumiseen tupakanpolton aiheuttamassa emfyseemassa.
Muita sairauksia ovat lihasdystrofia, ihon rappeuma, hengityselinten ja maha-suolikanavan sairaudet sekä pahanlaatuiset kasvaimet.
Ei-entsymaattinen proteolyysi
Proteiinirunko on erittäin stabiili vedessä neutraalissa pH:ssa ja huoneenlämpötilassa, vaikka eri peptidisidosten hydrolyysinopeus voi vaihdella. Peptidisidosten hajoamisen puoliintumisaika vaihtelee 7 - 350 vuoden välillä.
Vahvat mineraalihapot voivat helposti hydrolysoida proteiinien peptidisidoksia. Tavallinen tapa hydrolysoida proteiini on lämmittää se 105 °C:seen tai liottaa sitä kloorivetyhapossa 24 tuntia.
Määritysmenetelmä
Proteolyyttisen aktiivisuuden määrittämiseen on useita menetelmiä. Esimerkiksi kaseiinin, hemoglobiinin tai atsokeiinin hydrolyysi. Ensimmäinen menetelmä ei ole kallis, mutta kaseiinia on vaikea liuottaa. Hemoglobiinin hydrolyysimenetelmä on kalliimpi. Sitä käytettäessä substraatti on denaturoitava. Kolmas menetelmä välttää tämän, mutta se ei myöskään ole halpa. Nopein, ei kallis menetelmä on maitosubstraatin käyttö. Se sisältää vähemmän laitteita ja sitä voidaan käyttää koulutuskursseilla. Tarvitaan vain rasvaton maito ja vesihaude.
Kokeellinen menettely
Kaksi millilitraa puskuriliuosta (natriumasetaatti pH 5,0 sisältää CaCI2) lisätään 3 millilitraan rasvatonta maitoa. Tätä seosta pidetään 30 °C:ssa vesihauteessa 10 minuuttia. Maidon hyytymisprosessin näkemiseksi käytetään valonlähdettä. Se hyppää niin monta sekuntia kuin kuluu neulanpään kokoisen maitopalan hyytymiseen. Riittävä aika tarkkuudelle on yhdestä kahteen minuuttia. Entsyymiblokki määritellään määräksi, joka tarvitaan ensimmäisen koaguloituneen fragmentin muodostamiseen yhdessä minuutissa valituissa koeolosuhteissa.
Proteaasit viruslääkkeinä
Tällä hetkellä on olemassa useita hyväksyttyjä lääkkeitä, joilla on proteolyyttinen vaikutus käytettäväksi virusinfektioiden hoidossa. Useimpia niistä käytetään ensisijaisesti herpesviruksen, ihmisen immuunikatoviruksen, hengitysteiden synsyyttiinfektioiden ja influenssa A -virusinfektioiden hoitoon. Nämä ovat nukleosidianalogeja, jotka estävät viruksen DNA-synteesiä.
Viime vuosikymmenen tutkimus on osoittanut, että proteaasit ovat ehdoton vaatimus monien virusten elinkaaressa. Vaikutus tapahtuu jokopilkkomalla suuren molekyylipainon prekursoriproteiineja funktionaalisten tuotteiden saamiseksi tai katalysoimalla rakenteellisia proteiineja, jotka ovat välttämättömiä viruspartikkelien kokoamiseen ja morfogeneesiin.
Tähän mennessä neljä proteaasi-inhibiittoria on hyväksytty:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinaviiri" (Viracept, AG1343).
Muut lääkkeet
Picornavirusproteaasit ovat yksi suurimmista lääketieteellisesti tärkeiden ihmisen patogeenien perheistä. Enterovirukset liittyvät erilaisiin kliinisiin oireyhtymiin, mukaan lukien ylempien hengitysteiden sairaudet, aseptinen aivokalvontulehdus, enkefaliitti, sydänlihastulehdus, käsi-, suu- ja sorkkataudit. Tässä tapauksessa proteaasit auttavat. Proteolyyttistä aktiivisuutta sisältävät närästysaineet:
- "Trypsiini".
- "Ribonukleaasi".
- "Chimozin"
Toinen mahdollinen rinoviruslääke on Pleconaril.
