Proteaze (proteinaze, peptidaze i proteolitički enzimi) igraju veoma važnu ulogu u ljudskom životu. Do danas je u ljudskom tijelu identificirano više od 500 ovih enzima, koji su kodirani sa 2% svih gena. Proteolitička aktivnost je uočena u svim oblicima života i virusima.
Glavna klasifikacija
Na osnovu katalitičkog ostatka, proteaze se mogu podijeliti u 7 širokih grupa:
- Serin - upotreba serinskog alkohola.
- Cystein - upotreba cistein tiola.
- Treonin - promet sekundarnog alkohola treonina.
- Asparagin - koristeći aspartat karboksilnu kiselinu.
- Glutamin - koristeći glutamat karboksilne kiseline.
- Metaloproteaza - promet metala, obično cink.
- Asparagin peptidne liaze - Asparagin se koristi za izvođenje reakcije isključenja (ne zahtijeva vodu).
Proteaze su prvo grupisane u 84 porodice prema njihovoj proteolitičkoj aktivnosti, iklasifikovano u 4 katalitičke vrste:
- serine;
- cistein;
- aspartic;
- metal.
Značenje
Ukupna proteolitička aktivnost igra važnu ulogu u mnogim tjelesnim procesima. To su oplodnja, probava, rast, sazrijevanje, starenje, pa čak i smrt. Proteaze reguliraju mnoge fiziološke procese kontrolirajući aktivaciju sinteze i kvarenje proteinske hrane. Oni igraju važnu ulogu u razmnožavanju i širenju virusa, bakterija i parazita i stoga su odgovorni za efikasan prijenos bolesti uzrokovanih patogenim tvarima. Ovi enzimi omogućavaju tumorskim ćelijama da se podijele, popune međućelijski prostor i krvne žile pluća i šire se na druga tkiva u tijelu.
Biološke funkcije
Proteolitička aktivnost ima sljedeće funkcije:
- Post-translacijska obrada. Uključuje uklanjanje metionina i/ili pretvaranje neaktivnog ili nefunkcionalnog proteina u aktivnu jedinicu.
- Cijepanje proteina prekursora. Ovo je neophodno kako bi se osiguralo da se proteaza aktivira samo na ispravnoj lokaciji i kontekstu. Nepravilna proteolitička aktivnost može biti veoma štetna za organizam.
- Degradacija proteina. Može se pojaviti intracelularno ili ekstracelularno. Obavlja niz funkcija: uklanja oštećene i abnormalne proteine; sprečava njihovo nakupljanje; služi za regulaciju ćelijskih procesa uklanjanjemenzimi.
- Probava. Proteini dobijeni hranom razgrađuju se u peptidne lance pomoću pepsina, tripsina, himotripsina i elastaze. Kako bi spriječili neodgovarajuću ili preranu aktivaciju probavnih enzima (što može uzrokovati pankreatitis), oni djeluju kao neaktivni zimogen.
Enzimi
Proteolitički enzimi se nalaze u bakterijama, virusima, nekim vrstama algi i biljaka. Ali većina ih je kod životinja. Postoje različite vrste proteolitičke aktivnosti enzima. Klasificirani su prema mjestima na kojima se katalizira razgradnja proteina. Dvije glavne grupe su egzopeptidi i endopeptidaze. Unutar tijela, proteinski materijali su u početku napadnuti pepsinom. Kada se protein prenese u tanko crijevo, djelimično se probavlja u želucu. Ovdje je izložen proteolitičkim enzimima koje luči gušterača. Tada se enzimi pankreasa aktiviraju u crijevu, pretvarajući proteine u aminokiseline koje se lako apsorbiraju u crijevima. Tako je gušterača zaštićena od samoprobavljanja.
Bakterije
Mikrobne proteaze su jedna od važnih grupa u industrijsko-komercijalnoj proizvodnji enzima. Provedene su studije kako bi se utvrdila proteolitička aktivnost bakterija kako bi se razjasnila njihova uloga u patogenezi zaraznih bolesti. Fokus je bio na ispitivanju bakterija mliječne kiseline iz raznih jogurta i fermentiranih mlijeka. U prirodi su široko rasprostranjene. To su laktobacili, laktokoki, bifidobakterije, streptokoki, enterokoki i sporolaktobacili. Podijeljeni su na vrste, podvrste, varijante i sojeve.
Proteolitička aktivnost je vrlo važna karakteristika bakterija mliječne kiseline. Bakterijske proteaze su enzimi koji katalizuju hidrolizu peptidnih veza u proteinima i polipeptidima. Oni igraju značajnu ulogu u industrijskoj biotehnologiji i farmaciji. Istraživanja su pokazala da 13 sojeva ima proteolitičku aktivnost. Njih pet, odnosno L1, L2, L6, L7, L9 je pokazalo najveću aktivnost.
Peptini
Proteolitička aktivnost pepsina se meri pod uticajem magnetnog polja na telo. Molekularnu strukturu pepsina karakterizira D-prostorna simetrija. Neaktivni proenzim pepsinogen se sintetiše u ćelijama želučane sluznice. Prisutan je i u raznim biološkim tečnostima (krv, urin, sjemena i cerebrospinalna tekućina). Pepsinogen je karakteriziran autokatalitičkom aktivacijom. Njegovo lučenje stimulišu vagusni nerv, simpatička vlakna, gastrin, histamin, sekretin i holecistokinin. Gastrin djeluje kao stimulator parijetalnih stanica. Ovaj polipeptid postoji u 2 oblika koji sadrže 34 i 17 aminokiselina. Mjerenja proteolitičke aktivnosti pepsina u odnosu na standardni hemoglobin otkrila su slične promjene u digestivnoj aktivnosti enzima.
Proteoliza i bolest
Anomalni proteolitikaktivnost je povezana sa mnogim bolestima. Kod pankreatitisa, curenje proteaza i njihova prerana aktivacija u pankreasu dovodi do samozapaljenja pankreasa. Osobe s dijabetesom mogu imati povećanu aktivnost lizosoma i razgradnja određenih proteina može biti značajno povećana. Kronične upalne bolesti (reumatoidni artritis) mogu dovesti do oslobađanja lizosomskih enzima u ekstracelularni prostor. Time se uništavaju okolna tkiva. Neravnoteža između proteaza i antiproteaza može dovesti do uništenja plućnog tkiva kod emfizema uzrokovanog pušenjem duhana.
Ostale bolesti uključuju mišićnu distrofiju, degeneraciju kože, respiratorne i gastrointestinalne bolesti, maligne tumore.
Neenzimska proteoliza
Proteinska kičma je vrlo stabilna u vodi na neutralnom pH i sobnoj temperaturi, iako brzina hidrolize različitih peptidnih veza može varirati. Poluživot raspada peptidne veze kreće se od 7 do 350 godina.
Jake mineralne kiseline mogu lako hidrolizirati peptidne veze u proteinima. Standardni način hidrolize proteina je da se zagreje na 105°C ili da se potopi u hlorovodoničnu kiselinu 24 sata.
Metoda određivanja
Postoji nekoliko metoda za određivanje proteolitičke aktivnosti. Na primjer, hidroliza kazeina, hemoglobina ili azokazeina. Prva metoda nije skupa, ali kazein se teško rastvara. Metoda hidrolize hemoglobina je skuplja. Kada se koristi, supstrat mora biti denaturiran. Treća metoda izbjegava ovo, ali nije ni jeftina. Najbrža, a ne skupa metoda je upotreba mliječnog supstrata. Sadrži manje opreme i može se koristiti na kursevima obuke. Sve što je potrebno je obrano mlijeko i vodeno kupatilo.
Eksperimentalni postupak
Dva mililitra puferske otopine (natrijum acetat pH 5,0 koji sadrži CaCI2) se dodaju u 3 mililitara obranog mlijeka. Ova smjesa se drži na 30 °C u vodenom kupatilu 10 minuta. Da biste vidjeli proces koagulacije mlijeka, koristi se izvor svjetlosti. Preskače onoliko sekundi koliko je potrebno da se zgruša komad mlijeka veličine glave igle. Adekvatan period za preciznost je između jedne i dvije minute. Enzimski blok je definiran kao količina potrebna da se formira prvi koagulirani fragment u jednoj minuti pod odabranim eksperimentalnim uvjetima.
Proteaze kao antivirusni agensi
Trenutno postoji niz odobrenih lijekova s proteolitičkim djelovanjem za upotrebu u liječenju virusnih infekcija. Većina se prvenstveno koristi za liječenje herpesvirusa, virusa ljudske imunodeficijencije, respiratornih sincicijalnih infekcija i infekcija virusom gripe A. To su analozi nukleozida koji djeluju tako što inhibiraju sintezu virusne DNK.
Istraživanja u protekloj deceniji su pokazala da su proteaze apsolutni uslov u životnom ciklusu mnogih virusa. Dolazi i do uticajacijepanjem proteina prekursora visoke molekularne težine kako bi se dobili funkcionalni proizvodi, ili katalizom strukturnih proteina neophodnih za sklapanje i morfogenezu virusnih čestica.
Do danas su odobrena četiri inhibitora proteaze:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Druge droge
Picornavirus proteaze čine jednu od najvećih porodica medicinski važnih ljudskih patogena. Enterovirusi su povezani s različitim kliničkim sindromima, uključujući bolesti gornjih dišnih puteva, aseptični meningitis, encefalitis, miokarditis, bolesti ruku, stopala i usta. U ovom slučaju će pomoći proteaze. Ekspektoransi sa proteolitičkim djelovanjem:
- "Trypsin".
- "Ribonuclease".
- "Chimozin"
Još jedan potencijalni lijek protiv rinovirusa je Pleconaril.
