A proteázok (proteinázok, peptidázok és proteolitikus enzimek) nagyon fontos szerepet játszanak az emberi életben. A mai napig több mint 500 ilyen enzimet azonosítottak az emberi szervezetben, amelyeket az összes gén 2%-a kódol. Proteolitikus aktivitás minden életformában és vírusban megfigyelhető.
Fő besorolás
A katalitikus maradék alapján a proteázok 7 nagy csoportra oszthatók:
- Szerin – szerinalkohol használata.
- Cisztein – a cisztein-tiol használata.
- Treonin – a másodlagos alkohol treonin forgalma.
- Aszparaginsav – aszpartát-karbonsav felhasználásával.
- Glutamin – glutamát karbonsav felhasználásával.
- Metalloproteáz – fémforgalom, általában cink.
- Aszparagin peptid liázok – Az aszparagint kizárási reakció végrehajtására használják (nem igényel vizet).
A proteázokat először 84 családba csoportosították proteolitikus aktivitásuk szerint, és4 katalitikus típusba sorolt:
- serine;
- cisztein;
- aspartic;
- fém.
Jelentés
A teljes proteolitikus aktivitás fontos szerepet játszik számos testfolyamatban. Ezek a megtermékenyítés, az emésztés, a növekedés, az érés, az öregedés, sőt a halál. A proteázok számos élettani folyamatot szabályoznak azáltal, hogy szabályozzák a szintézis aktiválását és a fehérjetartalmú élelmiszerek romlását. Fontos szerepet játszanak a vírusok, baktériumok és paraziták szaporodásában és terjedésében, ezért felelősek a kórokozó anyagok által okozott betegségek hatékony átviteléért. Ezek az enzimek lehetővé teszik a daganatsejtek osztódását, kitöltik a tüdő intercelluláris terét és ereit, és átterjednek a test más szöveteibe.
Biológiai funkciók
A proteolitikus aktivitásnak a következő funkciói vannak:
- Fordítás utáni feldolgozás. Tartalmazza a metionin eltávolítását és/vagy egy inaktív vagy nem működő fehérje átalakítását aktív egységgé.
- Prekurzor fehérjék hasítása. Ez azért szükséges, hogy a proteáz csak a megfelelő helyen és környezetben aktiválódjon. A nem megfelelő proteolitikus aktivitás nagyon káros lehet a szervezetre.
- Fehérje lebomlás. Előfordulhat intracellulárisan vagy extracellulárisan. Számos funkciót lát el: eltávolítja a sérült és abnormális fehérjéket; megakadályozza felhalmozódásukat; eltávolításával a sejtfolyamatok szabályozására szolgálenzimek.
- Emésztés. Az élelmiszerből nyert fehérjéket a pepszin, tripszin, kimotripszin és elasztáz peptidláncokra bontja. Az emésztőenzimek nem megfelelő vagy idő előtti aktiválódásának megelőzése érdekében (ami hasnyálmirigy-gyulladást okozhat) inaktív zimogénként működnek.
Enzimek
A proteolitikus enzimek baktériumokban, vírusokban, bizonyos típusú algákban és növényekben találhatók. De legtöbbjük állatokban van. Az enzimek proteolitikus aktivitásának különféle típusai vannak. Osztályozásuk aszerint történik, hogy mely helyek katalizálják a fehérjék lebomlását. A két fő csoport az exopeptidek és az endopeptidázok. A szervezetben a fehérjeanyagokat kezdetben a pepszin támadja meg. Amikor a fehérje a vékonybélbe kerül, a gyomor részben megemészti. Itt a hasnyálmirigy által kiválasztott proteolitikus enzimeknek van kitéve. Ezután a hasnyálmirigy enzimei aktiválódnak a bélben, és a fehérjéket aminosavakká alakítják, amelyek könnyen felszívódnak a falaiban. Így a hasnyálmirigy védve van az önemésztéstől.
Baktériumok
A mikrobiális proteázok az enzimek ipari-kereskedelmi előállításának egyik fontos csoportját alkotják. Tanulmányokat végeztek a baktériumok proteolitikus aktivitásának meghatározására annak érdekében, hogy tisztázzák szerepüket a fertőző betegségek patogenezisében. A hangsúly a különböző joghurtokból és fermentált tejekből származó tejsavbaktériumok vizsgálatán volt. A természetben széles körben elterjedtek. Ezek a laktobacillusok, lactococcusok, bifidobaktériumok, streptococcusok, enterococcusok és sporolaktobacillusok. Fajkra, alfajokra, változatokra és törzsekre vannak felosztva.
A proteolitikus aktivitás a tejsavbaktériumok nagyon fontos jellemzője. A bakteriális proteázok olyan enzimek, amelyek katalizálják a fehérjékben és polipeptidekben lévő peptidkötéseket. Jelentős szerepet játszanak az ipari biotechnológiában és a gyógyszeriparban. A vizsgálatok kimutatták, hogy 13 törzs rendelkezik proteolitikus aktivitással. Közülük öt, nevezetesen L1, L2, L6, L7, L9 mutatta a legmagasabb aktivitást.
Peptinek
A pepszin proteolitikus aktivitását a testre ható mágneses tér hatására mérik. A pepszin molekulaszerkezetét a D-térbeli szimmetria jellemzi. Az inaktív pepszinogén proenzim a gyomornyálkahártya sejtjeiben szintetizálódik. Különféle biológiai folyadékokban (vér, vizelet, mag- és agy-gerincvelői folyadék) is megtalálható. A pepszinogént autokatalitikus aktiválás jellemzi. Kiválasztását a vagus ideg, a szimpatikus rostok, a gasztrin, a hisztamin, a szekretin és a kolecisztokinin serkentik. A gasztrin parietális sejtstimulátorként működik. Ez a polipeptid 2 formában létezik, amelyek 34 és 17 aminosavat tartalmaznak. A pepszin proteolitikus aktivitásának mérése a standard hemoglobinhoz viszonyítva hasonló változásokat mutatott ki az enzim emésztési aktivitásában.
Proteolízis és betegségek
Anomális proteolitikusaktivitása számos betegséggel jár. Hasnyálmirigy-gyulladásban a proteázok szivárgása és idő előtti aktiválódása a hasnyálmirigyben a hasnyálmirigy öngyulladásához vezet. A cukorbetegeknél megnövekedett a lizoszómaaktivitás, és bizonyos fehérjék lebomlása jelentősen megnövekedhet. A krónikus gyulladásos betegségek (rheumatoid arthritis) lizoszómális enzimek felszabadulásához vezethetnek az extracelluláris térbe. Ez elpusztítja a környező szöveteket. A proteázok és az antiproteázok közötti egyensúlyhiány a dohányzás okozta tüdőtágulatban a tüdőszövet pusztulásához vezethet.
Egyéb betegségek közé tartozik az izomdisztrófia, a bőr degenerációja, a légzőszervi és a gyomor-bélrendszeri betegségek, a rosszindulatú daganatok.
Nem enzimatikus proteolízis
A fehérjeváz nagyon stabil vízben semleges pH-n és szobahőmérsékleten, bár a különböző peptidkötések hidrolízisének sebessége változhat. A peptidkötés bomlásának felezési ideje 7-350 év.
Az erős ásványi savak könnyen hidrolizálhatják a fehérjék peptidkötéseit. A fehérje hidrolízisének szokásos módja az, hogy 105 °C-ra melegítjük, vagy 24 órán át sósavba áztatjuk.
Meghatározási módszer
Több módszer létezik a proteolitikus aktivitás meghatározására. Például kazein, hemoglobin vagy azokazein hidrolízise. Az első módszer nem drága, de a kazein nehezen oldódik. A hemoglobin hidrolízis módszere drágább. Használatakor az aljzatot denaturálni kell. A harmadik módszer ezt elkerüli, de nem is olcsó. A leggyorsabb, nem költséges módszer a tejszubsztrátum alkalmazása. Kevesebb felszerelést tartalmaz, és képzéseken is használható. Csak fölözött tej és vízfürdő kell hozzá.
Kísérleti eljárás
Két milliliter pufferoldatot (nátrium-acetát pH=5,0, amely CaCI2) adunk 3 ml fölözött tejhez. Ezt a keveréket 30 °C-on vízfürdőben tartjuk 10 percig. A tej alvadási folyamatának megtekintéséhez fényforrást használnak. Annyi másodpercet ugrál, amennyi egy gombostűfejnyi tejdarab megalvadásához szükséges. A pontosság megfelelő időtartama egy és két perc közötti. Az enzimblokk az a mennyiség, amely az első koagulált fragmens egy perc alatti kialakulásához szükséges a kiválasztott kísérleti körülmények között.
Proteázok, mint vírusellenes szerek
Jelenleg számos jóváhagyott, proteolitikus hatású gyógyszer létezik vírusfertőzések kezelésére. Legtöbbjüket elsősorban a herpeszvírus, a humán immundeficiencia vírus, a légúti syncytialis fertőzések és az influenza A vírusfertőzések kezelésére használják. Ezek olyan nukleozid analógok, amelyek a vírus DNS-szintézisének gátlásával hatnak.
Az elmúlt évtized kutatásai kimutatták, hogy a proteázok sok vírus életciklusában feltétlenül szükségesek. Befolyás is előfordulnagy molekulatömegű prekurzor fehérjék hasításával funkcionális termékek előállítására, vagy a vírusrészecskék összeállításához és morfogeneziséhez szükséges szerkezeti fehérjék katalízisével.
A mai napig négy proteázgátlót hagytak jóvá:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Egyéb gyógyszerek
A Picornavírus proteázok az orvosilag fontos emberi kórokozók egyik legnagyobb családját alkotják. Az enterovírusok különféle klinikai szindrómákkal járnak, beleértve a felső légúti betegségeket, aszeptikus agyhártyagyulladást, agyvelőgyulladást, szívizomgyulladást, kéz-, láb- és körömfájást. Ebben az esetben a proteázok segítenek. Proteolitikus aktivitású köptetők:
- "Tripszin".
- "Ribonuclease".
- "Chimozin"
Egy másik lehetséges antirhinovírus gyógyszer a Pleconaril.
