Proteaser (proteinaser, peptidaser og proteolytiske enzymer) spiller en meget vigtig rolle i menneskers liv. Til dato er mere end 500 af disse enzymer blevet identificeret i den menneskelige krop, som er kodet af 2% af alle gener. Proteolytisk aktivitet observeres i alle livsformer og vira.
Hovedklassifikation
Baseret på den katalytiske rest kan proteaser opdeles i 7 brede grupper:
- Serine - brug af serinalkohol.
- Cystein - brugen af cysteinthiol.
- Threonine - omsætning af sekundær alkohol threonin.
- Asparaginsyre - bruger aspartatcarboxylsyre.
- Glutamin - ved at bruge carboxylsyren glutamat.
- Metalloprotease - metalomsætning, norm alt zink.
- Asparginepeptidlyaser - Asparagin bruges til at udføre en udelukkelsesreaktion (kræver ikke vand).
Proteaser blev først grupperet i 84 familier i henhold til deres proteolytiske aktivitet, ogklassificeret under 4 katalytiske typer:
- serine;
- cystein;
- aspartic;
- metal.
Meaning
Total proteolytisk aktivitet spiller en vigtig rolle i mange kropsprocesser. Disse er befrugtning, fordøjelse, vækst, modning, aldring og endda død. Proteaser regulerer mange fysiologiske processer ved at kontrollere aktiveringen af syntese og forringelsen af proteinfødevarer. De spiller en vigtig rolle i reproduktion og spredning af vira, bakterier og parasitter og er derfor ansvarlige for effektiv overførsel af sygdomme forårsaget af patogene stoffer. Disse enzymer tillader tumorceller at dele sig, fylde det intercellulære rum og blodkar i lungerne og sprede sig til andre væv i kroppen.
Biologiske funktioner
Proteolytisk aktivitet har følgende funktioner:
- Post-translationel behandling. Inkluderer fjernelse af methionin og/eller omdannelse af et inaktivt eller ikke-funktionelt protein til en aktiv enhed.
- Sp altning af precursorproteiner. Dette er nødvendigt for at sikre, at proteasen kun aktiveres i den korrekte placering og kontekst. Ukorrekt proteolytisk aktivitet kan være meget skadelig for kroppen.
- Proteinnedbrydning. Kan forekomme intracellulært eller ekstracellulært. Udfører en række funktioner: fjerner beskadigede og unormale proteiner; forhindrer deres ophobning; tjener til at regulere cellulære processer ved at fjerneenzymer.
- Fordøjelse. Proteiner opnået fra fødevarer nedbrydes i peptidkæder af pepsin, trypsin, chymotrypsin og elastase. For at forhindre uhensigtsmæssig eller for tidlig aktivering af fordøjelsesenzymer (som kan forårsage pancreatitis), fungerer de som et inaktivt zymogen.
Enzymer
Proteolytiske enzymer findes i bakterier, vira, nogle typer alger og planter. Men de fleste af dem er hos dyr. Der er forskellige typer af enzymers proteolytiske aktivitet. De er klassificeret efter de steder, hvor nedbrydningen af proteiner katalyseres. De to hovedgrupper er exopeptider og endopeptidaser. I kroppen angribes proteinmaterialer i begyndelsen af pepsin. Når proteinet føres ind i tyndtarmen, fordøjes det delvist af maven. Her udsættes den for proteolytiske enzymer, der udskilles af bugspytkirtlen. Derefter aktiveres bugspytkirtelenzymer i tarmen, som omdanner proteiner til aminosyrer, der let absorberes af dens vægge. Således er bugspytkirtlen beskyttet mod selvfordøjelse.
Bakterier
Mikrobielle proteaser er en af de vigtige grupper i den industriel-kommercielle produktion af enzymer. Undersøgelser er blevet udført for at bestemme bakteriers proteolytiske aktivitet for at belyse deres roller inden for patogenesen af infektionssygdomme. Fokus var på undersøgelse af mælkesyrebakterier fra forskellige yoghurter og fermenteret mælk. De er vidt udbredt i naturen. Disse er lactobaciller, lactococci, bifidobakterier, streptokokker, enterokokker og sporolactobaciller. De er opdelt i arter, underarter, varianter og stammer.
Proteolytisk aktivitet er en meget vigtig egenskab ved mælkesyrebakterier. Bakterielle proteaser er enzymer, der katalyserer hydrolyse peptidbindinger i proteiner og polypeptider. De spiller en væsentlig rolle inden for industriel bioteknologi og farmaceutiske produkter. Undersøgelser har vist, at 13 stammer har proteolytisk aktivitet. Fem af dem, nemlig L1, L2, L6, L7, L9 viste den højeste aktivitet.
Peptiner
Proteolytisk aktivitet af pepsin måles under påvirkning af et magnetfelt på kroppen. Den molekylære struktur af pepsin er karakteriseret ved D-spatial symmetri. Det inaktive proenzym pepsinogen syntetiseres i cellerne i maveslimhinden. Det er også til stede i forskellige biologiske væsker (blod, urin, sæd- og cerebrospinalvæske). Pepsinogen er karakteriseret ved autokatalytisk aktivering. Dens sekretion stimuleres af vagusnerven, sympatiske fibre, gastrin, histamin, sekretin og cholecystokinin. Gastrin fungerer som en parietal cellestimulator. Dette polypeptid findes i 2 former indeholdende 34 og 17 aminosyrer. Målinger af pepsins proteolytiske aktivitet i forhold til standardhæmoglobin afslørede lignende ændringer i enzymets fordøjelsesaktivitet.
Proteolyse og sygdom
Anomal proteolytiskaktivitet er forbundet med mange sygdomme. Ved pancreatitis fører lækage af proteaser og deres for tidlige aktivering i bugspytkirtlen til selvantændelse af bugspytkirtlen. Personer med diabetes kan have øget lysosomaktivitet, og nedbrydningen af visse proteiner kan være væsentligt øget. Kroniske inflammatoriske sygdomme (rheumatoid arthritis) kan føre til frigivelse af lysosomale enzymer i det ekstracellulære rum. Dette ødelægger det omgivende væv. En ubalance mellem proteaser og antiproteaser kan føre til ødelæggelse af lungevæv i emfysem forårsaget af tobaksrygning.
Andre sygdomme omfatter muskeldystrofi, huddegeneration, luftvejs- og mave-tarmsygdomme, ondartede tumorer.
Ikke-enzymatisk proteolyse
Proteinrygraden er meget stabil i vand ved neutral pH og stuetemperatur, selvom hydrolysehastigheden af forskellige peptidbindinger kan variere. Halveringstiden for peptidbindingsnedbrydning varierer fra 7 til 350 år.
Stærke mineralsyrer kan nemt hydrolysere peptidbindinger i proteiner. Standardmåden at hydrolysere et protein på er at opvarme det til 105°C eller blødgøre det i s altsyre i 24 timer.
Beslutningsmetode
Der er flere metoder til at bestemme proteolytisk aktivitet. For eksempel hydrolyse af kasein, hæmoglobin eller azocasein. Den første metode er ikke dyr, men kasein er svært at opløse. Hæmoglobinhydrolysemetoden er dyrere. Ved brug skal underlaget være denatureret. Den tredje metode undgår dette, men den er heller ikke billig. Den hurtigste, ikke dyre metode er brugen af et mælkesubstrat. Det inkluderer mindre udstyr og kan bruges i træningskurser. Det eneste, der skal til, er skummetmælk og et vandbad.
Eksperimentel procedure
To milliliter af en bufferopløsning (natriumacetat pH 5,0 indeholdende CaCI2) tilsættes til 3 milliliter skummetmælk. Denne blanding holdes ved 30 °C i et vandbad i 10 minutter. For at se mælkekoagulationsprocessen bruges en lyskilde. Det springer over i lige så mange sekunder, som det tager at koagulere et stykke mælk på størrelse med et knappenålshoved. En passende periode for nøjagtighed er mellem et og to minutter. Enzymblokering er defineret som den mængde, der kræves for at danne det første koagulerede fragment på et minut under de valgte eksperimentelle betingelser.
Proteaser som antivirale midler
I øjeblikket er der en række godkendte lægemidler med proteolytisk aktivitet til brug i behandlingen af virusinfektioner. De fleste bruges primært til at behandle herpesvirus, humant immundefektvirus, respiratoriske syncytiale infektioner og influenza A-virusinfektioner. Disse er nukleosidanaloger, der virker ved at hæmme viral DNA-syntese.
Forskning i det seneste årti har vist, at proteaser er et absolut krav i mange virussers livscyklus. Påvirkning forekommer ogsåved sp altning af højmolekylære precursorproteiner for at opnå funktionelle produkter eller ved katalyse af strukturelle proteiner, der er nødvendige for samling og morfogenese af virale partikler.
Til dato er fire proteasehæmmere blevet godkendt:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Andre stoffer
Picornavirusproteaser udgør en af de største familier af medicinsk vigtige humane patogener. Enterovira er forbundet med forskellige kliniske syndromer, herunder sygdom i øvre luftveje, aseptisk meningitis, encephalitis, myocarditis, hånd-, fod- og mundsygdomme. I dette tilfælde vil proteaser hjælpe. Expektoranter med proteolytisk aktivitet:
- "Trypsin".
- "Ribonuclease".
- "Chimozin"
Et andet potentielt antirhinoviruslægemiddel er Pleconaril.
