Proteaser (proteinaser, peptidaser og proteolytiske enzymer) spiller en svært viktig rolle i menneskers liv. Til dags dato har mer enn 500 av disse enzymene blitt identifisert i menneskekroppen, som er kodet av 2% av alle gener. Proteolytisk aktivitet observeres i alle livsformer og virus.
Hovedklassifisering
Basert på den katalytiske resten, kan proteaser deles inn i 7 brede grupper:
- Serine – bruk av serinalkohol.
- Cysteine – bruken av cystein tiol.
- Threonine - omsetning av sekundær alkohol treonin.
- Aspartic - bruker aspartatkarboksylsyre.
- Glutamin - ved å bruke karboksylsyren glutamat.
- Metalloprotease - metallomsetning, vanligvis sink.
- Asparginepeptidlyaser - Asparagin brukes til å utføre en eksklusjonsreaksjon (krever ikke vann).
Proteaser ble først gruppert i 84 familier i henhold til deres proteolytiske aktivitet, ogklassifisert under 4 katalytiske typer:
- serine;
- cysteine;
- aspartic;
- metal.
Meaning
Total proteolytisk aktivitet spiller en viktig rolle i mange kroppsprosesser. Disse er befruktning, fordøyelse, vekst, modning, aldring og til og med død. Proteaser regulerer mange fysiologiske prosesser ved å kontrollere aktiveringen av syntese og forringelsen av proteinmat. De spiller en viktig rolle i reproduksjon og spredning av virus, bakterier og parasitter og er derfor ansvarlige for effektiv overføring av sykdommer forårsaket av patogene stoffer. Disse enzymene lar tumorceller dele seg, fylle det intercellulære rommet og blodårene i lungene og spre seg til andre vev i kroppen.
Biologiske funksjoner
Proteolytisk aktivitet har følgende funksjoner:
- Behandling etter oversettelse. Inkluderer fjerning av metionin og/eller konvertering av et inaktivt eller ikke-funksjonelt protein til en aktiv enhet.
- Sp altning av forløperproteiner. Dette er nødvendig for å sikre at proteasen bare aktiveres på riktig sted og i riktig kontekst. Feil proteolytisk aktivitet kan være svært skadelig for kroppen.
- Proteinnedbrytning. Kan forekomme intracellulært eller ekstracellulært. Utfører en rekke funksjoner: fjerner skadede og unormale proteiner; forhindrer deres akkumulering; tjener til å regulere cellulære prosesser ved å fjerneenzymer.
- Fordøyelse. Proteiner hentet fra mat brytes ned til peptidkjeder av pepsin, trypsin, chymotrypsin og elastase. For å forhindre upassende eller for tidlig aktivering av fordøyelsesenzymer (som kan forårsake pankreatitt), fungerer de som et inaktivt zymogen.
Enzymes
Proteolytiske enzymer finnes i bakterier, virus, enkelte typer alger og planter. Men de fleste av dem er hos dyr. Det finnes ulike typer proteolytisk aktivitet av enzymer. De er klassifisert i henhold til stedene der nedbrytningen av proteiner katalyseres. De to hovedgruppene er eksopeptider og endopeptidaser. Inne i kroppen blir proteinmaterialer i utgangspunktet angrepet av pepsin. Når proteinet føres inn i tynntarmen, fordøyes det delvis av magen. Her blir den utsatt for proteolytiske enzymer som skilles ut av bukspyttkjertelen. Deretter aktiveres bukspyttkjertelenzymer i tarmen, og omdanner proteiner til aminosyrer som lett absorberes av veggene. Dermed er bukspyttkjertelen beskyttet mot selvfordøyelse.
Bakterier
Mikrobielle proteaser er en av de viktige gruppene i industriell-kommersiell produksjon av enzymer. Studier har blitt utført for å bestemme den proteolytiske aktiviteten til bakterier for å belyse deres roller innenfor patogenesen av infeksjonssykdommer. Fokus var på undersøkelse av melkesyrebakterier fra ulike yoghurter og fermentert melk. De er vidt distribuert i naturen. Disse er laktobaciller, laktokokker, bifidobakterier, streptokokker, enterokokker og sporolaktobaciller. De er delt inn i arter, underarter, varianter og stammer.
Proteolytisk aktivitet er en svært viktig egenskap ved melkesyrebakterier. Bakterielle proteaser er enzymer som katalyserer hydrolyse peptidbindinger i proteiner og polypeptider. De spiller en betydelig rolle innen industriell bioteknologi og farmasøytiske produkter. Studier har vist at 13 stammer har proteolytisk aktivitet. Fem av dem, nemlig L1, L2, L6, L7, L9 viste høyest aktivitet.
Peptiner
Proteolytisk aktivitet av pepsin måles under påvirkning av et magnetfelt på kroppen. Den molekylære strukturen til pepsin er preget av D-spatial symmetri. Det inaktive proenzymet pepsinogen syntetiseres i cellene i mageslimhinnen. Det er også tilstede i ulike biologiske væsker (blod, urin, sæd- og cerebrospinalvæske). Pepsinogen er preget av autokatalytisk aktivering. Dens sekresjon stimuleres av vagusnerven, sympatiske fibre, gastrin, histamin, sekretin og kolecystokinin. Gastrin fungerer som en parietal cellestimulator. Dette polypeptidet finnes i 2 former som inneholder 34 og 17 aminosyrer. Målinger av den proteolytiske aktiviteten til pepsin i forhold til standard hemoglobin avslørte lignende endringer i enzymets fordøyelsesaktivitet.
Proteolyse og sykdom
Anomal proteolytiskaktivitet er assosiert med mange sykdommer. Ved pankreatitt fører lekkasje av proteaser og deres for tidlige aktivering i bukspyttkjertelen til selvantennelse av bukspyttkjertelen. Personer med diabetes kan ha økt lysosomaktivitet og nedbrytningen av visse proteiner kan være betydelig økt. Kroniske inflammatoriske sykdommer (revmatoid artritt) kan føre til frigjøring av lysosomale enzymer i det ekstracellulære rommet. Dette ødelegger vevet rundt. En ubalanse mellom proteaser og antiproteaser kan føre til ødeleggelse av lungevev i emfysem forårsaket av tobakksrøyking.
Andre sykdommer inkluderer muskeldystrofi, huddegenerasjon, luftveis- og gastrointestinale sykdommer, ondartede svulster.
Ikke-enzymatisk proteolyse
Proteinryggraden er veldig stabil i vann ved nøytral pH og romtemperatur, selv om hydrolysehastigheten av forskjellige peptidbindinger kan variere. Halveringstiden for peptidbindingsnedbrytning varierer fra 7 til 350 år.
Sterke mineralsyrer kan lett hydrolysere peptidbindinger i proteiner. Standardmåten å hydrolysere et protein på er å varme det opp til 105°C eller bløtlegge det i s altsyre i 24 timer.
Fastsettingsmetode
Det finnes flere metoder for å bestemme proteolytisk aktivitet. For eksempel hydrolyse av kasein, hemoglobin eller azokasein. Den første metoden er ikke dyr, men kasein er vanskelig å løse opp. Hemoglobinhydrolysemetoden er dyrere. Ved bruk må underlaget denatureres. Den tredje metoden unngår dette, men den er heller ikke billig. Den raskeste, ikke dyre metoden er bruken av et melkesubstrat. Det inkluderer mindre utstyr og kan brukes på kurs. Alt som trengs er skummet melk og et vannbad.
Eksperimentell prosedyre
To milliliter av en bufferløsning (natriumacetat pH 5,0 som inneholder CaCI2) tilsettes 3 milliliter skummet melk. Denne blandingen holdes ved 30 °C i vannbad i 10 minutter. For å se melkekoaguleringsprosessen brukes en lyskilde. Den hopper over i så mange sekunder som det tar å koagulere en melkebit på størrelse med et knappenålshode. En tilstrekkelig periode for nøyaktighet er mellom ett og to minutter. Enzymblokk er definert som mengden som kreves for å danne det første koagulerte fragmentet på ett minutt under de valgte eksperimentelle betingelsene.
Proteaser som antivirale midler
For tiden finnes det en rekke godkjente legemidler med proteolytisk aktivitet til bruk i behandling av virusinfeksjoner. De fleste brukes primært til å behandle herpesvirus, humant immunsviktvirus, respiratoriske syncytiale infeksjoner og influensa A-virusinfeksjoner. Dette er nukleosidanaloger som virker ved å hemme viral DNA-syntese.
Forskning det siste tiåret har vist at proteaser er et absolutt krav i livssyklusen til mange virus. Påvirkning forekommer hellerved sp altning av forløperproteiner med høy molekylvekt for å oppnå funksjonelle produkter, eller ved katalyse av strukturelle proteiner som er nødvendige for sammenstilling og morfogenese av virale partikler.
Til dags dato har fire proteasehemmere blitt godkjent:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Andre medisiner
Picornavirusproteaser utgjør en av de største familiene av medisinsk viktige menneskelige patogener. Enterovirus er assosiert med ulike kliniske syndromer, inkludert sykdommer i øvre luftveier, aseptisk meningitt, encefalitt, myokarditt, hånd-, fot- og munnsykdommer. I dette tilfellet vil proteaser hjelpe. Expektoranter med proteolytisk aktivitet:
- "Trypsin".
- "Ribonuclease".
- "Chimozin"
Et annet potensielt antirhinovirusmedisin er Pleconaril.
