Οι πρωτεάσες (πρωτεϊνάσες, πεπτιδάσες και πρωτεολυτικά ένζυμα) παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στη ζωή του ανθρώπου. Μέχρι σήμερα, περισσότερα από 500 από αυτά τα ένζυμα έχουν εντοπιστεί στο ανθρώπινο σώμα, τα οποία κωδικοποιούνται από το 2% όλων των γονιδίων. Η πρωτεολυτική δραστηριότητα παρατηρείται σε όλες τις μορφές ζωής και ιούς.
Κύρια ταξινόμηση
Με βάση το καταλυτικό υπόλειμμα, οι πρωτεάσες μπορούν να χωριστούν σε 7 ευρείες ομάδες:
- Σερίνη - χρήση αλκοόλης σερίνης.
- Κυστεΐνη - η χρήση θειόλης κυστεΐνης.
- Θρεονίνη - κύκλος εργασιών δευτερογενούς αλκοόλης θρεονίνης.
- Ασπαρτικό - χρησιμοποιώντας ασπαρτικό καρβοξυλικό οξύ.
- Γλουταμινικό - χρησιμοποιώντας το γλουταμικό καρβοξυλικό οξύ.
- Μεταλλοπρωτεάση - κύκλος εργασιών μετάλλου, συνήθως ψευδάργυρος.
- Λυάσες πεπτιδίου ασπαραγίνης - Η ασπαραγίνη χρησιμοποιείται για την εκτέλεση μιας αντίδρασης αποκλεισμού (δεν απαιτείται νερό).
Οι πρωτεάσες ομαδοποιήθηκαν αρχικά σε 84 οικογένειες ανάλογα με την πρωτεολυτική τους δράση καιταξινομείται σε 4 καταλυτικούς τύπους:
- σερίνη;
- κυστεΐνη;
- ασπαρτικό;
- metal.
Σημασία
Η συνολική πρωτεολυτική δραστηριότητα παίζει σημαντικό ρόλο σε πολλές διαδικασίες του σώματος. Αυτά είναι η γονιμοποίηση, η πέψη, η ανάπτυξη, η ωρίμανση, η γήρανση ακόμα και ο θάνατος. Οι πρωτεάσες ρυθμίζουν πολλές φυσιολογικές διεργασίες ελέγχοντας την ενεργοποίηση της σύνθεσης και την αλλοίωση των πρωτεϊνικών τροφών. Παίζουν σημαντικό ρόλο στην αναπαραγωγή και εξάπλωση ιών, βακτηρίων και παρασίτων και ως εκ τούτου είναι υπεύθυνα για την αποτελεσματική μετάδοση ασθενειών που προκαλούνται από παθογόνες ουσίες. Αυτά τα ένζυμα επιτρέπουν στα καρκινικά κύτταρα να διαιρεθούν, να γεμίσουν τον μεσοκυττάριο χώρο και τα αιμοφόρα αγγεία των πνευμόνων και να εξαπλωθούν σε άλλους ιστούς του σώματος.
Βιολογικές λειτουργίες
Η πρωτεολυτική δραστηριότητα έχει τις ακόλουθες λειτουργίες:
- Μετα-μεταφραστική επεξεργασία. Περιλαμβάνει αφαίρεση μεθειονίνης και/ή μετατροπή μιας ανενεργής ή μη λειτουργικής πρωτεΐνης σε ενεργή μονάδα.
- Διάσπαση πρόδρομων πρωτεϊνών. Αυτό είναι απαραίτητο για να διασφαλιστεί ότι η πρωτεάση ενεργοποιείται μόνο στη σωστή θέση και πλαίσιο. Η ακατάλληλη πρωτεολυτική δραστηριότητα μπορεί να είναι πολύ επιζήμια για τον οργανισμό.
- Αποσύνθεση πρωτεϊνών. Μπορεί να εμφανιστεί ενδοκυτταρικά ή εξωκυτταρικά. Εκτελεί μια σειρά από λειτουργίες: αφαιρεί κατεστραμμένες και μη φυσιολογικές πρωτεΐνες. αποτρέπει τη συσσώρευσή τους. χρησιμεύει για τη ρύθμιση των κυτταρικών διεργασιών με την αφαίρεσηένζυμα.
- Πέψη. Οι πρωτεΐνες που λαμβάνονται από τα τρόφιμα διασπώνται σε πεπτιδικές αλυσίδες από πεψίνη, θρυψίνη, χυμοθρυψίνη και ελαστάση. Για να αποφευχθεί η ακατάλληλη ή πρόωρη ενεργοποίηση των πεπτικών ενζύμων (τα οποία μπορεί να προκαλέσουν παγκρεατίτιδα), δρουν ως ανενεργό ζυμογόνο.
Ένζυμα
Τα πρωτεολυτικά ένζυμα βρίσκονται σε βακτήρια, ιούς, ορισμένους τύπους φυκιών και φυτά. Αλλά τα περισσότερα από αυτά είναι σε ζώα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πρωτεολυτικής δράσης των ενζύμων. Ταξινομούνται σύμφωνα με τις θέσεις στις οποίες καταλύεται η διάσπαση των πρωτεϊνών. Οι δύο κύριες ομάδες είναι τα εξοπεπτίδια και οι ενδοπεπτιδάσες. Μέσα στο σώμα, τα πρωτεϊνικά υλικά προσβάλλονται αρχικά από την πεψίνη. Όταν η πρωτεΐνη διοχετεύεται στο λεπτό έντερο, χωνεύεται εν μέρει από το στομάχι. Εδώ εκτίθεται σε πρωτεολυτικά ένζυμα που εκκρίνονται από το πάγκρεας. Στη συνέχεια, τα παγκρεατικά ένζυμα ενεργοποιούνται στο έντερο, μετατρέποντας τις πρωτεΐνες σε αμινοξέα που απορροφώνται εύκολα από τα τοιχώματά του. Έτσι, το πάγκρεας προστατεύεται από την αυτοπέψη.
Βακτήρια
Οι μικροβιακές πρωτεάσες είναι μία από τις σημαντικές ομάδες στη βιομηχανική-εμπορική παραγωγή ενζύμων. Έχουν διεξαχθεί μελέτες για τον προσδιορισμό της πρωτεολυτικής δραστηριότητας των βακτηρίων προκειμένου να διευκρινιστεί ο ρόλος τους στην παθογένεση των μολυσματικών ασθενειών. Το επίκεντρο ήταν η εξέταση βακτηρίων γαλακτικού οξέος από διάφορα γιαούρτια και γάλατα που έχουν υποστεί ζύμωση. Είναι ευρέως διαδεδομένα στη φύση. Αυτοί είναι οι γαλακτοβάκιλλοι, οι γαλακτόκοκκοι, τα bifidobacteria, οι στρεπτόκοκκοι, οι εντερόκοκκοι και οι σπορολακτοβάκιλλοι. Χωρίζονται σε είδη, υποείδη, παραλλαγές και στελέχη.
Η πρωτεολυτική δραστηριότητα είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό των βακτηρίων γαλακτικού οξέος. Οι βακτηριακές πρωτεάσες είναι ένζυμα που καταλύουν τους πεπτιδικούς δεσμούς υδρόλυσης σε πρωτεΐνες και πολυπεπτίδια. Διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη βιομηχανική βιοτεχνολογία και τα φαρμακευτικά προϊόντα. Μελέτες έχουν δείξει ότι 13 στελέχη έχουν πρωτεολυτική δράση. Πέντε από αυτά, συγκεκριμένα τα L1, L2, L6, L7, L9 παρουσίασαν την υψηλότερη δραστηριότητα.
Πεπτίνες
Η πρωτεολυτική δραστηριότητα της πεψίνης μετράται υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου στο σώμα. Η μοριακή δομή της πεψίνης χαρακτηρίζεται από D-χωρική συμμετρία. Το ανενεργό προένζυμο πεψινογόνο συντίθεται στα κύτταρα του γαστρικού βλεννογόνου. Υπάρχει επίσης σε διάφορα βιολογικά υγρά (αίμα, ούρα, σπερματικό και εγκεφαλονωτιαίο υγρό). Το πεψινογόνο χαρακτηρίζεται από αυτοκαταλυτική ενεργοποίηση. Η έκκρισή του διεγείρεται από το πνευμονογαστρικό νεύρο, τις συμπαθητικές ίνες, τη γαστρίνη, την ισταμίνη, τη σεκρετίνη και τη χολοκυστοκινίνη. Η γαστρίνη δρα ως διεγέρτης των βρεγματικών κυττάρων. Αυτό το πολυπεπτίδιο υπάρχει σε 2 μορφές που περιέχουν 34 και 17 αμινοξέα. Οι μετρήσεις της πρωτεολυτικής δραστηριότητας της πεψίνης σε σχέση με την τυπική αιμοσφαιρίνη αποκάλυψαν παρόμοιες αλλαγές στην πεπτική δραστηριότητα του ενζύμου.
Πρωτεόλυση και νόσος
Ανώμαλο πρωτεολυτικόδραστηριότητα συνδέεται με πολλές ασθένειες. Στην παγκρεατίτιδα, η διαρροή πρωτεασών και η πρόωρη ενεργοποίησή τους στο πάγκρεας οδηγεί σε αυτοανάφλεξη του παγκρέατος. Τα άτομα με διαβήτη μπορεί να έχουν αυξημένη δραστηριότητα λυσοσώματος και η αποικοδόμηση ορισμένων πρωτεϊνών μπορεί να αυξηθεί σημαντικά. Οι χρόνιες φλεγμονώδεις ασθένειες (ρευματοειδής αρθρίτιδα) μπορούν να οδηγήσουν στην απελευθέρωση λυσοσωμικών ενζύμων στον εξωκυττάριο χώρο. Αυτό καταστρέφει τους περιβάλλοντες ιστούς. Μια ανισορροπία μεταξύ πρωτεασών και αντιπρωτεασών μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή του πνευμονικού ιστού στο εμφύσημα που προκαλείται από το κάπνισμα.
Άλλες ασθένειες περιλαμβάνουν μυϊκή δυστροφία, εκφύλιση δέρματος, αναπνευστικές και γαστρεντερικές παθήσεις, κακοήθεις όγκους.
Μη ενζυματική πρωτεόλυση
Η ραχοκοκαλιά της πρωτεΐνης είναι πολύ σταθερή στο νερό σε ουδέτερο pH και θερμοκρασία δωματίου, αν και ο ρυθμός υδρόλυσης διαφορετικών πεπτιδικών δεσμών μπορεί να ποικίλλει. Ο χρόνος ημιζωής της αποσύνθεσης του πεπτιδικού δεσμού κυμαίνεται από 7 έως 350 χρόνια.
Τα ισχυρά μεταλλικά οξέα μπορούν εύκολα να υδρολύσουν τους πεπτιδικούς δεσμούς στις πρωτεΐνες. Ο τυπικός τρόπος για την υδρόλυση μιας πρωτεΐνης είναι να τη θερμάνετε στους 105°C ή να την εμβαπτίσετε σε υδροχλωρικό οξύ για 24 ώρες.
Μέθοδος προσδιορισμού
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τον προσδιορισμό της πρωτεολυτικής δραστηριότητας. Για παράδειγμα, υδρόλυση καζεΐνης, αιμοσφαιρίνης ή αζοκαζεΐνης. Η πρώτη μέθοδος δεν είναι ακριβή, αλλά η καζεΐνη είναι δύσκολο να διαλυθεί. Η μέθοδος υδρόλυσης της αιμοσφαιρίνης είναι πιο ακριβή. Κατά τη χρήση του, το υπόστρωμα πρέπει να μετουσιωθεί. Η τρίτη μέθοδος το αποφεύγει, αλλά δεν είναι επίσης φθηνή. Η πιο γρήγορη, όχι ακριβή μέθοδος είναι η χρήση υποστρώματος γάλακτος. Περιλαμβάνει λιγότερο εξοπλισμό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μαθήματα κατάρτισης. Το μόνο που χρειάζεται είναι αποβουτυρωμένο γάλα και ένα υδατόλουτρο.
Πειραματική διαδικασία
Δύο χιλιοστόλιτρα ρυθμιστικού διαλύματος (οξικό νάτριο pH 5,0 που περιέχει CaCI2) προστίθενται σε 3 χιλιοστόλιτρα αποβουτυρωμένου γάλακτος. Αυτό το μείγμα διατηρείται στους 30 °C σε υδατόλουτρο για 10 λεπτά. Για να δείτε τη διαδικασία πήξης του γάλακτος, χρησιμοποιείται μια πηγή φωτός. Παραλείπει για τόσα δευτερόλεπτα όσα χρειάζονται για να πήξει ένα κομμάτι γάλα στο μέγεθος μιας κεφαλής καρφίτσας. Ένας επαρκής χρόνος για την ακρίβεια είναι μεταξύ ενός και δύο λεπτών. Το μπλοκ ενζύμου ορίζεται ως η ποσότητα που απαιτείται για να σχηματιστεί το πρώτο θρομβωμένο θραύσμα σε ένα λεπτό υπό τις επιλεγμένες πειραματικές συνθήκες.
Πρωτεάσες ως αντιιικοί παράγοντες
Επί του παρόντος, υπάρχει ένας αριθμός εγκεκριμένων φαρμάκων με πρωτεολυτική δράση για χρήση στη θεραπεία ιογενών λοιμώξεων. Τα περισσότερα χρησιμοποιούνται κυρίως για τη θεραπεία του ιού του έρπητα, του ιού της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας, των αναπνευστικών συγκυτιακών λοιμώξεων και των λοιμώξεων από τον ιό της γρίπης Α. Αυτά είναι ανάλογα νουκλεοσιδίων που δρουν αναστέλλοντας τη σύνθεση του ιικού DNA.
Έρευνες της τελευταίας δεκαετίας έχουν δείξει ότι οι πρωτεάσες αποτελούν απόλυτη απαίτηση στον κύκλο ζωής πολλών ιών. Η επιρροή εμφανίζεται είτεμε διάσπαση πρόδρομων πρωτεϊνών υψηλού μοριακού βάρους για τη λήψη λειτουργικών προϊόντων ή με κατάλυση δομικών πρωτεϊνών που είναι απαραίτητες για τη συναρμολόγηση και τη μορφογένεση των ιικών σωματιδίων.
Μέχρι σήμερα, έχουν εγκριθεί τέσσερις αναστολείς πρωτεάσης:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Ιντιναβίρη (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Νελφιναβίρη" (Viracept, AG1343).
Άλλα φάρμακα
Οι πρωτεάσες του Picornavirus αποτελούν μία από τις μεγαλύτερες οικογένειες ιατρικά σημαντικών ανθρώπινων παθογόνων. Οι εντεροϊοί σχετίζονται με διάφορα κλινικά σύνδρομα, συμπεριλαμβανομένων των παθήσεων της ανώτερης αναπνευστικής οδού, της άσηπτης μηνιγγίτιδας, της εγκεφαλίτιδας, της μυοκαρδίτιδας, των παθήσεων των χεριών, των ποδιών και του στόματος. Σε αυτή την περίπτωση, οι πρωτεάσες θα βοηθήσουν. Αποχρεμπτικά με πρωτεολυτική δράση:
- "Trypsin".
- "Ριβονουκλεάση".
- "Chimozin"
Ένα άλλο πιθανό φάρμακο κατά του ρινοϊού είναι το Pleconaril.
