Протеазалар (протеиназалар, пептидазалар және протеолитикалық ферменттер) адам өмірінде өте маңызды рөл атқарады. Бүгінгі күні бұл ферменттердің 500-ден астамы адам ағзасында анықталған, олар барлық гендердің 2% кодталады. Протеолитикалық белсенділік барлық тіршілік формалары мен вирустарда байқалады.
Негізгі классификация
Катализдік қалдық негізінде протеазаларды 7 кең топқа бөлуге болады:
- Серин - серин спиртін қолдану.
- Цистеин - цистеин тиолын қолдану.
- Треонин - екіншілік алкоголь треонинінің айналымы.
- Аспартик - аспартат карбон қышқылын қолдану.
- Глютамин - карбон қышқылы глутаматты қолдану.
- Металлопротеаза - металл айналымы, әдетте мырыш.
- Аспарагиндік пептидті лиазалар - Аспарагин алып тастау реакциясын орындау үшін қолданылады (суды қажет етпейді).
Протеазалар алдымен протеолитикалық белсенділігіне қарай 84 отбасына топтастырылды жәнекаталитикалық 4 тип бойынша жіктеледі:
- серине;
- цистеин;
- аспартик;
- металл.
Мағынасы
Жалпы протеолитикалық белсенділік дененің көптеген процестерінде маңызды рөл атқарады. Бұл ұрықтандыру, ас қорыту, өсу, жетілу, қартаю және тіпті өлім. Протеаздар синтездің белсендірілуін және ақуыз тағамдарының нашарлауын бақылау арқылы көптеген физиологиялық процестерді реттейді. Олар вирустардың, бактериялардың және паразиттердің көбеюі мен таралуында маңызды рөл атқарады, сондықтан патогендік заттардан туындаған аурулардың тиімді таралуына жауап береді. Бұл ферменттер ісік жасушаларының бөлініп, өкпенің жасушааралық кеңістігін және қан тамырларын толтырып, дененің басқа тіндеріне таралуына мүмкіндік береді.
Биологиялық функциялар
Протеолитикалық белсенділіктің келесі функциялары бар:
- Аудармадан кейінгі өңдеу. Метионинді кетіруді және/немесе белсенді емес немесе жұмыс істемейтін ақуызды белсенді бірлікке айналдыруды қамтиды.
- Алдыңғы ақуыздардың бөлінуі. Бұл протеазаның тек дұрыс жерде және контексте белсендірілуін қамтамасыз ету үшін қажет. Дұрыс емес протеолитикалық белсенділік денеге өте зиян келтіруі мүмкін.
- Ақуыздың ыдырауы. Жасуша ішінде немесе жасушадан тыс болуы мүмкін. Бірқатар функцияларды орындайды: зақымдалған және қалыптан тыс ақуыздарды жояды; олардың жиналуын болдырмайды; жою арқылы жасушалық процестерді реттеуге қызмет етедіферменттер.
- Ас қорыту. Тамақтан алынатын белоктар пепсин, трипсин, химотрипсин және эластаза арқылы пептидтік тізбектерге ыдырайды. Асқорыту ферменттерінің (панкреатитті тудыруы мүмкін) орынсыз немесе мерзімінен бұрын белсендіруін болдырмау үшін олар белсенді емес зимоген ретінде әрекет етеді.
Ферменттер
Протеолитикалық ферменттер бактерияларда, вирустарда, балдырлардың кейбір түрлерінде және өсімдіктерде кездеседі. Бірақ олардың көпшілігі жануарларда. Ферменттердің протеолитикалық белсенділігінің әртүрлі түрлері бар. Олар белоктардың ыдырауы катализденетін жерлеріне қарай жіктеледі. Екі негізгі топ экзопептидтер және эндопептидазалар. Ағзада ақуыздық материалдар бастапқыда пепсинмен шабуыл жасайды. Ақуыз аш ішекке өткенде, ол ішінара асқазанмен қорытылады. Мұнда ол ұйқы безі бөлетін протеолитикалық ферменттердің әсеріне ұшырайды. Содан кейін асқазан безінің ферменттері ішекте белсендіріліп, ақуыздарды оның қабырғалары оңай сіңетін аминқышқылдарына айналдырады. Осылайша, ұйқы безі өздігінен ас қорытудан қорғалған.
Бактериялар
Микробтық протеазалар ферменттердің өнеркәсіптік-коммерциялық өндірісіндегі маңызды топтардың бірі болып табылады. Жұқпалы аурулардың патогенезіндегі рөлін анықтау үшін бактериялардың протеолитикалық белсенділігін анықтау үшін зерттеулер жүргізілді. Әртүрлі йогурттар мен ашытылған сүттерден сүт қышқылды бактерияларды зерттеу басты назарда болды. Олар табиғатта кең таралған. Бұл лактобактериялар, лактококктар, бифидобактериялар, стрептококктар, энтерококктар және споролактобактериялар. Олар түрлерге, түршелерге, нұсқаларға және штаммдарға бөлінеді.
Протеолитикалық белсенділік сүт қышқылы бактерияларының өте маңызды сипаттамасы болып табылады. Бактериялық протеазалар – белоктар мен полипептидтердегі гидролиздік пептидтік байланыстарды катализдейтін ферменттер. Олар өнеркәсіптік биотехнологияда және фармацевтикада маңызды рөл атқарады. Зерттеулер көрсеткендей, 13 штамм протеолитикалық белсенділікке ие. Олардың бесеуі, атап айтқанда L1, L2, L6, L7, L9 ең жоғары белсенділікті көрсетті.
Пептиндер
Пепсиннің протеолитикалық белсенділігі денеге магнит өрісінің әсерінен өлшенеді. Пепсиннің молекулалық құрылымы D-кеңістіктік симметриямен сипатталады. Белсенді емес профермент пепсиноген асқазанның шырышты қабатының жасушаларында синтезделеді. Ол сондай-ақ әртүрлі биологиялық сұйықтықтарда (қан, зәр, тұқымдық және жұлын сұйықтығы) болады. Пепсиноген автокаталитикалық белсендірумен сипатталады. Оның секрециясын кезбе нерв, симпатикалық талшықтар, гастрин, гистамин, секретин және холецистокинин ынталандырады. Гастрин париетальды жасуша стимуляторы ретінде әрекет етеді. Бұл полипептид 34 және 17 аминқышқылдары бар 2 формада болады. Стандартты гемоглобинге қатысты пепсиннің протеолитикалық белсенділігін өлшеу ферменттің ас қорыту белсенділігіндегі ұқсас өзгерістерді анықтады.
Протеолиз және ауру
Аномальді протеолитикалықбелсенділік көптеген аурулармен байланысты. Панкреатитте протеазалардың ағып кетуі және олардың ұйқы безінде мерзімінен бұрын белсендіруі ұйқы безінің өздігінен тұтануына әкеледі. Қант диабетімен ауыратын адамдарда лизосома белсенділігі жоғарылауы мүмкін және кейбір ақуыздардың ыдырауы айтарлықтай артуы мүмкін. Созылмалы қабыну аурулары (ревматоидты артрит) лизосомалық ферменттердің жасушадан тыс кеңістікке шығарылуына әкелуі мүмкін. Бұл қоршаған тіндерді бұзады. Протеазалар мен антипротеазалар арасындағы теңгерімсіздік темекі шегуден туындаған эмфиземада өкпе тінінің бұзылуына әкелуі мүмкін.
Басқа ауруларға бұлшықет дистрофиясы, терінің дегенерациясы, тыныс алу және асқазан-ішек аурулары, қатерлі ісіктер жатады.
Ферменттік емес протеолиз
Әртүрлі пептидтік байланыстардың гидролизінің жылдамдығы әртүрлі болуы мүмкін болғанымен, протеин негізі бейтарап рН және бөлме температурасында суда өте тұрақты. Пептидтік байланыстың ыдырауының жартылай шығарылу кезеңі 7 жылдан 350 жылға дейін ауытқиды.
Күшті минералды қышқылдар белоктардағы пептидтік байланыстарды оңай гидролиздейді. Ақуызды гидролиздеудің стандартты әдісі - оны 105°C-қа дейін қыздыру немесе 24 сағат бойы тұз қышқылына салып қою.
Анықтау әдісі
Протеолитикалық белсенділікті анықтаудың бірнеше әдістері бар. Мысалы, казеиннің, гемоглобиннің немесе азоказейннің гидролизі. Бірінші әдіс қымбат емес, бірақ казеинді еріту қиын. Гемоглобинді гидролиздеу әдісі қымбатырақ. Оны пайдаланған кезде субстрат денатурациялануы керек. Үшінші әдіс мұны болдырмайды, бірақ ол да арзан емес. Ең жылдам, қымбат емес әдіс - сүт субстратын пайдалану. Ол аз жабдықты қамтиды және оқу курстарында пайдалануға болады. Майсыздандырылған сүт пен су ваннасы қажет.
Эксперименттік процедура
Екі миллилитр буферлік ерітінді (натрий ацетаты pH 5,0 құрамында CaCI2) 3 миллилитр майсыздандырылған сүтке қосылады. Бұл қоспаны 10 минут бойы су моншасында 30 ° C температурада ұстайды. Сүттің ұю процесін көру үшін жарық көзі қолданылады. Ол түйреуіштің басындағы сүт бөлігін ұюға қанша секунд қажет болса, сонша секунд өткізіп жібереді. Дәлдік үшін адекватты кезең бір-екі минут аралығында. Фермент блогы таңдалған эксперименттік жағдайларда бір минут ішінде бірінші коагуляцияланған фрагментті қалыптастыруға қажетті мөлшер ретінде анықталады.
Вирусқа қарсы агент ретінде протеазалар
Қазіргі уақытта вирустық инфекцияларды емдеуде қолдануға рұқсат етілген протеолитикалық белсенділігі бар бірқатар препараттар бар. Олардың көпшілігі негізінен герпесвирусты, адамның иммун тапшылығы вирусын, респираторлық синцитиальды инфекцияларды және А тұмауы вирусының инфекцияларын емдеу үшін қолданылады. Бұл вирустық ДНҚ синтезін тежеу арқылы әрекет ететін нуклеозидті аналогтар.
Соңғы онжылдықтағы зерттеулер протеазалар көптеген вирустардың өмірлік циклінде абсолютті қажеттілік екенін көрсетті. Әсер де боладыфункционалдық өнімдерді алу үшін жоғары молекулалық салмақты прекурсорлық ақуыздарды ыдырату арқылы немесе вирустық бөлшектердің жиналуы мен морфогенезіне қажетті құрылымдық белоктардың катализі арқылы.
Бүгінге дейін төрт протеаза ингибиторы мақұлданды:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Индинавир (Crixivan, MK-639).
- "Ритонавир" (Норвир, AVT-538).
- "Нельфинавир" (Viracept, AG1343).
Басқа препараттар
Пикорнавирус протеазалары медициналық маңызды адам қоздырғыштарының ең үлкен отбасыларының бірін құрайды. Энтеровирустар әртүрлі клиникалық синдромдармен, соның ішінде жоғарғы тыныс жолдарының ауруларымен, асептикалық менингитпен, энцефалитпен, миокардитпен, қол, аяқ және ауыз қуысы ауруларымен байланысты. Бұл жағдайда протеазалар көмектеседі. Протеолитикалық белсенділігі бар экспекторанттар:
- "Трипсин".
- "Рибонуклеаза".
- "Химозин"
Тағы бір ықтимал антивирусқа қарсы препарат - Плеконарил.
