Proteázy (proteinázy, peptidázy a proteolytické enzymy) hrají v životě člověka velmi důležitou roli. Dosud bylo v lidském těle identifikováno více než 500 těchto enzymů, které jsou kódovány 2 % všech genů. Proteolytická aktivita je pozorována u všech forem života a virů.
Hlavní klasifikace
Na základě katalytického zbytku lze proteázy rozdělit do 7 širokých skupin:
- Serin – užívání serinového alkoholu.
- Cystein – použití cysteinthiolu.
- Threonin - obrat sekundárního alkoholu threoninu.
- Asparagová – s použitím kyseliny aspartátkarboxylové.
- Glutamový – využívající glutamát karboxylové kyseliny.
- Metaloproteáza – obrat kovu, obvykle zinek.
- Asparaginové peptidové lyázy – Asparagin se používá k provedení vylučovací reakce (nevyžadující vodu).
Proteázy byly nejprve seskupeny do 84 rodin podle jejich proteolytické aktivity aklasifikováno do 4 katalytických typů:
- serine;
- cystein;
- aspartic;
- metal.
Význam
Celková proteolytická aktivita hraje důležitou roli v mnoha tělesných procesech. Těmi jsou oplodnění, trávení, růst, zrání, stárnutí a dokonce i smrt. Proteázy regulují mnoho fyziologických procesů řízením aktivace syntézy a znehodnocování bílkovinných potravin. Hrají důležitou roli při množení a šíření virů, bakterií a parazitů, a proto jsou zodpovědné za účinný přenos chorob způsobených patogenními látkami. Tyto enzymy umožňují nádorovým buňkám dělit se, vyplnit mezibuněčný prostor a krevní cévy plic a šířit se do dalších tkání těla.
Biologické funkce
Proteolytická aktivita má následující funkce:
- Zpracování po překladu. Zahrnuje odstranění methioninu a/nebo přeměnu neaktivního nebo nefunkčního proteinu na aktivní jednotku.
- Štěpení prekurzorových proteinů. To je nezbytné pro zajištění toho, že proteáza je aktivována pouze ve správném místě a kontextu. Nesprávná proteolytická aktivita může být pro tělo velmi škodlivá.
- Degradace bílkovin. Může se vyskytovat intracelulárně nebo extracelulárně. Provádí řadu funkcí: odstraňuje poškozené a abnormální proteiny; zabraňuje jejich hromadění; slouží k regulaci buněčných procesů odstraňovánímenzymy.
- Zažívání. Proteiny získané z potravy jsou štěpeny na peptidové řetězce pomocí pepsinu, trypsinu, chymotrypsinu a elastázy. Aby se zabránilo nevhodné nebo předčasné aktivaci trávicích enzymů (které mohou způsobit pankreatitidu), fungují jako neaktivní zymogen.
Enzymy
Proteolytické enzymy se nacházejí v bakteriích, virech, některých typech řas a rostlin. Většina z nich je ale u zvířat. Existují různé typy proteolytické aktivity enzymů. Jsou klasifikovány podle míst, ve kterých je katalyzován rozklad bílkovin. Dvě hlavní skupiny jsou exopeptidy a endopeptidázy. V těle jsou proteinové materiály zpočátku napadeny pepsinem. Když se bílkovina dostane do tenkého střeva, je částečně trávena žaludkem. Zde je vystaven proteolytickým enzymům vylučovaným slinivkou břišní. Poté se ve střevě aktivují pankreatické enzymy, které přeměňují proteiny na aminokyseliny, které jsou snadno absorbovány jeho stěnami. Slinivka je tak chráněna před vlastním trávením.
Bakterie
Mikrobiální proteázy jsou jednou z důležitých skupin v průmyslově-komerční výrobě enzymů. Byly provedeny studie ke stanovení proteolytické aktivity bakterií, aby se objasnila jejich role v patogenezi infekčních onemocnění. Zaměření bylo na vyšetření bakterií mléčného kvašení z různých jogurtů a fermentovaných mlék. V přírodě jsou široce rozšířeny. Jedná se o laktobacily, laktokoky, bifidobakterie, streptokoky, enterokoky a sporolaktobacily. Dělí se na druhy, poddruhy, varianty a kmeny.
Proteolytická aktivita je velmi důležitou vlastností bakterií mléčného kvašení. Bakteriální proteázy jsou enzymy, které katalyzují hydrolýzu peptidových vazeb v proteinech a polypeptidech. Hrají významnou roli v průmyslové biotechnologii a farmacii. Studie ukázaly, že 13 kmenů má proteolytickou aktivitu. Pět z nich, konkrétně L1, L2, L6, L7, L9, vykazovalo nejvyšší aktivitu.
Peptiny
Proteolytická aktivita pepsinu se měří vlivem magnetického pole na tělo. Molekulární struktura pepsinu je charakterizována D-prostorovou symetrií. Neaktivní proenzym pepsinogen je syntetizován v buňkách žaludeční sliznice. Je také přítomen v různých biologických tekutinách (krev, moč, semenný a mozkomíšní mok). Pepsinogen je charakterizován autokatalytickou aktivací. Jeho sekrece je stimulována vagusovým nervem, sympatickými vlákny, gastrinem, histaminem, sekretinem a cholecystokininem. Gastrin působí jako stimulátor parietálních buněk. Tento polypeptid existuje ve 2 formách obsahujících 34 a 17 aminokyselin. Měření proteolytické aktivity pepsinu ve vztahu ke standardnímu hemoglobinu odhalilo podobné změny v trávicí aktivitě enzymu.
Proteolýza a nemoci
Anomální proteolytikumaktivita je spojena s mnoha nemocemi. U pankreatitidy vede únik proteáz a jejich předčasná aktivace ve slinivce k samovznícení slinivky břišní. Lidé s diabetem mohou mít zvýšenou aktivitu lysozomů a degradace určitých proteinů může být podstatně zvýšena. Chronická zánětlivá onemocnění (revmatoidní artritida) mohou vést k uvolnění lysozomálních enzymů do extracelulárního prostoru. Tím se ničí okolní tkáně. Nerovnováha mezi proteázami a antiproteázami může vést k destrukci plicní tkáně při emfyzému způsobeném kouřením tabáku.
Další onemocnění zahrnují svalovou dystrofii, kožní degeneraci, respirační a gastrointestinální onemocnění, zhoubné nádory.
Neenzymatická proteolýza
Proteinová kostra je velmi stabilní ve vodě při neutrálním pH a pokojové teplotě, i když rychlost hydrolýzy různých peptidových vazeb se může lišit. Poločas rozpadu peptidové vazby se pohybuje od 7 do 350 let.
Silné minerální kyseliny mohou snadno hydrolyzovat peptidové vazby v proteinech. Standardním způsobem hydrolýzy proteinu je zahřátí na 105 °C nebo namočení v kyselině chlorovodíkové na 24 hodin.
Metoda stanovení
Existuje několik metod pro stanovení proteolytické aktivity. Například hydrolýza kaseinu, hemoglobinu nebo azokaseinu. První metoda není drahá, ale kasein se obtížně rozpouští. Metoda hydrolýzy hemoglobinu je dražší. Při jeho použití je nutné substrát denaturovat. Třetí metoda se tomu vyhýbá, ale také není levná. Nejrychlejší, nenákladnou metodou je použití mléčného substrátu. Zahrnuje méně vybavení a lze jej použít ve školicích kurzech. Stačí odstředěné mléko a vodní lázeň.
Experimentální postup
Dva mililitry tlumivého roztoku (octan sodný pH 5,0 obsahující CaCI2) se přidají do 3 mililitrů odstředěného mléka. Tato směs se udržuje při 30 °C ve vodní lázni po dobu 10 minut. Pro sledování procesu srážení mléka se používá světelný zdroj. Přeskakuje na tolik sekund, kolik je potřeba ke srážení kousku mléka o velikosti špendlíkové hlavičky. Přiměřená doba pro přesnost je mezi jednou a dvěma minutami. Enzymový blok je definován jako množství potřebné k vytvoření prvního koagulovaného fragmentu za jednu minutu za zvolených experimentálních podmínek.
Proteázy jako antivirová činidla
V současné době existuje řada schválených léků s proteolytickou aktivitou pro použití při léčbě virových infekcí. Většina se používá především k léčbě herpesviru, viru lidské imunodeficience, respiračních syncyciálních infekcí a infekcí virem chřipky A. Jedná se o nukleosidové analogy, které působí inhibicí syntézy virové DNA.
Výzkum za poslední desetiletí ukázal, že proteázy jsou absolutním požadavkem v životním cyklu mnoha virů. K ovlivnění dochází buďštěpením vysokomolekulárních prekurzorových proteinů za účelem získání funkčních produktů nebo katalýzou strukturních proteinů nezbytných pro sestavení a morfogenezi virových částic.
K dnešnímu dni byly schváleny čtyři inhibitory proteázy:
- "Sachinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Jiné drogy
Proteázy pikornaviru tvoří jednu z největších rodin lékařsky důležitých lidských patogenů. Enteroviry jsou spojovány s různými klinickými syndromy, včetně onemocnění horních cest dýchacích, aseptické meningitidy, encefalitidy, myokarditidy, onemocnění rukou, nohou a úst. V tomto případě pomohou proteázy. Expektorans s proteolytickou aktivitou:
- "Trypsin".
- "Ribonukleáza".
- "Chimozin"
Dalším potenciálním antirinovirem je Pleconaril.
