Proteases (proteases, peptidases en proteolitiese ensieme) speel 'n baie belangrike rol in die menslike lewe. Tot op hede is meer as 500 van hierdie ensieme in die menslike liggaam geïdentifiseer, wat deur 2% van alle gene gekodeer word. Proteolitiese aktiwiteit word in alle lewensvorme en virusse waargeneem.
Hoofklassifikasie
Op grond van die katalitiese oorskot, kan proteases in 7 breë groepe verdeel word:
- Serine - gebruik van serienalkohol.
- Cysteine - die gebruik van sisteïen-tiol.
- Threonine - omset van sekondêre alkohol-treonien.
- Aspartaat - gebruik aspartaat karboksielsuur.
- Glutamic - gebruik die karboksielsuurglutamaat.
- Metalloprotease - metaalomset, gewoonlik sink.
- Asparagine peptied liases - Asparagine word gebruik om 'n uitsluitingsreaksie uit te voer (benodig nie water nie).
Proteases is eers in 84 families gegroepeer volgens hul proteolitiese aktiwiteit, engeklassifiseer onder 4 katalitiese tipes:
- serine;
- cysteine;
- aspargies;
- metal.
Betekenis
Totale proteolitiese aktiwiteit speel 'n belangrike rol in baie liggaamsprosesse. Dit is bevrugting, vertering, groei, rypwording, veroudering en selfs dood. Proteases reguleer baie fisiologiese prosesse deur die aktivering van sintese en die agteruitgang van proteïenvoedsel te beheer. Hulle speel 'n belangrike rol in die voortplanting en verspreiding van virusse, bakterieë en parasiete en is dus verantwoordelik vir die doeltreffende oordrag van siektes wat deur patogene stowwe veroorsaak word. Hierdie ensieme laat tumorselle toe om te verdeel, die intersellulêre spasie en bloedvate van die longe te vul en na ander weefsels van die liggaam te versprei.
Biologiese funksies
Proteolitiese aktiwiteit het die volgende funksies:
- Na-vertalingsverwerking. Sluit verwydering van metionien en/of omskakeling van 'n onaktiewe of nie-funksionele proteïen na 'n aktiewe eenheid in.
- Splyting van voorloperproteïene. Dit is nodig om te verseker dat die protease slegs in die korrekte ligging en konteks geaktiveer word. Onbehoorlike proteolitiese aktiwiteit kan baie skadelik vir die liggaam wees.
- Proteïenafbraak. Kan intrasellulêr of ekstrasellulêr voorkom. Voer 'n aantal funksies uit: verwyder beskadigde en abnormale proteïene; verhoed hul ophoping; dien om sellulêre prosesse te reguleer deur te verwyderensieme.
- Vertering. Proteïene wat uit voedsel verkry word, word deur pepsien, tripsien, chimotripsien en elastase in peptiedkettings afgebreek. Om onvanpaste of voortydige aktivering van spysverteringsensieme (wat pankreatitis kan veroorsaak) te voorkom, tree hulle op as 'n onaktiewe simogeen.
Ensieme
Proteolitiese ensieme word in bakterieë, virusse, sommige soorte alge en plante aangetref. Maar die meeste van hulle is in diere. Daar is verskeie tipes proteolitiese aktiwiteit van ensieme. Hulle word geklassifiseer volgens die plekke waar die afbreek van proteïene gekataliseer word. Die twee hoofgroepe is eksopeptiede en endopeptidases. Binne die liggaam word proteïenmateriaal aanvanklik deur pepsien aangeval. Wanneer die proteïen in die dunderm oorgedra word, word dit gedeeltelik deur die maag verteer. Hier word dit blootgestel aan proteolitiese ensieme wat deur die pankreas afgeskei word. Dan word pankreas-ensieme in die ingewande geaktiveer, wat proteïene omskakel in aminosure wat maklik deur sy wande geabsorbeer word. Die pankreas word dus teen selfvertering beskerm.
Bakterie
Mikrobiese proteases is een van die belangrike groepe in die industrieel-kommersiële produksie van ensieme. Studies is uitgevoer om die proteolitiese aktiwiteit van bakterieë te bepaal ten einde hul rol binne die patogenese van aansteeklike siektes toe te lig. Die fokus was op die ondersoek van melksuurbakterieë uit verskeie jogurts en gefermenteerde melk. Hulle is wydverspreid in die natuur. Dit is laktobacille, laktokokke, bifidobakterieë, streptokokke, enterokokke en sporolaktobacilli. Hulle word verdeel in spesies, subspesies, variante en stamme.
Proteolitiese aktiwiteit is 'n baie belangrike eienskap van melksuurbakterieë. Bakteriële proteases is ensieme wat hidrolise peptiedbindings in proteïene en polipeptied kataliseer. Hulle speel 'n belangrike rol in industriële biotegnologie en farmaseutiese produkte. Studies het getoon dat 13 stamme proteolitiese aktiwiteit het. Vyf van hulle, naamlik L1, L2, L6, L7, L9 het die hoogste aktiwiteit getoon.
Peptins
Proteolitiese aktiwiteit van pepsien word gemeet onder die invloed van 'n magnetiese veld op die liggaam. Die molekulêre struktuur van pepsien word gekenmerk deur D-ruimtelike simmetrie. Die onaktiewe pro-ensiem pepsinogeen word in die selle van die maagslymvlies gesintetiseer. Dit is ook teenwoordig in verskeie biologiese vloeistowwe (bloed, urine, seminale en serebrospinale vloeistof). Pepsinogeen word gekenmerk deur outokatalitiese aktivering. Die afskeiding daarvan word gestimuleer deur die vagus senuwee, simpatiese vesels, gastrien, histamien, sekretien en cholecystokinien. Gastrien dien as 'n pariëtale selstimulator. Hierdie polipeptied bestaan in 2 vorme wat 34 en 17 aminosure bevat. Metings van die proteolitiese aktiwiteit van pepsien in verhouding tot standaard hemoglobien het soortgelyke veranderinge in die ensiem se spysverteringsaktiwiteit aan die lig gebring.
Proteolise en siekte
Anomale proteolitieseaktiwiteit word geassosieer met baie siektes. By pankreatitis lei lekkasie van proteases en hul voortydige aktivering in die pankreas tot outo-ontsteking van die pankreas. Mense met diabetes kan verhoogde lisosoomaktiwiteit hê en die afbraak van sekere proteïene kan aansienlik verhoog word. Chroniese inflammatoriese siektes (rumatoïede artritis) kan lei tot die vrystelling van lisosomale ensieme in die ekstrasellulêre ruimte. Dit vernietig die omliggende weefsels. 'n Wanbalans tussen proteases en antiproteases kan lei tot die vernietiging van longweefsel in emfiseem wat deur tabakrook veroorsaak word.
Ander siektes sluit in spierdistrofie, veldegenerasie, respiratoriese en gastrointestinale siektes, kwaadaardige gewasse.
Nie-ensiematiese proteolise
Die proteïenruggraat is baie stabiel in water by neutrale pH en kamertemperatuur, alhoewel die tempo van hidrolise van verskillende peptiedbindings kan verskil. Die halfleeftyd van peptiedbindingverval wissel van 7 tot 350 jaar.
Sterk minerale sure kan maklik peptiedbindings in proteïene hidroliseer. Die standaard manier om 'n proteïen te hidroliseer is om dit tot 105°C te verhit of dit vir 24 uur in soutsuur te week.
Metode van bepaling
Daar is verskeie metodes om proteolitiese aktiwiteit te bepaal. Byvoorbeeld, hidrolise van kaseïen, hemoglobien of asokaseïen. Die eerste metode is nie duur nie, maar kaseïen is moeilik om op te los. Die hemoglobienhidrolisemetode is duurder. Wanneer dit gebruik word, moet die substraat gedenatureer word. Die derde metode vermy dit, maar dit is ook nie goedkoop nie. Die vinnigste, nie duur metode nie, is die gebruik van 'n melksubstraat. Dit sluit minder toerusting in en kan in opleidingskursusse gebruik word. Al wat nodig is, is afgeroomde melk en 'n waterbad.
Eksperimentele prosedure
Twee milliliter van 'n bufferoplossing (natriumasetaat pH 5.0 wat CaCI2 bevat) word by 3 milliliter afgeroomde melk gevoeg. Hierdie mengsel word vir 10 minute by 30 °C in 'n waterbad gehou. Om die melkstollingsproses te sien, word 'n ligbron gebruik. Dit slaan oor vir soveel sekondes as wat dit neem om 'n stukkie melk so groot soos 'n speldekop te laat stol.’n Genoegsame tydperk vir akkuraatheid is tussen een en twee minute. Ensiemblok word gedefinieer as die hoeveelheid wat benodig word om die eerste gestolde fragment binne een minuut onder die gekose eksperimentele toestande te vorm.
Protease as antivirale middels
Daar is tans 'n aantal goedgekeurde middels met proteolitiese aktiwiteit vir gebruik in die behandeling van virale infeksies. Die meeste word hoofsaaklik gebruik om herpesvirus, menslike immuniteitsgebrekvirus, respiratoriese sinsitiale infeksies en griep A-virusinfeksies te behandel. Dit is nukleosiedanaloë wat optree deur virale DNA-sintese te inhibeer.
Navorsing oor die afgelope dekade het getoon dat proteases 'n absolute vereiste is in die lewensiklus van baie virusse. Invloed vind ook plaasdeur splitsing van hoë molekulêre gewig voorloperproteïene om funksionele produkte te verkry, of deur katalise van strukturele proteïene wat nodig is vir die samestelling en morfogenese van virale deeltjies.
Tot op datum is vier protease-inhibeerders goedgekeur:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Ander dwelms
Picornavirusproteases vorm een van die grootste families van medies belangrike menslike patogene. Enterovirusse word geassosieer met verskeie kliniese sindrome, insluitend siektes van die boonste lugweg, aseptiese meningitis, enkefalitis, miokarditis, hand-, voet- en mondsiektes. In hierdie geval sal proteases help. Ekspektorante met proteolitiese aktiwiteit:
- "Trypsine".
- "Ribonuclease".
- "Chimozin"
Nog 'n potensiële antirinovirusmiddel is Pleconaril.
