Proteaasid (proteinaasid, peptidaasid ja proteolüütilised ensüümid) mängivad inimese elus väga olulist rolli. Praeguseks on inimkehas tuvastatud üle 500 neist ensüümidest, mida kodeerib 2% kõigist geenidest. Proteolüütilist aktiivsust täheldatakse kõikidel eluvormidel ja viirustel.
Peamine klassifikatsioon
Katalüütilise jäägi põhjal võib proteaasid jagada 7 suurde rühma:
- Seriin – seriinalkoholi kasutamine.
- Tsüsteiin – tsüsteiintiooli kasutamine.
- Treoniin – sekundaarse alkoholi treoniini käive.
- Asparagiin – kasutades aspartaatkarboksüülhapet.
- Glutamic – kasutades karboksüülhappe glutamaati.
- Metalloproteaas – metalli käive, tavaliselt tsink.
- Asparagiini peptiidlüaasid – asparagiini kasutatakse välistamisreaktsiooni läbiviimiseks (ei vaja vett).
Proteaasid rühmitati esm alt 84 perekonda vastav alt nende proteolüütilisele aktiivsusele jaklassifitseeritud 4 katalüütilise tüübi alla:
- serine;
- tsüsteiin;
- aspartic;
- metall.
Tähendus
Totaalne proteolüütiline aktiivsus mängib olulist rolli paljudes kehaprotsessides. Need on viljastumine, seedimine, kasv, küpsemine, vananemine ja isegi surm. Proteaasid reguleerivad paljusid füsioloogilisi protsesse, kontrollides sünteesi aktiveerumist ja valgurikka toidu riknemist. Nad mängivad olulist rolli viiruste, bakterite ja parasiitide paljunemisel ja levimisel ning vastutavad seetõttu patogeensetest ainetest põhjustatud haiguste tõhusa edasikandumise eest. Need ensüümid võimaldavad kasvajarakkudel jaguneda, täita rakkudevahelist ruumi ja kopsude veresooni ning levida teistesse keha kudedesse.
Bioloogilised funktsioonid
Proteolüütilisel aktiivsusel on järgmised funktsioonid:
- Tõlkejärgne töötlemine. Hõlmab metioniini eemaldamist ja/või inaktiivse või mittefunktsionaalse valgu muutmist aktiivseks ühikuks.
- Prekursorvalkude lõhustamine. See on vajalik tagamaks, et proteaas aktiveeritakse ainult õiges asukohas ja kontekstis. Ebaõige proteolüütiline aktiivsus võib olla kehale väga kahjulik.
- Valkude lagunemine. Võib esineda intratsellulaarselt või ekstratsellulaarselt. Täidab mitmeid funktsioone: eemaldab kahjustatud ja ebanormaalsed valgud; takistab nende kogunemist; reguleerib rakulisi protsesse eemaldamise teelensüümid.
- Seedimine. Toidust saadavad valgud lõhustatakse pepsiini, trüpsiini, kümotrüpsiini ja elastaasi toimel peptiidahelateks. Seedeensüümide sobimatu või enneaegse aktiveerimise vältimiseks (mis võib põhjustada pankreatiiti), toimivad need inaktiivse sümogeenina.
Ensüümid
Proteolüütilisi ensüüme leidub bakterites, viirustes, teatud tüüpi vetikates ja taimedes. Kuid enamik neist on loomadel. Ensüümide proteolüütilist aktiivsust on erinevat tüüpi. Neid klassifitseeritakse vastav alt piirkondadele, kus valkude lagunemist katalüüsitakse. Kaks peamist rühma on eksopeptiidid ja endopeptidaasid. Keha sees ründab valgumaterjale algselt pepsiin. Kui valk suunatakse peensoolde, seeditakse see osaliselt mao poolt. Siin puutub see kokku pankrease sekreteeritavate proteolüütiliste ensüümidega. Seejärel aktiveeritakse soolestikus pankrease ensüümid, mis muudavad valgud aminohapeteks, mida selle seinad kergesti omastavad. Seega on kõhunääre kaitstud iseseedimise eest.
Bakterid
Mikroobsed proteaasid on üks olulisi rühmi ensüümide tööstuslikul ja kaubanduslikul tootmisel. Bakterite proteolüütilise aktiivsuse määramiseks on tehtud uuringuid, et selgitada välja nende roll nakkushaiguste patogeneesis. Fookuses oli piimhappebakterite uurimine erinevatest jogurtitest ja hapendatud piimadest. Looduses on nad lai alt levinud. Need on laktobatsillid, laktokokid, bifidobakterid, streptokokid, enterokokid ja sporolaktobatsillid. Need jagunevad liikideks, alamliikideks, variantideks ja tüvedeks.
Proteolüütiline aktiivsus on piimhappebakterite väga oluline omadus. Bakteriaalsed proteaasid on ensüümid, mis katalüüsivad hüdrolüüsi peptiidsidemeid valkudes ja polüpeptiidides. Nad mängivad olulist rolli tööstuslikus biotehnoloogias ja farmaatsiatööstuses. Uuringud on näidanud, et 13 tüvel on proteolüütiline aktiivsus. Neist viis, nimelt L1, L2, L6, L7, L9, näitasid suurimat aktiivsust.
Peptiinid
Pepsiini proteolüütilist aktiivsust mõõdetakse keha magnetvälja mõjul. Pepsiini molekulaarstruktuuri iseloomustab D-ruumiline sümmeetria. Inaktiivne proensüüm pepsinogeen sünteesitakse mao limaskesta rakkudes. Seda leidub ka erinevates bioloogilistes vedelikes (veri, uriin, seemne- ja tserebrospinaalvedelik). Pepsinogeeni iseloomustab autokatalüütiline aktiveerimine. Selle sekretsiooni stimuleerivad vaguse närv, sümpaatilised kiud, gastriin, histamiin, sekretiin ja koletsüstokiniin. Gastriin toimib parietaalrakkude stimulaatorina. See polüpeptiid eksisteerib kahes vormis, mis sisaldavad 34 ja 17 aminohapet. Pepsiini proteolüütilise aktiivsuse mõõtmine standardse hemoglobiini suhtes näitas sarnaseid muutusi ensüümi seedetegevuses.
Proteolüüs ja haigused
Anomaalne proteolüütikumtegevus on seotud paljude haigustega. Pankreatiidi korral põhjustab proteaaside lekkimine ja nende enneaegne aktiveerumine kõhunäärmes kõhunäärme isesüttimist. Diabeediga inimestel võib olla suurenenud lüsosoomide aktiivsus ja teatud valkude lagunemine võib oluliselt suureneda. Kroonilised põletikulised haigused (reumatoidartriit) võivad viia lüsosomaalsete ensüümide vabanemiseni rakuvälisesse ruumi. See hävitab ümbritsevad kuded. Proteaaside ja antiproteaaside vaheline tasakaalustamatus võib tubaka suitsetamisest põhjustatud emfüseemi korral põhjustada kopsukoe hävimise.
Teised haigused on lihasdüstroofia, naha degeneratsioon, hingamisteede ja seedetrakti haigused, pahaloomulised kasvajad.
Mitteensümaatiline proteolüüs
Valgu põhi on neutraalse pH ja toatemperatuuri juures vees väga stabiilne, kuigi erinevate peptiidsidemete hüdrolüüsi kiirus võib varieeruda. Peptiidsideme lagunemise poolestusaeg on vahemikus 7 kuni 350 aastat.
Tugevad mineraalhapped võivad kergesti hüdrolüüsida valkude peptiidsidemeid. Tavaline viis valgu hüdrolüüsimiseks on kuumutada seda temperatuurini 105 °C või leotada 24 tundi vesinikkloriidhappes.
Määramismeetod
Proteolüütilise aktiivsuse määramiseks on mitu meetodit. Näiteks kaseiini, hemoglobiini või asokeiini hüdrolüüs. Esimene meetod ei ole kallis, kuid kaseiini on raske lahustada. Hemoglobiini hüdrolüüsi meetod on kallim. Selle kasutamisel tuleb substraat denatureerida. Kolmas meetod väldib seda, kuid see pole ka odav. Kiireim ja mitte kallis meetod on piimasubstraadi kasutamine. See sisaldab vähem seadmeid ja seda saab kasutada koolitustel. Selleks on vaja ainult lõssi ja veevanni.
Katseprotseduur
Kaks milliliitrit puhverlahust (naatriumatsetaat pH 5,0, mis sisaldab CaCI2) lisatakse 3 milliliitrile lõssi. Seda segu hoitakse 30 °C juures veevannis 10 minutit. Piima hüübimise protsessi nägemiseks kasutatakse valgusallikat. See jätab vahele nii mitu sekundit, kui kulub nööpnõelapea suuruse piimatüki kalgendamiseks. Piisav ajavahemik täpsuse saavutamiseks on üks kuni kaks minutit. Ensüümblokk on defineeritud kui kogus, mis on vajalik esimese koaguleeritud fragmendi moodustamiseks ühe minuti jooksul valitud katsetingimustes.
Proteaasid kui viirusevastased ained
Praegu on viirusnakkuste raviks kasutamiseks mitmeid heakskiidetud proteolüütilise toimega ravimeid. Enamikku neist kasutatakse peamiselt herpesviiruse, inimese immuunpuudulikkuse viiruse, respiratoorsete süntsütiaalsete infektsioonide ja A-gripiviiruse infektsioonide raviks. Need on nukleosiidi analoogid, mis pärsivad viiruse DNA sünteesi.
Viimase kümnendi jooksul tehtud uuringud on näidanud, et proteaasid on paljude viiruste elutsüklis absoluutne nõue. Mõju ilmneb kassuure molekulmassiga prekursorvalkude lõhustamise teel funktsionaalsete toodete saamiseks või viiruseosakeste kokkupanekuks ja morfogeneesiks vajalike struktuursete valkude katalüüsiga.
Praeguseks on heaks kiidetud neli proteaasi inhibiitorit:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinaviir" (Viracept, AG1343).
Muud ravimid
Picornaviiruse proteaasid moodustavad ühe suurima meditsiiniliselt oluliste inimese patogeenide perekonna. Enteroviiruseid seostatakse erinevate kliiniliste sündroomidega, sealhulgas ülemiste hingamisteede haigused, aseptiline meningiit, entsefaliit, müokardiit, käte-, suu- ja sõrahaigused. Sel juhul aitavad proteaasid. Proteolüütilise aktiivsusega rögastusained:
- "Trüpsiin".
- "Ribonukleaas".
- "Chimozin"
Teine potentsiaalne rinoviirusevastane ravim on Pleconaril.
