Proteázy (proteinázy, peptidázy a proteolytické enzýmy) hrajú v živote človeka veľmi dôležitú úlohu. Doteraz bolo v ľudskom tele identifikovaných viac ako 500 týchto enzýmov, ktoré sú kódované 2 % všetkých génov. Proteolytická aktivita sa pozoruje u všetkých foriem života a vírusov.
Hlavná klasifikácia
Na základe katalytického zvyšku možno proteázy rozdeliť do 7 širokých skupín:
- Serín – užívanie serínového alkoholu.
- Cysteín – použitie cysteínového tiolu.
- Treonín - obrat sekundárneho alkoholu treonín.
- Asparágová – s použitím kyseliny aspartátkarboxylovej.
- Glutamický – s použitím glutamátu karboxylovej kyseliny.
- Metaloproteáza – obrat kovu, zvyčajne zinok.
- Asparagínové peptidové lyázy – Asparagín sa používa na uskutočnenie vylučovacej reakcie (nevyžaduje vodu).
Proteázy boli najprv zoskupené do 84 rodín podľa ich proteolytickej aktivity aklasifikované do 4 katalytických typov:
- serine;
- cysteín;
- aspartic;
- metal.
Význam
Celková proteolytická aktivita hrá dôležitú úlohu v mnohých telesných procesoch. Ide o oplodnenie, trávenie, rast, dozrievanie, starnutie a dokonca aj smrť. Proteázy regulujú mnohé fyziologické procesy tým, že riadia aktiváciu syntézy a znehodnocovanie bielkovinových potravín. Zohrávajú dôležitú úlohu pri rozmnožovaní a šírení vírusov, baktérií a parazitov, a preto sú zodpovedné za účinný prenos chorôb spôsobených patogénnymi látkami. Tieto enzýmy umožňujú nádorovým bunkám deliť sa, vyplniť medzibunkový priestor a krvné cievy pľúc a šíriť sa do iných tkanív tela.
Biologické funkcie
Proteolytická aktivita má nasledujúce funkcie:
- Spracovanie po preklade. Zahŕňa odstránenie metionínu a/alebo premenu neaktívneho alebo nefunkčného proteínu na aktívnu jednotku.
- Štepenie prekurzorových bielkovín. Je to potrebné na zaistenie toho, že proteáza je aktivovaná iba v správnom mieste a kontexte. Nesprávna proteolytická aktivita môže byť pre telo veľmi škodlivá.
- Degradácia bielkovín. Môže sa vyskytovať intracelulárne alebo extracelulárne. Vykonáva množstvo funkcií: odstraňuje poškodené a abnormálne proteíny; zabraňuje ich hromadeniu; slúži na reguláciu bunkových procesov odstránenímenzýmy.
- Trávenie. Proteíny získané z potravy sú štiepené na peptidové reťazce pepsínom, trypsínom, chymotrypsínom a elastázou. Aby sa zabránilo nevhodnej alebo predčasnej aktivácii tráviacich enzýmov (ktoré môžu spôsobiť pankreatitídu), fungujú ako neaktívny zymogén.
Enzýmy
Proteolytické enzýmy sa nachádzajú v baktériách, vírusoch, niektorých typoch rias a rastlín. Väčšina z nich je však u zvierat. Existujú rôzne typy proteolytickej aktivity enzýmov. Sú klasifikované podľa miest, v ktorých je katalyzovaný rozklad bielkovín. Dve hlavné skupiny sú exopeptidy a endopeptidázy. V tele sú bielkovinové materiály spočiatku napadnuté pepsínom. Keď sa proteín dostane do tenkého čreva, čiastočne ho strávi žalúdok. Tu je vystavený proteolytickým enzýmom vylučovaným pankreasom. Potom sa v čreve aktivujú pankreatické enzýmy, ktoré premieňajú proteíny na aminokyseliny, ktoré sú ľahko absorbované jeho stenami. Pankreas je tak chránený pred vlastným trávením.
Baktérie
Mikrobiálne proteázy sú jednou z dôležitých skupín v priemyselno-komerčnej výrobe enzýmov. Uskutočnili sa štúdie na stanovenie proteolytickej aktivity baktérií, aby sa objasnila ich úloha v patogenéze infekčných chorôb. Ťažiskom bolo vyšetrenie baktérií mliečneho kvasenia z rôznych jogurtov a fermentovaných mliek. V prírode sú široko rozšírené. Ide o laktobacily, laktokoky, bifidobaktérie, streptokoky, enterokoky a sporolaktobacily. Delia sa na druhy, poddruhy, varianty a kmene.
Proteolytická aktivita je veľmi dôležitou charakteristikou baktérií mliečneho kvasenia. Bakteriálne proteázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú hydrolýzu peptidových väzieb v proteínoch a polypeptidoch. Zohrávajú významnú úlohu v priemyselnej biotechnológii a farmaceutike. Štúdie ukázali, že 13 kmeňov má proteolytickú aktivitu. Päť z nich, konkrétne L1, L2, L6, L7, L9, vykazovalo najvyššiu aktivitu.
Peptiny
Proteolytická aktivita pepsínu sa meria pod vplyvom magnetického poľa na telo. Molekulárna štruktúra pepsínu je charakterizovaná D-priestorovou symetriou. Neaktívny proenzým pepsinogén sa syntetizuje v bunkách žalúdočnej sliznice. Je prítomný aj v rôznych biologických tekutinách (krv, moč, semenná a cerebrospinálna tekutina). Pepsinogén sa vyznačuje autokatalytickou aktiváciou. Jeho sekréciu stimuluje vagusový nerv, sympatické vlákna, gastrín, histamín, sekretín a cholecystokinín. Gastrín pôsobí ako stimulátor parietálnych buniek. Tento polypeptid existuje v 2 formách obsahujúcich 34 a 17 aminokyselín. Merania proteolytickej aktivity pepsínu vo vzťahu k štandardnému hemoglobínu odhalili podobné zmeny v tráviacej aktivite enzýmu.
Proteolýza a choroba
Anomálne proteolytickéaktivita je spojená s mnohými chorobami. Pri pankreatitíde vedie únik proteáz a ich predčasná aktivácia v pankrease k samovznieteniu pankreasu. Ľudia s cukrovkou môžu mať zvýšenú aktivitu lyzozómov a degradácia určitých proteínov môže byť podstatne zvýšená. Chronické zápalové ochorenia (reumatoidná artritída) môžu viesť k uvoľneniu lyzozomálnych enzýmov do extracelulárneho priestoru. To ničí okolité tkanivá. Nerovnováha medzi proteázami a antiproteázami môže viesť k deštrukcii pľúcneho tkaniva pri emfyzéme spôsobenom fajčením tabaku.
Iné choroby zahŕňajú svalovú dystrofiu, degeneráciu kože, respiračné a gastrointestinálne ochorenia, zhubné nádory.
Neenzymatická proteolýza
Proteínová kostra je veľmi stabilná vo vode pri neutrálnom pH a izbovej teplote, hoci rýchlosť hydrolýzy rôznych peptidových väzieb sa môže líšiť. Polčas rozpadu peptidovej väzby sa pohybuje od 7 do 350 rokov.
Silné minerálne kyseliny môžu ľahko hydrolyzovať peptidové väzby v proteínoch. Štandardným spôsobom hydrolýzy proteínu je zahriatie na 105 °C alebo namočenie v kyseline chlorovodíkovej na 24 hodín.
Metóda stanovenia
Existuje niekoľko metód na určenie proteolytickej aktivity. Napríklad hydrolýza kazeínu, hemoglobínu alebo azokazeínu. Prvá metóda nie je drahá, ale kazeín sa ťažko rozpúšťa. Metóda hydrolýzy hemoglobínu je drahšia. Pri jeho použití je potrebné substrát denaturovať. Tretia metóda sa tomu vyhýba, no nie je ani lacná. Najrýchlejšou, nie drahou metódou je použitie mliečneho substrátu. Zahŕňa menej vybavenia a možno ho použiť na školeniach. Stačí odtučnené mlieko a vodný kúpeľ.
Experimentálny postup
Dva mililitre tlmivého roztoku (octan sodný pH 5,0 obsahujúci CaCI2) sa pridajú do 3 mililitrov odstredeného mlieka. Táto zmes sa udržiava pri teplote 30 °C vo vodnom kúpeli počas 10 minút. Na zobrazenie procesu zrážania mlieka sa používa zdroj svetla. Preskočí toľko sekúnd, koľko je potrebné na zrážanie kúska mlieka veľkosti špendlíkovej hlavičky. Primeraný čas na presnosť je jedna až dve minúty. Enzýmový blok je definovaný ako množstvo potrebné na vytvorenie prvého koagulovaného fragmentu za jednu minútu za zvolených experimentálnych podmienok.
Proteázy ako antivírusové látky
V súčasnosti existuje množstvo schválených liekov s proteolytickou aktivitou na použitie pri liečbe vírusových infekcií. Väčšina sa používa predovšetkým na liečbu herpesvírusu, vírusu ľudskej imunodeficiencie, respiračných syncyciálnych infekcií a infekcií vírusom chrípky typu A. Ide o nukleozidové analógy, ktoré pôsobia inhibíciou syntézy vírusovej DNA.
Výskum za posledné desaťročie ukázal, že proteázy sú absolútnou požiadavkou v životnom cykle mnohých vírusov. Vplyv sa vyskytuje buďštiepením prekurzorových proteínov s vysokou molekulovou hmotnosťou na získanie funkčných produktov alebo katalýzou štrukturálnych proteínov potrebných na zostavenie a morfogenézu vírusových častíc.
K dnešnému dňu boli schválené štyri inhibítory proteázy:
- "Sachinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Iné drogy
Pikornavírusové proteázy tvoria jednu z najväčších rodín medicínsky dôležitých ľudských patogénov. Enterovírusy sú spojené s rôznymi klinickými syndrómami, vrátane chorôb horných dýchacích ciest, aseptickej meningitídy, encefalitídy, myokarditídy, chorôb rúk, nôh a úst. V tomto prípade pomôžu proteázy. Expektorans s proteolytickou aktivitou:
- "Trypsín".
- "Ribonukleáza".
- "Chimozin"
Ďalším potenciálnym antirinovírusovým liekom je Pleconaril.
