Activitatea proteolitică: definiție, funcție, importanță pentru organism și clasificarea proteazelor

Proteazele (proteinaze, peptidaze și enzime proteolitice) joacă un rol foarte important în viața omului. Mai mult de 500 dintre aceste enzime au fost identificate astăzi în corpul uman și sunt codificate de 2% din toate genele. Activitate proteolitică prezentă în toate formele de viață și în viruși.

Clasificare de bază

Pe baza reziduurilor lor catalitice, proteazele pot fi împărțite în 7 grupe mari:

1. Serină - folosind alcool de serină.
2. Cisteină - utilizarea tiolului cisteină.
3. Treonină - cifra de afaceri a alcoolului secundar treonină.
4. Asparagină - folosind acidul carboxilic aspartat.
5. Glutamină - folosind acid carboxilic glutamat.
6. Metalo-proteaze - transformarea unui metal, de obicei zinc.
7. Asparagină peptide lipaze - utilizează asparagina pentru a efectua reacția de eliminare (nu necesită apă).

Proteazele au fost mai întâi grupate în 84 de familii, în funcție de activitatea lor proteolitică, și clasificate în 4 tipuri catalitice

• serină;
• cisteină;
• asparagină;
• metal.

Importanța

Activitatea proteolitică joacă un rol important în multe procese corporale. Acestea sunt fertilizarea, digestia, creșterea, maturizarea, senescența și chiar moartea. Proteazele reglează multe procese fiziologice prin controlul activării sintezei și degradării proteinelor. Acestea joacă un rol important în reproducerea și răspândirea virușilor, bacteriilor și paraziților și, prin urmare, sunt responsabile pentru transmiterea eficientă a bolilor cauzate de agenții patogeni. Aceste enzime permit celulelor tumorale să se dividă, să umple spațiul intercelular și vasele de sânge din plămâni și să se răspândească în alte țesuturi din organism.

Funcții biologice

Activitatea proteolitică are următoarele funcții

• Prelucrarea post-translațională. Implică eliminarea metioninei și/sau transformarea unei proteine inactive sau disfuncționale într-o unitate activă.
• Scindarea proteinelor precursoare. Aceasta pentru a se asigura că proteinaza este activată numai în locul și în contextul corect. O activitate proteolitică necorespunzătoare poate fi foarte dăunătoare pentru organism.
• Degradarea proteinelor. Se poate produce la nivel intracelular sau extracelular. Realizează o serie de funcții: elimină proteinele deteriorate și anormale; previne acumularea acestora; servește la reglarea proceselor celulare prin eliminarea enzimelor.
• Digestie. Proteinele din alimente sunt descompuse în lanțuri peptidice de către pepsină, tripsină, chimotripsină și elastază. Pentru a preveni activarea necorespunzătoare sau prematură a enzimelor digestive (acest lucru poate provoca pancreatită) acționează ca un zimogen inactiv.

Enzime

Enzimele proteolitice sunt prezente în bacterii, virusuri, unele tipuri de alge și plante. Dar ele sunt mai abundente la animale. Există diferite tipuri de activitate a enzimelor proteolitice. Acestea sunt clasificate în funcție de locurile în care este catalizată scindarea proteinei. Cele două grupe principale sunt egzopeptidele și endopeptidazele. În interiorul organismului, materialele proteice sunt inițial atacate de pepsină. Când proteina este transferată în intestinul subțire, este parțial digerată de stomac. Aici este expus la enzimele proteolitice secretate de pancreas. Enzimele pancreatice sunt apoi activate în intestin, transformând proteinele în aminoacizi care pot fi ușor absorbiți de pereții acestuia. În acest fel, pancreasul este protejat împotriva auto-digerării.

Bacteria

Proteazele microbiene sunt unul dintre grupurile importante în cadrul producției industriale și comerciale de enzime. S-au efectuat studii pentru determinarea activității proteolitice a bacteriilor în vederea elucidării rolului acestora în patogeneza bolilor infecțioase. S-a pus accentul pe testarea bacteriilor lactice din diferite iaurturi și lapte fermentat. Ele sunt răspândite în natură. Acestea sunt lactobacilii, lactococi, bifidobacterii, streptococi, enterococi și sporolactobacterii. Acestea sunt subdivizate în specii, subspecii, variante și tulpini.

Activitatea proteolitică este o caracteristică foarte importantă a bacteriilor lactice. Proteazele bacteriene sunt enzime care catalizează hidroliza legăturilor peptidice din proteine și polipeptide. Acestea joacă un rol important în biotehnologia industrială și în industria farmaceutică. Activitatea proteolitică a fost identificată în 13 tulpini diferite, clasificate în diferite specii, subspecii și subtipuri. Cinci dintre acestea, și anume L1, L2, L6, L7, L9, au prezentat cea mai mare activitate.

Peptine

Activitatea proteolitică a pepsinei măsurată prin efectul unui câmp magnetic asupra corpului. Structura moleculară a pepsinei este caracterizată de simetrie în spațiul D. Proenzima inactivă pepsinogenul este sintetizată în interiorul celulelor mucoasei gastrice. De asemenea, este prezentă în diferite fluide corporale (sânge, urină, lichid seminal și lichid cefalorahidian). Pepsinogenul se caracterizează prin activare autocatalitică. Secreția sa este stimulată de nervul vag, fibrele simpatice, gastrina, histamina, secretina și colecistochinina. Gastrina acționează ca un stimulator al celulelor parietale. Această polipeptidă există în 2 forme, conținând 34 și 17 aminoacizi. Măsurătorile activității proteolitice a pepsinei în raport cu hemoglobina standard au evidențiat modificări similare în activitatea digestivă a enzimei.

Proteoliza și boala

Activitatea proteolitică anormală este asociată cu multe boli. În pancreatită, scurgerea de proteaze și activarea lor prematură în pancreas duce la autoinflamarea pancreasului. Persoanele cu diabet pot avea o activitate lizozomală crescută, iar degradarea unor proteine poate fi semnificativ crescută. Cronică boli inflamatorii (poliartrita reumatoidă) poate duce la eliberarea de enzime lizozomiale în spațiul intercelular. Acest lucru distruge țesuturile din jur. Un dezechilibru între proteaze și antiproteaze poate duce la distrugerea țesutului pulmonar în emfizemul indus de tutun.

Alte afecțiuni includ distrofia musculară, degenerarea pielii, boli respiratorii și gastrointestinale, tumori maligne.

Proteoliza neenzimatică

Coloana vertebrală a proteinei este foarte stabilă în apă la pH neutru și la temperatura camerei, deși rata de hidroliză a diferitelor legături peptidice poate varia. Timpul de înjumătățire al legăturii peptidice variază între 7 și 350 de ani.

Acizii minerali puternici pot hidroliza cu ușurință legăturile peptidice din proteine. Modul standard de hidroliza a unei proteine este de a o încălzi la 105 °C sau de a o înmuia timp de 24 de ore în acid clorhidric.

Metode de determinare

Există mai multe metode definiții ale activității proteolitice. De exemplu, hidroliza cazeinei, a hemoglobinei sau a azocazeinei. Prima metodă nu este costisitoare, dar cazeina este dificil de dizolvat. Metoda de hidroliză a hemoglobinei este mai costisitoare. În cazul în care se utilizează, substratul trebuie denaturat. A treia metodă evită acest lucru, dar este și costisitoare. Metoda cea mai rapidă și necostisitoare este utilizarea unui substrat de lapte. Implică mai puține echipamente și poate fi utilizat în cadrul cursurilor de formare. Tot ceea ce este necesar este laptele degresat și o baie de apă.

Procedura experimentală

Doi mililitri de soluție tampon (acetat de sodiu cu un pH de 5.0 conținând CaC_I2) se adaugă la 3 mililitri de lapte degresat. Acest amestec este incubat la 30 °C într-o baie de apă timp de 10 minute. Pentru a vedea procesul de coagulare lapte, se utilizează o sursă de lumină. Se adaugă timp de atâtea secunde cât este necesar pentru a coagula o particulă de lapte de mărimea unui cap de ac. Perioadă adecvată pentru precizie - între unu și două minute. Blocul enzimatic este definit ca fiind cantitatea de enzimă necesară pentru a forma primul fragment coagulat într-un minut în condițiile experimentale selectate.

Proteaze ca agenți antivirali

În prezent, există o serie de medicamente cu activitate proteolitică aprobate pentru utilizarea în tratamentul infecțiilor virale. Cele mai multe dintre ele sunt utilizate în principal pentru tratarea infecțiilor cu herpesvirus, virusul imunodeficienței umane, virusul sincițial respirator și virusul gripal A. Aceștia sunt analogi nucleozidici care acționează prin inhibarea sintezei ADN-ului viral.

Cercetările din ultimul deceniu au arătat că proteazele sunt o cerință absolută în ciclul de viață al multor virusuri. Influența are loc fie prin scindarea proteinelor precursoare cu greutate moleculară mare pentru a produce produse funcționale, fie prin catalizarea proteinelor structurale, necesare pentru Asamblarea și morfogeneza particulelor virale.

Patru inhibitori de protează aprobați în prezent

• "Sakvinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
• "Indinavir" (Crixivan, MK-639).
• "Ritonavir" (Norvir, ABT-538).
• "Nelfinavir" (Virasept, AG1343).

Alte medicamente

Proteazele picornavirusurilor constituie una dintre cele mai mari familii de agenți patogeni umani de importanță medicală. Enterovirusurile sunt asociate cu diverse sindroame clinice, inclusiv boli Tractul respirator superior, Meningită aseptică, encefalită, miocardită, boala mâinilor, picioarelor și gurii. În acest caz, inhibitorii de protează vor ajuta. Expectorante cu activitate proteolitică:

• "Tripsină".
• "Ribonuclază".
• "Chymosin"

Un alt medicament antirinoviral potențial este "Plecnaril".