Протеолиз

Протеолитическая активность: определение, функции, значение для организма и классификация протеаз

Протеолиз

Протеазы (протеиназы, пептидазы и протеолитические ферменты) играют очень важную роль в жизни человека. На сегодняшний день в человеческом организме определено более 500 этих ферментов, которые кодируются на 2 % всех генов. Протеолитическая активность наблюдается во всех формах жизни и вирусах.

Основная классификация

На основе каталитического остатка протеазы можно разделить на 7 обширных групп:

  1. Сериновые – использование серинового спирта.
  2. Цистеиновые – применение цистеина тиола.
  3. Треониновые – оборот вторичного спирта треонина.
  4. Аспарагиновые – с использованием аспартатной карбоновой кислоты.
  5. Глутаминовые – с применением карбоновой кислоты глутамата.
  6. Металлопротеазы – оборот металла, обычно цинка.
  7. ЛиАЗы пептида аспарагина – используется аспарагин для того, чтобы выполнить реакцию исключения (не требуя воды).

Протеазы сначала были собраны в 84 семьи, согласно их протеолитической активности, и расклассифицированы под 4 каталитическими типами:

  • серин;
  • цистеин;
  • аспарагиновые;
  • металлические.

Значение

Общая протеолитическая активность играет важную роль во многих процессах организма. Это оплодотворение, пищеварение, рост, созревание, старение и даже смерть. Протеазы регулируют многие физиологические процессы путем контроля над активацией синтеза и ухудшением белковой пищи.

Они играют важную роль в размножении и распространении вирусов, бактерий и паразитов, поэтому отвечают за эффективную передачу заболеваний, вызванных патогенными веществами.

Эти ферменты дают возможность опухолевым клеткам делиться, заполнять межклеточное пространство и кровеносные сосуды легких, а также распространяться в других тканях организма.

Протеолитическая активность обладает следующими функциями:

  • Посттрансляционная обработка. Включает в себя удаление метионина и/или преобразование неактивного или нефункционального протеина до активной единицы.
  • Расщепление белков-предшественников. Это необходимо для того, чтобы протеаза активировалась только в правильном месте и контексте. Неправильная протеолитическая активность может быть очень разрушительной для организма.
  • Деградация белка. Может происходить внутриклеточно или внеклеточно. Выполняет ряд функций: удаляет поврежденные и аномальные белки; предотвращает их накопление; служит для регулирования клеточных процессов путем удаления ферментов.
  • Пищеварение. Протеины, полученные из пищи, расщепляются на цепи пептида, благодаря пепсину, трипсину, химотрипсину и эластазу. Для предотвращения неуместной или преждевременной активации пищеварительных энзимов (это может вызвать панкреатит) они выступают как неактивный зимоген.

Ферменты

Протеолитические ферменты присутствуют в бактериях, вирусах, некоторых типах водорослей и растений. Но больше всего их в животных. Существуют различные типы протеолитической активности ферментов. Они классифицируются в соответствии с участками, в которых катализируется расщепление белков. Двумя основными группами являются эгзопептиды и эндопептидазы.

Внутри организма материалы протеина первоначально атакованы пепсином. Когда белок передается в тонкую кишку, он частично переварен желудком. Здесь он подвергается воздействию протеолитических энзимов, выделяемых поджелудочной железой. Затем панкреатические ферменты активизируются в кишечнике, превращая белки в аминокислоты, которые легко всасываются его стенками.

Таким образом, поджелудочная железа защищена от самопереваривания.

Микробные протеазы одна из важных групп в составе промышленно-коммерческого производства энзимов. Были проведены исследования для определения протеолитической активности бактерий с целью выяснить их роли внутри патогенеза инфекционных заболеваний.

Основное внимание уделялось обследованию молочнокислых бактерий из различных йогуртов и ферментированного молока. Они широко распространены в природе. Это лактобактерии, лактококки, бифидобактерии, стрептококки, энтерококки и споролактобактерии.

Они разделяются по видам, подвидам, вариантам и штаммам.

Протеолитическая активность – очень важная характеристика молочнокислых бактерий. Протеазы бактерий – это ферменты, которые катализируют гидролизпептидные связи в белках и полипептидах.

Они играют значительную роль в промышленных биотехнологиях и фармацевтике. Исследования показали, что протеолитической активностью обладают 13 штаммов.

Пять из них, а именно L1, L2, L6, L7, L9, показали самую высокую деятельность.

Пептины

Протеолитическая активность пепсина измеряется под влиянием магнитного поля на организм. Молекулярная структура пепсина характеризуется D-пространственной симметрией. Неактивный пепсиноген проэнзима синтезируется внутри клеток слизистой оболочки желудка.

Также он присутствует в различных биологических жидкостях (кровь, моча, семенная и спинномозговая жидкость). Пепсиноген характеризуется автокаталитической активацией.

Его секреция стимулируется блуждающим нервом, симпатическими волокнами, гастрином, гистамином, секретином и холецистокинином. Гастрин действует как стимулятор теменных клеток. Этот полипептид существует в 2 формах, содержащих 34 и 17 аминокислот.

Измерения протеолитической активности пепсина в отношении к стандартному гемоглобину выявили аналогичные изменения в пищеварительной активности фермента.

Протеолиз и болезни

Аномальная протеолитическая активность связана со многими заболеваниями. При панкреатите утечка протеаз и их преждевременная активация в поджелудочной железе приводит к самовоспламенению поджелудочной железы.

Люди с сахарным диабетом могут иметь повышенную активность лизосом, деградация некоторых белков может существенно увеличиться. Хронические воспалительные заболевания (ревматоидный артрит) могут привести к высвобождению лизосомальных ферментов в межклеточное пространство. Это разрушает окружающие ткани.

Дисбаланс между протеазами и антипротеазами может привести к разрушению ткани легких при эмфиземе, вызванной курением табака.

Другие заболевания включают мышечную дистрофию, дегенерацию кожи, дыхательные и желудочно-кишечные заболевания, злокачественные опухоли.

Неферментативный протеолиз

Основа белка очень стабильна в воде при нейтральном РН и комнатной температуре, хотя скорость гидролиза разных пептидных связей может различаться. Полупериод распада скрепления пептида колеблется от 7 до 350 лет.

Сильные минеральные кислоты могут легко гидролизировать пептидные связи в белке. Стандартный путь гидролиза протеина – нагреть его до 105 °C или продержать 24 часа в хлористо-водородной кислоте.

Методика определения

Существует несколько методов определения протеолитической активности. Например, гидролиз казеина, гемоглобина или азоказеина. Первый метод не дорог, но казеин трудно растворяется. Метод гидролиза гемоглобина дороже.

При его использовании субстрат необходимо денатурировать. Третий метод избегает этого, но он также недешевый. Самый быстрый, не дорогой метод – это использование молочного субстрата. Он включает меньше оборудования и может быть использован в обучающих курсах.

Все что требуется – это обезжиренное молоко и водяная баня.

Экспериментальная процедура

Два миллилитра буферного раствора (ацетат натрия с РН 5.0, содержащий CaCI2) добавляется в 3 миллилитра обезжиренного молока. Эта смесь выдерживается при 30 °C в водяной бане в течение 10 минут. Чтобы увидеть процесс свертывания молока, используется источник света.

Он пропускается столько секунд, сколько необходимо для свертывания частицы молока размером с головку булавки. Адекватный период для точности – между одной и двумя минутами.

Блок энзима определяется как его количество, которое необходимо для формирования первого свернувшегося фрагмента за одну минуту при выбранных экспериментальных условиях.

В настоящее время существует ряд одобренных препаратов с протеолитической активностью для применения при лечении вирусных инфекций. Большинство из них используется главным образом для лечения инфекций герпесвируса, вируса иммунодефицита человека, респираторно-синцитиальных инфекций и вируса гриппа А. Это нуклеозидные аналоги, которые действуют путем ингибирования синтеза вирусной ДНК.

Исследования последнего десятилетия показали, что протеазы являются абсолютным требованием в жизненном цикле многих вирусов. Влияние происходит либо путем расщепления высокомолекулярных белков-предшественников с получением функциональных продуктов, либо путем катализа структурных белков, необходимых для сборки и морфогенеза вирусных частиц.

На сегодняшний день утверждены четыре ингибитора протеазы:

  • “Саквинавир” (Invirase, Ro 31-8959).
  • “Индинавир” (Crixivan, MK-639).
  • “Ритонавир” (Норвир, АВТ-538).
  • “Нелфинавир” (Вирасепт, AG1343).

Другие препараты

Пикорнавирусные протеазы составляют одно из крупнейших семейств, важных с медицинской точки зрения человеческих патогенов.

Энтеровирусы связаны с различными клиническими синдромами, включая заболевания верхних дыхательных путей, асептический менингит, энцефалит, миокардит, болезни рук, ног и рта.

В этом случае помогут протеазы. Отхаркивающие средства, обладающие протеолитической активностью:

  • “Трипсин”.
  • “Рибонуклеаза”.
  • “Химозин”

Еще одним потенциальным антириновирусным препаратом является “Плеконарил”.

Источник: //FB.ru/article/470463/proteoliticheskaya-aktivnost-opredelenie-funktsii-znachenie-dlya-organizma-i-klassifikatsiya-proteaz

Протеолиз — Медицинская энциклопедия

Протеолиз

I

Протеолиз (проте [ины] (Протеины) + lysis разложение, распад)

ферментативный гидролиз белков и пептидов, катализируется протеолитическими ферментами (пептид-гидролазами, протеазами) и играет важную роль в регуляции обмена веществ в организме.

С протеолизом связаны такие фундаментальные процессы жизнедеятельности, как внутриклеточный распад белков (Белки) и регуляция их кругооборота (см. Азотистый обмен), Пищеварение, оплодотворение, морфогенез, защитные реакции (см. Иммунитет), адаптационные перестройки обмена.

Нарушение П. и его регуляции лежит в основе развития многих патологических состояний.

Различают два типа протеолиза: приводящий к полному расщеплению белковых молекул до отдельных аминокислот и частичный, так называемый ограниченный протеолиз, при котором избирательно гидролизуется одна или несколько пептидных связей в молекуле белка.

Протеолиз первого типа происходит в результате согласованного действия различных протеолитических ферментов, тогда как реакции ограниченного П. катализируются отдельными специфическими протезами. Полный П. осуществляется при внутриклеточном распаде белков под влиянием тканевых протеаз (часто называемых катепсинами).

Он протекает во многих случаях внутри лизосом — клеточных органелл, содержащих набор гидролитических ферментов. Путем полного П. происходит удаление из организма аномальных белков, образующихся в результате мутаций и ошибок биосинтеза. Полное расщепление белковых молекул наблюдается также при различных морфогенетических превращениях и адаптационных перестройках обмена.

В процессах пищеварения под влиянием протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта Пепсина, Трипсина, Химотрипсина и ряда пептидаз происходит полный П. белков пищи.

Ограниченный П. белковых молекул имеет первостепенное значение для регуляции обмена веществ в организме. Реакции ограниченного П. участвуют в процессе образования и инактивации практически всех ферментов, гормонов и других биологически активных белков и пептидов и, следовательно, в контроле активности основных биорегуляторов.

Например, ограниченный П. происходит при превращении неактивных проферментов пепсиногена, трипсиногена и др. в соответствующие активные протеазы, а также при образовании ферментов, участвующих в свертывании крови, фибринолизе, активации системы комплемента, ренин-ангиотензинной и калликреин-кининовой систем и др.

Эти системы организма активируются в результате каскадного процесса, на каждой из стадий которого из неактивного профермента путем ограниченного П. образуется фермент, катализирующий последующую реакцию. Примером роли ограниченного П.

в биогенезе гормонов может служить специфический гидролиз ряда пептидных связей в молекуле проопиомеланокортина (см.

Регуляторные пептиды), в результате которого из этого полифункционального биосинтетического предшественника образуются АКТГ, β-липотропин, эндорфины, меланоцитостимулирующие гормоны, из проинсулина — инсулин, из проглюкагона — глюкагон. Таким же образом из своих неактивных предшественников образуются факторы роста и другие регуляторные пептиды.

При некоторых эндокринных заболеваниях, например наследственной проинсулинемии, нарушен ограниченный П. проинсулина. Основным молекулярным механизмом образования, инактивации и модификации различных нейропептидов также является ограниченный П., который тем самым играет существенную роль в реализации таких нейрофизиологических процессов, как память, боль, поведенческие реакции и др.

Ограниченный П. представляет собой один из основных механизмов посттрансляционной модификации — процессинга белков, этапа, на котором из вновь синтезированных полипептидных цепей формируются «зрелые» белковые молекулы. С помощью ограниченного П.

образуются функционально активные белки и пептиды не только у высших, но и у простейших организмов. Так, путем ограниченного П. из вирусного полипротеина получаются специфические белки различных вирусов, т.е. ограниченный П.

является одним из важнейших механизмов репродукции вирусов и играет большую роль в развитии вирусных инфекций.

В организме различные белки имеют разную продолжительность жизни: для одних белков она составляет минуты, для других — многие сутки. Продолжительность жизни белков и скорость их кругооборота определяются как скоростью их биосинтеза, так и скоростью протеолиза. Скорость П.

белков зависит от ряда факторов, в частности от их взаимодействия с другими веществами: субстратами, коферментами, аллостерическими эффекторами (см. Ферменты), а также от химических модификаций, которым белок может подвергаться в клетке (гликозилирования, фосфорилирования и др.

).

При переходе организма из одного физиологического состояния в другое (например, на определенных стадиях эмбриогенеза), а также при голодании и некоторых стрессорных реакциях наблюдается резкое усиление П. тканевых белков. Локальное усиление П.

белков межклеточного матрикса (коллагена, фибронектина, ламинина, протеогликанов и др.) отмечается, например, в процессе разрушения хряща при ревматоидном артрите, базальной мембраны при гломерулонефрите, а также при инвазивном росте и метастазировании опухолей. Повышенный П.

этих белков, а также эластина наблюдается в случае разрушения легочной ткани при эмфиземе легкого, туберкулезе легких и др. Рассеянный склероз и ряд других заболеваний нервной системы, сопровождающихся демиелинизацией, связаны с усилением П. основного белка миелина. При мышечной дистрофии отмечают повышенный П.

белков миофибрилл. Во всех этих случаях усиленный распад белков обусловлен освобождением внутриклеточных протеаз и нарушением регуляции их активности.

Изменение П. белков при ряде других заболеваний может быть вызвано синтезом дефектного белка-субстрата.

Это наблюдается при некоторых наследственных энзимопатиях, когда недостаточность фермента может быть о словлена синтезом белка-субстрата, обладающего повышенной чувствительностью к действию протеаз (например, β-галактозидазы при некоторых формах галактосиалидоза), или нарушением ограниченного П.

биосинтетического предшественника ферментного белка и образованием вследствие этого аномальной формы фермента (например, аномальный α-субъединицы гексозаминидазы А при некоторых вариантах болезни Тея — Сакса).

Катализирующие гидролиз белков пептидгидролазы (протеазы, пептидазы) представляют собой большую группу ферментов, различающихся по своим физико-химическим свойствам, структуре и субстратной специфичности.

Эти ферменты имеют универсальное распространение и локализованы в различных субклеточных структурах: ядрах, лизосомах, митохондриях, пластинчатом комплексе, микросомной и плазматической мембранах, цитозоле и др.

Различают две большие группы протеаз: эндопептидазы, расщепляющие в белках внутренние и пептидные связи, и экзопептидазы, которые гидрализуют связи на N- и С-концевых участках пептидной цепи.

По строению активного центра фермента и механизму его действия выделяют 4 семейства эндопептидаз: аспартильные, серниновые, цистеиновые и металлопротеазы, к аспартильным протеазам относятся пепсин, ренин, катепсины D, Е и ряд других; к сериновым ферментам принадлежат трипсин, химотрипсин, эластаза, подавляющее большинство протеаз плазмы крови (факторы свертывания крови, фибринолиза, системы комплемента, кининовой системы), многие внутриклеточные и бактериальные протеазы. К цистеиновым протеазам относятся многие катепсины: В, H, L, ряд бактериальных и растительных ферментов, из которых наиболее хорошо изучен папаин. Представителями металлопротеаз являются коллагеназа, термолизин и др. Экзопептид разделяют на аминопептидазы и карбоксипептидазы, дипептидиламинопептидазы и дипептидилкарбоксипептидазы, которые катализируют отщепление аминокислот или дипептидов от N- и С-конца пептидной цепи соответственно, и дипептидазы, катализирующие гидролиз дипептидов. Многие экзопептидазы являются металлоферментами.

Большинство протеаз синтезируется в виде неактивных предшественников — проферментов; их активация происходит в результате ограниченного П., протекающего либо аутокаталитически, либо под действием определенных протеаз.

Многие протеазы подвергаются аутолизу (самоперевариванию), при этом часто теряют ферментативную активность. В некоторых случаях (например, у Са2+-зависимых нейтральных протеаз) на определенных этапах аутолиза отмечают активацию ферментов.

В плазме крови и других биологических жидкостях также в различных клетках и тканях присутствуют белковые ингибиторы, специфически блокирующие активность отдельных протеаз или групп протеаз.

С помощью систем таких ингибиторов осуществляются регуляция активности протеаз в физиологических условиях и предохранение белков от их действия. Нарушение баланса между протеазами и соответствующими ингибиторами часто приводит к развитию патологии.

Для коррекции П. в клинической практике в качестве лекарственных средств используют протеолитические ферменты и их ингибиторы. Так, для нормализации П.

пищевых белков при некоторых желудочно-кишечных заболеваниях применяют препараты пепсина, трипсина, химотрипсина для лизиса сгустков фибрина при тромболитической терапии используют плазмин (фибринолизин), стрептокиназу и др.; при лечении гнойных ран, ожогов, пролежней для П.

белков некротизированных тканей применяют трипсин, химотрипсин и некоторые другие протеазы. При заболеваниях, сопровождающихся усиленным П. белков (например, при панкреатитах) используют препараты ингибиторов протеаз: трасилол и др.).

Библиогр.: Веремеенко К.Н., Голобородько О.П. и Кизим А.И. Протеолиз в норме и при патологии, Киев, 1988, библиогр.; Мосолов В.В. Протеолитические ферменты, М., 1971, библиогр.; Сыновец А.С. и Левицкий А.П. Ингибиторы протеолитических ферментов в медицине, Киев, 1985, библиогр.; Хорет А. Молекулярные основы патогенеза болезней, пер. с польск., М., 1982.

II

Протеолиз (Протеины + греч. lysis растворение, разрушение)

процесс ферментативного расщепления белков до пептидов и аминокислот.

Источник: Медицинская энциклопедия на Gufo.me

Источник: //gufo.me/dict/medical_encyclopedia/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B7

Ваш Недуг
Добавить комментарий