فعالیت پروتئولیتیک: تعریف، عملکردها، اهمیت برای بدن و طبقه بندی پروتئازها

2024 نویسنده: Curtis Blomfield | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 05:45

پروتئازها (پروتئینازها، پپتیدازها و آنزیم های پروتئولیتیک) نقش بسیار مهمی در زندگی انسان دارند. تا به امروز بیش از 500 مورد از این آنزیم ها در بدن انسان شناسایی شده است که توسط 2 درصد از کل ژن ها کدگذاری می شوند. فعالیت پروتئولیتیک در تمام اشکال حیات و ویروس ها مشاهده می شود.

طبقه بندی اصلی

بر اساس باقیمانده کاتالیزوری، پروتئازها را می توان به 7 گروه بزرگ تقسیم کرد:

سرین - استفاده از الکل سرین.
سیستئین - استفاده از سیستئین تیول.
ترئونین - گردش الکل ثانویه ترئونین.
اسپارتیک - با استفاده از اسید کربوکسیلیک آسپارتات.
گلوتامیک - با استفاده از گلوتامات کربوکسیلیک اسید.
Metalloprotease - گردش فلز، معمولاً روی.
لیازهای پپتید آسپاراژین - آسپاراژین برای انجام واکنش حذف (بدون نیاز به آب) استفاده می شود.

پروتئازها ابتدا بر اساس فعالیت پروتئولیتیکشان به 84 خانواده گروه بندی شدند.طبقه بندی در 4 نوع کاتالیزوری:

سرین;
سیستئین؛
aspartic;
فلز.

معنا

فعالیت کل پروتئولیتیک نقش مهمی در بسیاری از فرآیندهای بدن دارد. اینها لقاح، هضم، رشد، بلوغ، پیری و حتی مرگ هستند. پروتئازها بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیکی را با کنترل فعال شدن سنتز و زوال غذاهای پروتئینی تنظیم می کنند. آنها نقش مهمی در تولید مثل و انتشار ویروس ها، باکتری ها و انگل ها ایفا می کنند و بنابراین مسئول انتقال موثر بیماری های ناشی از مواد بیماری زا هستند. این آنزیم‌ها به سلول‌های تومور اجازه تقسیم می‌کنند، فضای بین سلولی و رگ‌های خونی ریه‌ها را پر می‌کنند و به سایر بافت‌های بدن گسترش می‌یابند.

عملکردهای بیولوژیکی

فعالیت پروتئولیتیک دارای عملکردهای زیر است:

پردازش پس از ترجمه. شامل حذف متیونین و/یا تبدیل یک پروتئین غیرفعال یا غیرعملکردی به یک واحد فعال است.
برش پروتئین های پیش ساز. این برای اطمینان از اینکه پروتئاز فقط در مکان و زمینه صحیح فعال می شود ضروری است. فعالیت پروتئولیتیک نامناسب می تواند برای بدن بسیار مضر باشد.
تجزیه پروتئین. ممکن است داخل سلولی یا خارج سلولی ایجاد شود. تعدادی عملکرد را انجام می دهد: پروتئین های آسیب دیده و غیر طبیعی را حذف می کند. از تجمع آنها جلوگیری می کند؛ با حذف کردن فرآیندهای سلولی را تنظیم می کندآنزیم ها.
هضم. پروتئین های به دست آمده از غذا توسط پپسین، تریپسین، کیموتریپسین و الاستاز به زنجیره های پپتیدی تجزیه می شوند. برای جلوگیری از فعال شدن نامناسب یا زودرس آنزیم های گوارشی (که می تواند باعث پانکراتیت شود)، آنها به عنوان یک زیموژن غیر فعال عمل می کنند.

آنزیم

آنزیم های پروتئولیتیک در باکتری ها، ویروس ها، برخی از انواع جلبک ها و گیاهان یافت می شوند. اما بیشتر آنها در حیوانات هستند. انواع مختلفی از فعالیت پروتئولیتیک آنزیم ها وجود دارد. آنها بر اساس مکان هایی که در آن تجزیه پروتئین ها کاتالیز می شود طبقه بندی می شوند. دو گروه اصلی اگزوپپتیدها و اندوپپتیدازها هستند. در داخل بدن، مواد پروتئینی در ابتدا توسط پپسین مورد حمله قرار می گیرند. هنگامی که پروتئین به روده کوچک منتقل می شود، تا حدی توسط معده هضم می شود. در اینجا در معرض آنزیم های پروتئولیتیک ترشح شده از پانکراس قرار می گیرد. سپس آنزیم های پانکراس در روده فعال می شوند و پروتئین ها را به اسیدهای آمینه تبدیل می کنند که به راحتی توسط دیواره های آن جذب می شوند. بنابراین، پانکراس از هضم خود محافظت می شود.

باکتری

پروتئازهای میکروبی یکی از گروه های مهم در تولید صنعتی-تجاری آنزیم ها هستند. مطالعاتی برای تعیین فعالیت پروتئولیتیک باکتری ها به منظور روشن شدن نقش آنها در پاتوژنز بیماری های عفونی انجام شده است. تمرکز بر بررسی باکتری های اسید لاکتیک از انواع ماست ها و شیرهای تخمیر شده بود. آنها به طور گسترده در طبیعت توزیع می شوند.اینها لاکتوباسیل ها، لاکتوکوکی ها، بیفیدوباکتری ها، استرپتوکوک ها، انتروکوک ها و اسپورولاکتوباسیل ها هستند. آنها به گونه ها، زیرگونه ها، گونه ها و سویه ها تقسیم می شوند.

فعالیت پروتئولیتیک یک ویژگی بسیار مهم باکتری های اسید لاکتیک است. پروتئازهای باکتریایی آنزیم هایی هستند که پیوندهای پپتیدی هیدرولیز را در پروتئین ها و پلی پپتیدها کاتالیز می کنند. آنها نقش مهمی در بیوتکنولوژی صنعتی و داروسازی دارند. مطالعات نشان داده است که 13 سویه دارای فعالیت پروتئولیتیک هستند. پنج مورد از آنها، یعنی L1، L2، L6، L7، L9 بیشترین فعالیت را نشان دادند.

پپتین

فعالیت پروتئولیتیک پپسین تحت تأثیر میدان مغناطیسی روی بدن اندازه گیری می شود. ساختار مولکولی پپسین با تقارن فضایی D مشخص می شود. پروآنزیم غیر فعال پپسینوژن در سلول های مخاط معده سنتز می شود. همچنین در مایعات بیولوژیکی مختلف (خون، ادرار، مایع منی و مغزی نخاعی) وجود دارد. پپسینوژن با فعال سازی اتوکاتالیستی مشخص می شود. ترشح آن توسط عصب واگ، فیبرهای سمپاتیک، گاسترین، هیستامین، سکرتین و کوله سیستوکینین تحریک می شود. گاسترین به عنوان یک محرک سلول های جداری عمل می کند. این پلی پپتید به دو صورت حاوی 34 و 17 اسید آمینه وجود دارد. اندازه گیری فعالیت پروتئولیتیک پپسین در رابطه با هموگلوبین استاندارد تغییرات مشابهی را در فعالیت گوارشی آنزیم نشان داد.

پروتئولیز و بیماری

پروتئولیتیک غیرعادیفعالیت با بسیاری از بیماری ها مرتبط است. در پانکراتیت، نشت پروتئازها و فعال شدن زودهنگام آنها در لوزالمعده منجر به خودسوزی پانکراس می شود. افراد مبتلا به دیابت ممکن است فعالیت لیزوزوم را افزایش داده و تخریب پروتئین های خاص به طور قابل توجهی افزایش یابد. بیماری های التهابی مزمن (آرتریت روماتوئید) می تواند منجر به آزاد شدن آنزیم های لیزوزومی در فضای خارج سلولی شود. این باعث تخریب بافت های اطراف می شود. عدم تعادل بین پروتئازها و آنتی پروتئازها می تواند منجر به تخریب بافت ریه در آمفیزم ناشی از مصرف تنباکو شود.

بیماری های دیگر عبارتند از دیستروفی عضلانی، دژنراسیون پوست، بیماری های تنفسی و گوارشی، تومورهای بدخیم.

پروتئولیز غیر آنزیمی

ستون فقرات پروتئین در آب در pH خنثی و دمای اتاق بسیار پایدار است، اگرچه سرعت هیدرولیز پیوندهای پپتیدی مختلف ممکن است متفاوت باشد. نیمه عمر فروپاشی پیوند پپتیدی از 7 تا 350 سال متغیر است.

اسیدهای معدنی قوی می توانند به راحتی پیوندهای پپتیدی موجود در پروتئین ها را هیدرولیز کنند. روش استاندارد هیدرولیز پروتئین این است که آن را تا دمای 105 درجه سانتیگراد گرم کنید یا آن را به مدت 24 ساعت در اسید هیدروکلریک قرار دهید.

روش تعیین

روش های مختلفی برای تعیین فعالیت پروتئولیتیک وجود دارد. به عنوان مثال، هیدرولیز کازئین، هموگلوبین یا آزوکازئین. روش اول گران نیست، اما کازئین به سختی حل می شود. روش هیدرولیز هموگلوبین گرانتر است. هنگام استفاده از آن، بستر باید دناتوره شود.روش سوم از این امر جلوگیری می کند، اما همچنین ارزان نیست. سریع ترین و نه گران ترین روش استفاده از بستر شیر است. تجهیزات کمتری را شامل می شود و می توان از آن در دوره های آموزشی استفاده کرد. تنها چیزی که لازم است شیر بدون چربی و یک حمام آب است.

روش تجربی

دو میلی لیتر از محلول بافر (سدیم استات pH 5.0 حاوی CaC_{I2) به 3 میلی لیتر شیر بدون چربی اضافه می شود. این مخلوط به مدت 10 دقیقه در دمای 30 درجه سانتیگراد در حمام آب نگهداری می شود. برای مشاهده فرآیند انعقاد شیر از منبع نور استفاده می شود. برای انعقاد یک تکه شیر به اندازه یک سر سوزن، به همان اندازه که طول می کشد، از آن می گذرد. مدت زمان کافی برای دقت بین یک تا دو دقیقه است. بلوک آنزیمی به عنوان مقدار مورد نیاز برای تشکیل اولین قطعه منعقد شده در یک دقیقه در شرایط آزمایشی انتخاب شده تعریف می شود.}

پروتئازها به عنوان عوامل ضد ویروسی

در حال حاضر، تعدادی از داروهای تایید شده با فعالیت پروتئولیتیک برای استفاده در درمان عفونت های ویروسی وجود دارد. بیشتر آنها عمدتاً برای درمان هرپس ویروس، ویروس نقص ایمنی انسانی، عفونت‌های سنسیشیال تنفسی و عفونت‌های ویروس آنفولانزای A استفاده می‌شوند. اینها آنالوگ‌های نوکلئوزیدی هستند که با مهار سنتز DNA ویروسی عمل می‌کنند.

تحقیقات در دهه گذشته نشان داده است که پروتئازها یک نیاز مطلق در چرخه زندگی بسیاری از ویروس ها هستند. نفوذ یا رخ می دهدبا جدا کردن پروتئین‌های پیش‌ساز با وزن مولکولی بالا برای به دست آوردن محصولات عملکردی، یا با کاتالیز پروتئین‌های ساختاری لازم برای مونتاژ و مورفوژنز ذرات ویروسی.

تا به امروز، چهار مهارکننده پروتئاز تایید شده است:

"Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
Indinavir (Crixivan, MK-639).
"Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
"نلفیناویر" (Viracept, AG1343).

داروهای دیگر

پروتئازهای پیکورناویروس یکی از بزرگ‌ترین خانواده‌های پاتوژن‌های مهم پزشکی انسانی را تشکیل می‌دهند. انتروویروس ها با سندرم های بالینی مختلفی از جمله بیماری های دستگاه تنفسی فوقانی، مننژیت آسپتیک، آنسفالیت، میوکاردیت، بیماری های دست، پا و دهان مرتبط هستند. در این مورد، پروتئازها کمک خواهند کرد. اکسپکتورانت با فعالیت پروتئولیتیک: