פעילות פרוטאוליטית: הגדרה, תפקודים, משמעות לגוף וסיווג של פרוטאזות

2024 מְחַבֵּר: Curtis Blomfield | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 05:47

פרוטאזות (פרוטאאזות, פפטידאזות ואנזימים פרוטאוליטיים) ממלאים תפקיד חשוב מאוד בחיי האדם. עד כה, יותר מ-500 מהאנזימים הללו זוהו בגוף האדם, אשר מקודדים ב-2% מכלל הגנים. פעילות פרוטאוליטית נצפית בכל צורות החיים והנגיפים.

סיווג ראשי

בהתבסס על השאריות הקטליטיות, ניתן לחלק פרוטאזות ל-7 קבוצות רחבות:

1. Serine - שימוש באלכוהול סרין.
2. Cysteine - השימוש בציסטאין תיול.
3. Threonine - מחזור של אלכוהול משני טריונין.
4. אספרטי - שימוש בחומצה קרבוקסילית אספרטטית.
5. Glutamic - שימוש בחומצה קרבוקסילית גלוטמט.
6. Metalloprotease - מחזור מתכות, בדרך כלל אבץ.
7. Aspargine peptide lyases - Asparagine משמש לביצוע תגובת אי-הכללה (לא מצריך מים).

פרוטאזות קובצו לראשונה ל-84 משפחות לפי הפעילות הפרוטאוליטית שלהם, וכןמסווג תחת 4 סוגים קטליטיים:

• serine;
• cysteine;
• aspartic;
• metal.

משמעות

לפעילות פרוטאוליטית כוללת תפקיד חשוב בתהליכים רבים בגוף. אלו הם הפריה, עיכול, גדילה, התבגרות, הזדקנות ואפילו מוות. פרוטאזות מווסתות תהליכים פיזיולוגיים רבים על ידי שליטה בהפעלת הסינתזה וההידרדרות של מזונות חלבונים. הם ממלאים תפקיד חשוב בהתרבות והתפשטות של וירוסים, חיידקים וטפילים ולכן הם אחראים להעברה יעילה של מחלות הנגרמות על ידי חומרים פתוגניים. אנזימים אלו מאפשרים לתאי גידול להתחלק, למלא את החלל הבין-תאי ואת כלי הדם של הריאות ולהתפשט לרקמות אחרות בגוף.

פונקציות ביולוגיות

לפעילות פרוטאוליטית יש את הפונקציות הבאות:

• עיבוד לאחר תרגום. כולל הסרה של מתיונין ו/או המרה של חלבון לא פעיל או לא מתפקד ליחידה פעילה.
• מחשוף של חלבונים מקדימים. זה הכרחי כדי להבטיח שהפרוטאז מופעל רק במיקום ובהקשר הנכון. פעילות פרוטאוליטית לא נכונה עלולה להזיק מאוד לגוף.
• השפלת חלבון. עלול להתרחש תוך תאי או חוץ תאי. מבצע מספר פונקציות: מסיר חלבונים פגומים ולא תקינים; מונע את הצטברותם; משמש לווסת תהליכים תאיים על ידי הסרהאנזימים.
• עיכול. חלבונים המתקבלים ממזון מתפרקים לשרשראות פפטידים על ידי פפסין, טריפסין, כימוטריפסין ואלסטאז. כדי למנוע הפעלה לא מתאימה או מוקדמת של אנזימי עיכול (שעשויים לגרום לדלקת לבלב), הם פועלים כזימוגן לא פעיל.

אנזימים

אנזימים פרוטאוליטיים נמצאים בחיידקים, וירוסים, סוגים מסוימים של אצות וצמחים. אבל רובם נמצאים בבעלי חיים. ישנם סוגים שונים של פעילות פרוטאוליטית של אנזימים. הם מסווגים לפי האתרים שבהם מזורז פירוק החלבונים. שתי הקבוצות העיקריות הן אקסופפטידים ואנדופפטידים. בתוך הגוף, חומרי חלבון מותקפים בתחילה על ידי פפסין. כאשר החלבון מועבר למעי הדק, הוא מתעכל חלקית על ידי הקיבה. כאן הוא נחשף לאנזימים פרוטאוליטיים המופרשים מהלבלב. לאחר מכן מופעלים אנזימי הלבלב במעי, והופכים חלבונים לחומצות אמינו הנספגות בקלות בדפנות שלו. לפיכך, הלבלב מוגן מפני עיכול עצמי.

חיידק

פרוטאזות מיקרוביאליות הן אחת הקבוצות החשובות בייצור תעשייתי-מסחרי של אנזימים. מחקרים נערכו כדי לקבוע את הפעילות הפרוטאוליטית של חיידקים על מנת להבהיר את תפקידיהם בפתוגנזה של מחלות זיהומיות. ההתמקדות הייתה בבדיקת חיידקי חומצת חלב מיגורטים שונים וחלב מותסס. הם מופצים באופן נרחב בטבע.אלה הם לקטובצילים, לקטוקוקים, ביפידובקטריה, סטרפטוקוקוס, אנטרוקוק ו-sporolactobacilli. הם מחולקים למינים, תת-מינים, גרסאות וזנים.

פעילות פרוטאוליטית היא מאפיין חשוב מאוד של חיידקי חומצת חלב. פרוטאזות חיידקיות הם אנזימים המזרזים קשרי פפטיד הידרוליזה בחלבונים ופוליפפטידים. הם ממלאים תפקיד משמעותי בביוטכנולוגיה תעשייתית ובתרופות. מחקרים הראו של-13 זנים יש פעילות פרוטאוליטית. חמישה מהם, כלומר L1, L2, L6, L7, L9 הראו את הפעילות הגבוהה ביותר.

פפטין

פעילות פרוטאוליטית של פפסין נמדדת בהשפעת שדה מגנטי על הגוף. המבנה המולקולרי של פפסין מאופיין בסימטריה D-מרחבית. הפרואנזים פפסינוגן הלא פעיל מסונתז בתוך תאי רירית הקיבה. הוא קיים גם בנוזלים ביולוגיים שונים (דם, שתן, נוזל זרע ונוזל מוחי). פפסינוגן מאופיין בהפעלה אוטוקטליטית. הפרשתו מעוררת על ידי עצב הוואגוס, סיבים סימפטיים, גסטרין, היסטמין, סיקטין וכולציסטוקינין. גסטרין פועל כממריץ תאי פריאטלי. פוליפפטיד זה קיים ב-2 צורות המכילות 34 ו-17 חומצות אמינו. מדידות של הפעילות הפרוטאוליטית של פפסין ביחס להמוגלובין סטנדרטי גילו שינויים דומים בפעילות העיכול של האנזים.

פרוטאוליזה ומחלה

פרוטאוליטי חריגפעילות קשורה למחלות רבות. בדלקת הלבלב, דליפה של פרוטאזות והפעלתם מוקדמת בלבלב מובילה להצתה אוטומטית של הלבלב. אנשים עם סוכרת עשויים להיות בעלי פעילות מוגברת של הליזוזומים והפירוק של חלבונים מסוימים עשוי להיות מוגבר באופן משמעותי. מחלות דלקתיות כרוניות (דלקת מפרקים שגרונית) יכולות להוביל לשחרור אנזימים ליזוזומליים לחלל החוץ-תאי. זה הורס את הרקמות שמסביב. חוסר איזון בין פרוטאזות ואנטי-פרוטאזות עלול להוביל להרס של רקמת הריאה באמפיזמה הנגרמת על ידי עישון טבק.

מחלות אחרות כוללות ניוון שרירים, ניוון עור, מחלות בדרכי הנשימה ודרכי העיכול, גידולים ממאירים.

פרוטאוליזה לא אנזימטית

עמוד השדרה של החלבון יציב מאוד במים ב-pH ניטרלי ובטמפרטורת החדר, אם כי קצב ההידרוליזה של קשרי פפטידים שונים עשוי להשתנות. זמן מחצית החיים של התפרקות קשר פפטיד נע בין 7 ל-350 שנים.

חומצות מינרליות חזקות יכולות לבצע הידרוליזה של קשרי פפטיד בחלבונים בקלות. הדרך הסטנדרטית להידרוליזה של חלבון היא לחמם אותו ל-105 מעלות צלזיוס או להשרות אותו בחומצה הידרוכלורית למשך 24 שעות.

שיטת קביעה

ישנן מספר שיטות לקביעת פעילות פרוטאוליטית. לדוגמה, הידרוליזה של קזאין, המוגלובין או אזוקזאין. השיטה הראשונה לא יקרה, אבל קזאין קשה להמסה. שיטת הידרוליזה של המוגלובין יקרה יותר. בעת השימוש בו, המצע חייב להיות דנטורטי.השיטה השלישית מונעת זאת, אבל היא גם לא זולה. השיטה המהירה והלא יקרה היא שימוש במצע חלב. זה כולל פחות ציוד וניתן להשתמש בו בקורסי הכשרה. כל מה שצריך זה חלב רזה ואמבט מים.

הליך ניסיוני

שני מיליליטר של תמיסת חיץ (נתרן אצטט pH 5.0 המכילה CaC_{I2) מתווספים ל-3 מיליליטר חלב רזה. תערובת זו נשמרת ב-30 מעלות צלזיוס באמבט מים למשך 10 דקות. כדי לראות את תהליך קרישת החלב, נעשה שימוש במקור אור. זה מדלג למשך כמה שניות שנדרש כדי להקריש חתיכת חלב בגודל של ראש סיכה. פרק זמן מתאים לדיוק הוא בין דקה לשתיים. חסימת אנזים מוגדרת ככמות הדרושה ליצירת המקטע המקורש הראשון בדקה אחת בתנאי הניסוי שנבחרו.}

פרוטאזות כסוכנים אנטי-ויראליים

כיום, קיימות מספר תרופות מאושרות בעלות פעילות פרוטאוליטית לשימוש בטיפול בזיהומים ויראליים. רובם משמשים בעיקר לטיפול בנגיף הרפס, וירוס כשל חיסוני אנושי, זיהומים סינציציאליים בדרכי הנשימה וזיהומים של וירוס שפעת A. אלו הם אנלוגים של נוקלאוזידים הפועלים על ידי עיכוב סינתזת DNA ויראלי.

מחקר בעשור האחרון הראה כי פרוטאזות הן דרישה מוחלטת במחזור החיים של וירוסים רבים. השפעה מתרחשת גם כןעל ידי ביקוע של חלבונים מקדימים במשקל מולקולרי גבוה להשגת מוצרים פונקציונליים, או על ידי קטליזה של חלבונים מבניים הדרושים להרכבה ומורפוגנזה של חלקיקים ויראליים.

עד היום, אושרו ארבעה מעכבי פרוטאז:

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

תרופות אחרות

פרוטאזות של פיקורנה-וירוס מהווים את אחת המשפחות הגדולות ביותר של פתוגנים אנושיים חשובים מבחינה רפואית. נגיפי אנטרו קשורים לתסמונות קליניות שונות, לרבות מחלות בדרכי הנשימה העליונות, דלקת קרום המוח אספטית, דלקת המוח, דלקת שריר הלב, מחלות ידיים, כף הרגל והפה. במקרה זה, פרוטאזות יעזרו. מכייח עם פעילות פרוטאוליטית:

• "Trypsin".
• "Ribonuclease".
• "Chimozin"

תרופה פוטנציאלית נוספת נגד רינו-וירוס היא Pleconaril.