Proteolytische Aktivität: Definition, Funktionen, Bedeutung für den Körper und Einteilung der Proteasen

2024 Autor: Curtis Blomfield | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 05:43

Proteasen (Proteinasen, Peptidasen und proteolytische Enzyme) spielen eine sehr wichtige Rolle im menschlichen Leben. Bis heute wurden mehr als 500 dieser Enzyme im menschlichen Körper identifiziert, die von 2 % aller Gene kodiert werden. Proteolytische Aktivität wird in allen Lebensformen und Viren beobachtet.

Hauptklassifikation

Basierend auf dem katalytischen Rest können Proteasen in 7 große Gruppen eingeteilt werden:

1. Serin - Verwendung von Serinalkohol.
2. Cystein - die Verwendung von Cysteinthiol.
3. Threonin - Umsatz des sekundären Alkohols Threonin.
4. Asparaginsäure - unter Verwendung von Aspartatcarbonsäure.
5. Glutamic - Verwendung der Carbonsäure Glutamat.
6. Metalloprotease - Metallumsatz, normalerweise Zink.
7. Asparagin-Peptid-Lyasen - Asparagin wird verwendet, um eine Ausschlussreaktion durchzuführen (kein Wasser erforderlich).

Proteasen wurden zunächst gemäß ihrer proteolytischen Aktivität in 84 Familien eingeteilt, undklassifiziert unter 4 katalytischen Typen:

• serin;
• Cystein;
• Asparaginsäure;
• Metall.

Bedeutung

Die gesamte proteolytische Aktivität spielt eine wichtige Rolle bei vielen Körperprozessen. Dies sind Befruchtung, Verdauung, Wachstum, Reifung, Alterung und sogar Tod. Proteasen regulieren viele physiologische Prozesse, indem sie die Aktivierung der Synthese und den Abbau von Proteinnahrung kontrollieren. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Vermehrung und Verbreitung von Viren, Bakterien und Parasiten und sind damit für die effiziente Übertragung von Krankheiten durch Krankheitserreger verantwortlich. Diese Enzyme ermöglichen es den Tumorzellen, sich zu teilen, den interzellulären Raum und die Blutgefäße der Lunge zu füllen und sich auf andere Gewebe des Körpers auszubreiten.

Biologische Funktionen

Proteolytische Aktivität hat folgende Funktionen:

• Posttranslationale Verarbeitung. Umfasst die Entfernung von Methionin und/oder die Umwandlung eines inaktiven oder nicht funktionsfähigen Proteins in eine aktive Einheit.
• Sp altung von Vorläuferproteinen. Dies ist notwendig, um sicherzustellen, dass die Protease nur an der richtigen Stelle und im richtigen Kontext aktiviert wird. Unsachgemäße proteolytische Aktivität kann für den Körper sehr schädlich sein.
• Proteinabbau. Kann intrazellulär oder extrazellulär auftreten. Führt eine Reihe von Funktionen aus: entfernt beschädigte und abnormale Proteine; verhindert ihre Anhäufung; dient dazu, zelluläre Prozesse durch Abtransport zu regulierenEnzyme.
• Verdauung. Aus der Nahrung gewonnene Proteine werden durch Pepsin, Trypsin, Chymotrypsin und Elastase in Peptidketten zerlegt. Um eine unangemessene oder vorzeitige Aktivierung von Verdauungsenzymen (die Pankreatitis verursachen können) zu verhindern, wirken sie als inaktives Zymogen.

Enzyme

Proteolytische Enzyme kommen in Bakterien, Viren, einigen Algenarten und Pflanzen vor. Aber die meisten von ihnen sind in Tieren. Es gibt verschiedene Arten proteolytischer Aktivität von Enzymen. Sie werden nach den Stellen klassifiziert, an denen der Abbau von Proteinen katalysiert wird. Die beiden Hauptgruppen sind Exopeptide und Endopeptidasen. Im Körper werden Eiweißstoffe zunächst von Pepsin angegriffen. Wenn das Protein in den Dünndarm gelangt, wird es teilweise vom Magen verdaut. Hier wird es proteolytischen Enzymen ausgesetzt, die von der Bauchspeicheldrüse ausgeschieden werden. Dann werden Pankreasenzyme im Darm aktiviert und wandeln Proteine in Aminosäuren um, die leicht von seinen Wänden aufgenommen werden. Dadurch wird die Bauchspeicheldrüse vor Selbstverdauung geschützt.

Bakterien

Mikrobielle Proteasen sind eine der wichtigen Gruppen in der industriell-kommerziellen Produktion von Enzymen. Es wurden Studien durchgeführt, um die proteolytische Aktivität von Bakterien zu bestimmen, um ihre Rolle in der Pathogenese von Infektionskrankheiten aufzuklären. Im Mittelpunkt stand die Untersuchung von Milchsäurebakterien aus verschiedenen Joghurts und fermentierten Milchen. Sie sind in der Natur weit verbreitet. Dies sind Laktobazillen, Laktokokken, Bifidobakterien, Streptokokken, Enterokokken und Sporolactobazillen. Sie werden in Arten, Unterarten, Varianten und Stämme unterteilt.

Proteolytische Aktivität ist eine sehr wichtige Eigenschaft von Milchsäurebakterien. Bakterielle Proteasen sind Enzyme, die die Hydrolyse von Peptidbindungen in Proteinen und Polypeptiden katalysieren. Sie spielen eine bedeutende Rolle in der industriellen Biotechnologie und Pharmazie. Studien haben gezeigt, dass 13 Stämme proteolytische Aktivität haben. Fünf von ihnen, nämlich L1, L2, L6, L7, L9, zeigten die höchste Aktivität.

Peptine

Die proteolytische Aktivität von Pepsin wird unter dem Einfluss eines Magnetfelds auf den Körper gemessen. Die Molekularstruktur von Pepsin ist durch D-räumliche Symmetrie gekennzeichnet. Das inaktive Proenzym Pepsinogen wird in den Zellen der Magenschleimhaut synthetisiert. Es ist auch in verschiedenen biologischen Flüssigkeiten (Blut, Urin, Samen- und Rückenmarksflüssigkeit) vorhanden. Pepsinogen ist durch autokatalytische Aktivierung gekennzeichnet. Seine Sekretion wird durch den Vagusnerv, sympathische Fasern, Gastrin, Histamin, Sekretin und Cholecystokinin stimuliert. Gastrin wirkt als Stimulator der Parietalzellen. Dieses Polypeptid existiert in 2 Formen, die 34 und 17 Aminosäuren enth alten. Messungen der proteolytischen Aktivität von Pepsin im Vergleich zu Standard-Hämoglobin zeigten ähnliche Veränderungen in der Verdauungsaktivität des Enzyms.

Proteolyse und Krankheit

Anomale ProteolyseAktivität ist mit vielen Krankheiten verbunden. Bei Pankreatitis führt das Austreten von Proteasen und deren vorzeitige Aktivierung in der Bauchspeicheldrüse zu einer Selbstentzündung der Bauchspeicheldrüse. Menschen mit Diabetes können eine erhöhte Lysosomenaktivität aufweisen und der Abbau bestimmter Proteine kann erheblich gesteigert sein. Chronisch entzündliche Erkrankungen (rheumatoide Arthritis) können zur Freisetzung lysosomaler Enzyme in den extrazellulären Raum führen. Dadurch wird das umliegende Gewebe zerstört. Ein Ungleichgewicht zwischen Proteasen und Antiproteasen kann bei Emphysemen durch Tabakrauchen zur Zerstörung von Lungengewebe führen.

Andere Krankheiten umfassen Muskeldystrophie, Hautdegeneration, Atemwegs- und Magen-Darm-Erkrankungen, bösartige Tumore.

Nicht-enzymatische Proteolyse

Das Proteinrückgrat ist in Wasser bei neutralem pH-Wert und Raumtemperatur sehr stabil, obwohl die Hydrolysegeschwindigkeit verschiedener Peptidbindungen variieren kann. Die Halbwertszeit des Peptidbindungszerfalls liegt zwischen 7 und 350 Jahren.

Starke Mineralsäuren können Peptidbindungen in Proteinen leicht hydrolysieren. Die Standardmethode zur Hydrolyse eines Proteins besteht darin, es auf 105 °C zu erhitzen oder es 24 Stunden lang in Salzsäure einzuweichen.

Bestimmungsverfahren

Es gibt mehrere Methoden zur Bestimmung der proteolytischen Aktivität. Beispielsweise Hydrolyse von Casein, Hämoglobin oder Azocasein. Die erste Methode ist nicht teuer, aber Casein ist schwer aufzulösen. Das Hämoglobin-Hydrolyse-Verfahren ist teurer. Bei der Verwendung muss das Substrat denaturiert werden. Die dritte Methode vermeidet dies, ist aber auch nicht billig. Die schnellste und kostengünstigste Methode ist die Verwendung eines Milchsubstrats. Es enthält weniger Geräte und kann in Schulungen verwendet werden. Alles, was man braucht, ist Magermilch und ein Wasserbad.

Experimenteller Ablauf

Zwei Milliliter einer Pufferlösung (Natriumacetat pH 5,0 mit CaC_{I2) werden zu 3 Milliliter Magermilch gegeben. Diese Mischung wird 10 Minuten bei 30°C in einem Wasserbad geh alten. Um den Milchgerinnungsprozess zu sehen, wird eine Lichtquelle verwendet. Es springt so viele Sekunden, wie ein stecknadelkopfgroßes Stück Milch zum Gerinnen braucht. Ein angemessener Zeitraum für die Genauigkeit liegt zwischen einer und zwei Minuten. Enzymblockierung ist definiert als die Menge, die erforderlich ist, um das erste koagulierte Fragment in einer Minute unter den gewählten experimentellen Bedingungen zu bilden.}

Proteasen als antivirale Wirkstoffe

Derzeit gibt es eine Reihe zugelassener Medikamente mit proteolytischer Aktivität zur Behandlung von Virusinfektionen. Die meisten werden hauptsächlich zur Behandlung von Herpesvirus, humanem Immunschwächevirus, respiratorischen Synzytialinfektionen und Influenza-A-Virusinfektionen verwendet. Dies sind Nukleosidanaloga, die durch Hemmung der viralen DNA-Synthese wirken.

Forschungen der letzten zehn Jahre haben gezeigt, dass Proteasen eine absolute Voraussetzung im Lebenszyklus vieler Viren sind. Beeinflussung tritt auch nicht aufB. durch Sp altung von Vorläuferproteinen mit hohem Molekulargewicht, um funktionelle Produkte zu erh alten, oder durch Katalyse von Strukturproteinen, die für den Zusammenbau und die Morphogenese viraler Partikel erforderlich sind.

Bis heute sind vier Protease-Inhibitoren zugelassen:

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

Andere Drogen

Picornavirus-Proteasen bilden eine der größten Familien medizinisch wichtiger Humanpathogene. Enteroviren werden mit verschiedenen klinischen Syndromen in Verbindung gebracht, darunter Erkrankungen der oberen Atemwege, aseptische Meningitis, Enzephalitis, Myokarditis, Hand-Fuß-Mund-Krankheiten. In diesem Fall helfen Proteasen. Expektorantien mit proteolytischer Aktivität:

• "Trypsin".
• "Ribonuklease".
• "Chimozin"

Ein weiteres potenzielles Antirhinovirus-Medikament ist Pleconaril.