กิจกรรมสลายโปรตีน: ความหมาย หน้าที่ ความสำคัญต่อร่างกาย และการจำแนกโปรตีเอส

2024 ผู้เขียน: Curtis Blomfield | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 06:04

โปรตีเอส (โปรตีน เปปไทเดส และเอนไซม์สลายโปรตีน) มีบทบาทสำคัญในชีวิตมนุษย์ จนถึงปัจจุบัน มีการระบุเอ็นไซม์เหล่านี้มากกว่า 500 รายการในร่างกายมนุษย์ ซึ่งเข้ารหัสโดย 2% ของยีนทั้งหมด กิจกรรมสลายโปรตีนพบได้ในทุกรูปแบบชีวิตและไวรัส

การจำแนกหลัก

บนพื้นฐานของตัวเร่งปฏิกิริยา โปรตีเอสสามารถแบ่งออกเป็น 7 กลุ่มกว้างๆ:

1. ซีรีน - การใช้ซีรีนแอลกอฮอล์
2. ซีสเตอีน - การใช้ซิสเทอีนไธออล
3. Threonine - การหมุนเวียนของแอลกอฮอล์ threonine ทุติยภูมิ
4. แอสปาร์ติก - ใช้กรดคาร์บอซิลิกแอสปาเทต
5. กลูตามิก - ใช้กรดคาร์บอกซิลิกกลูตาเมต
6. Metalloprotease - การหมุนเวียนของโลหะ มักจะเป็นสังกะสี
7. Asparagine peptide lyases - แอสพาราจีนใช้เพื่อทำปฏิกิริยาการคัดแยก (ไม่ต้องการน้ำ)

โปรตีเอสถูกจัดกลุ่มแรกเป็น 84 ครอบครัวตามกิจกรรมการสลายโปรตีนของพวกเขาและจำแนกตามประเภทตัวเร่งปฏิกิริยา 4 ประเภท:

• ซีรีน;
• ซิสเทอีน;
• แอสปาร์ติก;
• โลหะ

ความหมาย

กิจกรรมสลายโปรตีนทั้งหมดมีบทบาทสำคัญในกระบวนการต่างๆ ของร่างกาย สิ่งเหล่านี้ได้แก่ การปฏิสนธิ การย่อยอาหาร การเจริญเติบโต การสุกแก่ การแก่ชรา และแม้กระทั่งความตาย โปรตีเอสควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่างโดยควบคุมการกระตุ้นการสังเคราะห์และการเสื่อมสภาพของอาหารโปรตีน พวกมันมีบทบาทสำคัญในการสืบพันธุ์และการแพร่กระจายของไวรัส แบคทีเรีย และปรสิต และมีหน้าที่ในการแพร่โรคที่เกิดจากสารก่อโรคอย่างมีประสิทธิภาพ เอ็นไซม์เหล่านี้ทำให้เซลล์เนื้องอกสามารถแบ่งตัว เติมเต็มช่องว่างระหว่างเซลล์และหลอดเลือดของปอด และแพร่กระจายไปยังเนื้อเยื่ออื่นๆ ของร่างกาย

หน้าที่ทางชีวภาพ

กิจกรรมสลายโปรตีนมีหน้าที่ดังต่อไปนี้:

• หลังการแปล. รวมถึงการกำจัดเมไทโอนีนและ/หรือการแปลงโปรตีนที่ไม่ใช้งานหรือไม่ทำงานให้เป็นหน่วยที่ออกฤทธิ์
• ความแตกแยกของโปรตีนตั้งต้น. นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าโปรตีเอสเปิดใช้งานในตำแหน่งและบริบทที่ถูกต้องเท่านั้น กิจกรรมการสลายโปรตีนที่ไม่เหมาะสมอาจเป็นอันตรายต่อร่างกายอย่างมาก
• การสลายตัวของโปรตีน. อาจเกิดขึ้นภายในเซลล์หรือนอกเซลล์ ทำหน้าที่หลายอย่าง: กำจัดโปรตีนที่เสียหายและผิดปกติ ป้องกันการสะสม ทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการเซลล์โดยการกำจัดเอ็นไซม์
• การย่อยอาหาร. โปรตีนที่ได้จากอาหารแบ่งออกเป็นสายโซ่เปปไทด์โดย pepsin, trypsin, chymotrypsin และ elastase เพื่อป้องกันการกระตุ้นเอนไซม์ย่อยอาหารอย่างไม่เหมาะสมหรือก่อนวัยอันควร (ซึ่งอาจทำให้เกิดตับอ่อนอักเสบ) เอนไซม์เหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นไซโมเจนที่ไม่ออกฤทธิ์

เอ็นไซม์

เอนไซม์สลายโปรตีนพบได้ในแบคทีเรีย ไวรัส สาหร่ายบางชนิด และพืช แต่ส่วนใหญ่อยู่ในสัตว์ กิจกรรมการสลายโปรตีนของเอนไซม์มีหลายประเภท พวกมันถูกจำแนกตามเว็บไซต์ที่มีการเร่งการสลายตัวของโปรตีน สองกลุ่มหลักคือ exopeptides และ endopeptidases ภายในร่างกาย สารโปรตีนจะถูกโจมตีโดยเปปซินในขั้นต้น เมื่อโปรตีนถูกส่งผ่านเข้าไปในลำไส้เล็ก กระเพาะอาหารจะย่อยบางส่วน ที่นี่สัมผัสกับเอนไซม์ย่อยโปรตีนที่ตับอ่อนหลั่งออกมา จากนั้นเอนไซม์ตับอ่อนจะถูกกระตุ้นในลำไส้ โดยจะเปลี่ยนโปรตีนเป็นกรดอะมิโนที่ผนังลำไส้ดูดซึมได้ง่าย ดังนั้นตับอ่อนจึงได้รับการปกป้องจากการย่อยตัวเอง

แบคทีเรีย

โปรตีเอสของจุลินทรีย์เป็นหนึ่งในกลุ่มที่สำคัญในการผลิตเอนไซม์ในเชิงพาณิชย์และเชิงพาณิชย์ มีการศึกษาเพื่อกำหนดกิจกรรมการสลายโปรตีนของแบคทีเรียเพื่ออธิบายบทบาทของพวกมันในการเกิดโรคของโรคติดเชื้อ โดยเน้นที่การตรวจแบคทีเรียกรดแลคติกจากโยเกิร์ตและนมหมักต่างๆ มีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติเหล่านี้คือแลคโตบาซิลลัส, แลคโตค็อกซี, ไบฟิโดแบคทีเรีย, สเตรปโตคอคซี, เอนเทอโรคอคซีและสปอโรแลคโตบาซิลลัส แบ่งออกเป็นสายพันธุ์ สายพันธุ์ย่อย สายพันธุ์และสายพันธุ์

กิจกรรมสลายโปรตีนเป็นลักษณะสำคัญของแบคทีเรียกรดแลคติก โปรตีเอสจากแบคทีเรียเป็นเอนไซม์ที่กระตุ้นพันธะไฮโดรไลซิสเปปไทด์ในโปรตีนและโพลีเปปไทด์ พวกเขามีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรมและเภสัชกรรม จากการศึกษาพบว่า 13 สายพันธุ์มีฤทธิ์สลายโปรตีน 5 ในนั้น L1, L2, L6, L7, L9 มีกิจกรรมสูงสุด

เปปติน

กิจกรรมสลายโปรตีนของเปปซินถูกวัดภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กในร่างกาย โครงสร้างโมเลกุลของเปปซินมีลักษณะสมมาตรเชิงพื้นที่ D โปรเอนไซม์เปปซิโนเจนที่ไม่ได้ใช้งานถูกสังเคราะห์ขึ้นภายในเซลล์ของเยื่อบุกระเพาะอาหาร นอกจากนี้ยังมีอยู่ในของเหลวทางชีวภาพต่างๆ (เลือด ปัสสาวะ น้ำอสุจิ และน้ำไขสันหลัง) Pepsinogen มีลักษณะเฉพาะโดยการเปิดใช้งานแบบอัตโนมัติ การหลั่งของมันถูกกระตุ้นโดยเส้นประสาทวากัส, เส้นใยขี้สงสาร, แกสตริน, ฮีสตามีน, secretin และ cholecystokinin Gastrin ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นเซลล์ข้างขม่อม โพลีเปปไทด์นี้มีอยู่ใน 2 รูปแบบที่มีกรดอะมิโน 34 และ 17 ตัว การวัดฤทธิ์การย่อยโปรตีนของเปปซินที่สัมพันธ์กับเฮโมโกลบินมาตรฐานเผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันในกิจกรรมการย่อยอาหารของเอนไซม์

การสลายโปรตีนและโรค

สลายโปรตีนผิดปกติกิจกรรมเกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ ในตับอ่อนอักเสบ โปรตีเอสรั่วและกระตุ้นการทำงานของตับอ่อนก่อนเวลาอันควรนำไปสู่การจุดไฟในตับอ่อนโดยอัตโนมัติ ผู้ป่วยโรคเบาหวานอาจมีกิจกรรมไลโซโซมเพิ่มขึ้น และความเสื่อมโทรมของโปรตีนบางชนิดอาจเพิ่มขึ้นอย่างมาก โรคอักเสบเรื้อรัง (โรคข้ออักเสบรูมาตอยด์) สามารถนำไปสู่การปลดปล่อยเอนไซม์ lysosomal สู่พื้นที่นอกเซลล์ สิ่งนี้จะทำลายเนื้อเยื่อรอบข้าง ความไม่สมดุลระหว่างโปรตีเอสและยาต้านโปรตีเอสสามารถนำไปสู่การทำลายเนื้อเยื่อปอดในภาวะอวัยวะที่เกิดจากการสูบบุหรี่ได้

โรคอื่นๆ ได้แก่ กล้ามเนื้อเสื่อม ผิวหนังเสื่อม โรคระบบทางเดินหายใจและทางเดินอาหาร เนื้องอกร้าย

การสลายโปรตีนที่ไม่เกี่ยวกับเอนไซม์

โปรตีนกระดูกสันหลังมีความคงตัวมากในน้ำที่ pH เป็นกลางและอุณหภูมิห้อง แม้ว่าอัตราการไฮโดรไลซิสของพันธะเปปไทด์ที่แตกต่างกันอาจแตกต่างกันไป ครึ่งชีวิตของการสลายตัวของพันธะเปปไทด์อยู่ในช่วง 7 ถึง 350 ปี

กรดแร่ที่แข็งแกร่งสามารถไฮโดรไลซ์พันธะเปปไทด์ในโปรตีนได้อย่างง่ายดาย วิธีมาตรฐานในการไฮโดรไลซ์โปรตีนคือการให้ความร้อนถึง 105 องศาเซลเซียส หรือแช่ในกรดไฮโดรคลอริกเป็นเวลา 24 ชั่วโมง

วิธีตัดสินใจ

มีหลายวิธีในการพิจารณากิจกรรมสลายโปรตีน ตัวอย่างเช่น การไฮโดรไลซิสของเคซีน เฮโมโกลบิน หรืออะโซเคซีน วิธีแรกไม่แพง แต่เคซีนละลายยาก วิธีการไฮโดรไลซิสของฮีโมโกลบินมีราคาแพงกว่า เมื่อใช้งานจะต้องทำให้พื้นผิวเสียสภาพวิธีที่สามหลีกเลี่ยงสิ่งนี้ แต่ก็ไม่ถูกเช่นกัน วิธีที่เร็วที่สุดและไม่แพงคือการใช้สารตั้งต้นของนม มีอุปกรณ์น้อยกว่าและสามารถใช้ในหลักสูตรฝึกอบรมได้ ก็แค่นมพร่องมันเนยและอ่างน้ำ

ขั้นตอนการทดลอง

สารละลายบัฟเฟอร์สองมิลลิลิตร (โซเดียมอะซิเตท pH 5.0 ที่มี CaC_{I2) เติมลงในนมพร่องมันเนย 3 มิลลิลิตร ส่วนผสมนี้ถูกเก็บไว้ที่ 30 °C ในอ่างน้ำเป็นเวลา 10 นาที หากต้องการดูกระบวนการจับตัวเป็นก้อนของนม จะใช้แหล่งกำเนิดแสง มันใช้เวลาหลายวินาทีในการจับตัวเป็นก้อนของนมที่มีขนาดเท่าเข็มหมุด ระยะเวลาที่เพียงพอสำหรับความแม่นยำคือระหว่างหนึ่งถึงสองนาที บล็อกของเอนไซม์ถูกกำหนดให้เป็นปริมาณที่จำเป็นในการสร้างชิ้นส่วนที่จับเป็นก้อนแรกในหนึ่งนาทีภายใต้เงื่อนไขการทดลองที่เลือก}

โปรตีเอสเป็นตัวแทนต้านไวรัส

ปัจจุบันมียาที่ได้รับการอนุมัติจำนวนหนึ่งที่มีฤทธิ์สลายโปรตีนเพื่อใช้ในการรักษาโรคติดเชื้อไวรัส ส่วนใหญ่ใช้เป็นหลักในการรักษาโรคเริม ไวรัสโรคภูมิคุ้มกันบกพร่องของมนุษย์ การติดเชื้อระบบทางเดินหายใจ และการติดเชื้อไวรัสไข้หวัดใหญ่ A เหล่านี้เป็นแอนะล็อก nucleoside ที่ทำหน้าที่ยับยั้งการสังเคราะห์ดีเอ็นเอของไวรัส

การวิจัยในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าโปรตีเอสเป็นความต้องการอย่างแท้จริงในวงจรชีวิตของไวรัสหลายชนิด อิทธิพลก็เกิดขึ้นเช่นกันโดยการแยกตัวของโปรตีนสารตั้งต้นที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้ หรือโดยการเร่งปฏิกิริยาของโปรตีนโครงสร้างที่จำเป็นสำหรับการประกอบและการสร้างรูปร่างของอนุภาคไวรัส

จนถึงปัจจุบัน สารยับยั้งโปรตีเอสสี่ชนิดได้รับการอนุมัติแล้ว:

• "ซาควินาเวียร์" (Invirase, Ro 31-8959).
• Indinavir (คริซิแวน, MK-639).
• "ริโทนาเวียร์" (Norvir, AVT-538).
• "เนลฟินาเวียร์" (Viracept, AG1343).

ยาอื่นๆ

โปรตีเอส Picornavirus เป็นหนึ่งในตระกูลที่ใหญ่ที่สุดของเชื้อโรคในมนุษย์ที่มีความสำคัญทางการแพทย์ เอนเทอโรไวรัสมีความเกี่ยวข้องกับอาการทางคลินิกต่างๆ รวมถึงโรคทางเดินหายใจส่วนบน เยื่อหุ้มสมองอักเสบปลอดเชื้อ โรคไข้สมองอักเสบ โรคกล้ามเนื้อหัวใจตาย โรคมือ เท้า และปาก ในกรณีนี้โปรตีเอสจะช่วยได้ เสมหะที่มีกิจกรรมการสลายโปรตีน:

• "ทริปซิน".
• "ไรโบนิวคลีเอส".
• "ชิโมซิน"

ยาต้านไวรัสที่มีศักยภาพอีกตัวหนึ่งคือ Pleconaril