Protease (proteinase, peptidase dan enzim proteolitik) memainkan peran yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Sampai saat ini, lebih dari 500 enzim ini telah diidentifikasi dalam tubuh manusia, yang dikodekan oleh 2% dari semua gen. Aktivitas proteolitik diamati pada semua bentuk kehidupan dan virus.
Klasifikasi utama
Berdasarkan residu katalitik, protease dapat dibagi menjadi 7 kelompok besar:
- Serin - penggunaan alkohol serin.
- Sistein - penggunaan sistein tiol.
- Threonine - pergantian alkohol sekunder treonin.
- Aspartat - menggunakan asam karboksilat aspartat.
- Glutamic - menggunakan asam karboksilat glutamat.
- Metalloprotease - pergantian logam, biasanya seng.
- Asparagine peptide lyases - Asparagine digunakan untuk melakukan reaksi eksklusi (tidak membutuhkan air).
Protease pertama kali dikelompokkan menjadi 84 famili menurut aktivitas proteolitiknya, dandiklasifikasikan dalam 4 jenis katalitik:
- serin;
- sistein;
- aspartik;
- logam.
Arti
Aktivitas proteolitik total memainkan peran penting dalam banyak proses tubuh. Ini adalah pembuahan, pencernaan, pertumbuhan, pematangan, penuaan dan bahkan kematian. Protease mengatur banyak proses fisiologis dengan mengontrol aktivasi sintesis dan kerusakan protein makanan. Mereka memainkan peran penting dalam reproduksi dan penyebaran virus, bakteri dan parasit dan karena itu bertanggung jawab untuk transmisi efisien penyakit yang disebabkan oleh zat patogen. Enzim ini memungkinkan sel tumor untuk membelah, mengisi ruang antar sel dan pembuluh darah paru-paru, dan menyebar ke jaringan tubuh lainnya.
Fungsi biologis
Aktivitas proteolitik memiliki fungsi sebagai berikut:
- Pemrosesan pasca-translasi. Termasuk penghilangan metionin dan/atau konversi protein tidak aktif atau non-fungsional menjadi unit aktif.
- Pemecahan protein prekursor. Ini diperlukan untuk memastikan bahwa protease hanya diaktifkan di lokasi dan konteks yang benar. Aktivitas proteolitik yang tidak tepat dapat sangat merusak tubuh.
- Degradasi protein. Dapat terjadi intraseluler atau ekstraseluler. Melakukan sejumlah fungsi: menghilangkan protein yang rusak dan abnormal; mencegah akumulasi mereka; berfungsi untuk mengatur proses seluler dengan menghilangkanenzim.
- Pencernaan. Protein yang diperoleh dari makanan dipecah menjadi rantai peptida oleh pepsin, tripsin, kimotripsin dan elastase. Untuk mencegah aktivasi enzim pencernaan yang tidak tepat atau prematur (yang dapat menyebabkan pankreatitis), mereka bertindak sebagai zymogen yang tidak aktif.
Enzim
Enzim proteolitik ditemukan pada bakteri, virus, beberapa jenis alga dan tumbuhan. Tetapi kebanyakan dari mereka ada pada hewan. Ada berbagai jenis aktivitas proteolitik enzim. Mereka diklasifikasikan menurut situs di mana pemecahan protein dikatalisis. Dua kelompok utama adalah eksopeptida dan endopeptidase. Di dalam tubuh, bahan protein awalnya diserang oleh pepsin. Ketika protein dilewatkan ke usus kecil, sebagian dicerna oleh lambung. Di sini ia terkena enzim proteolitik yang disekresikan oleh pankreas. Kemudian enzim pankreas diaktifkan di usus, mengubah protein menjadi asam amino yang mudah diserap oleh dindingnya. Dengan demikian, pankreas terlindungi dari pencernaan sendiri.
Bakteri
Protease mikroba adalah salah satu kelompok penting dalam produksi enzim komersial-industri. Studi telah dilakukan untuk menentukan aktivitas proteolitik bakteri untuk menjelaskan peran mereka dalam patogenesis penyakit menular. Fokus penelitian ini adalah pada pemeriksaan bakteri asam laktat dari berbagai yoghurt dan susu fermentasi. Mereka tersebar luas di alam. Ini adalah lactobacilli, lactococci, bifidobacteria, streptococci, enterococci dan sporolactobacilli. Mereka dibagi menjadi spesies, subspesies, varian dan strain.
Aktivitas proteolitik merupakan karakteristik yang sangat penting dari bakteri asam laktat. Protease bakteri adalah enzim yang mengkatalisis hidrolisis ikatan peptida pada protein dan polipeptida. Mereka memainkan peran penting dalam bioteknologi industri dan farmasi. Penelitian telah menunjukkan bahwa 13 strain memiliki aktivitas proteolitik. Lima di antaranya yaitu L1, L2, L6, L7, L9 menunjukkan aktivitas tertinggi.
Peptin
Aktivitas proteolitik pepsin diukur di bawah pengaruh medan magnet pada tubuh. Struktur molekul pepsin dicirikan oleh simetri D-spasial. Pepsinogen proenzim yang tidak aktif disintesis di dalam sel-sel mukosa lambung. Hal ini juga hadir dalam berbagai cairan biologis (darah, urin, cairan mani dan serebrospinal). Pepsinogen ditandai dengan aktivasi autokatalitik. Sekresinya dirangsang oleh saraf vagus, serat simpatis, gastrin, histamin, sekretin, dan kolesistokinin. Gastrin bertindak sebagai stimulator sel parietal. Polipeptida ini ada dalam 2 bentuk yang mengandung 34 dan 17 asam amino. Pengukuran aktivitas proteolitik pepsin dalam kaitannya dengan hemoglobin standar mengungkapkan perubahan serupa dalam aktivitas pencernaan enzim.
Proteolisis dan penyakit
Proteolitik anomaliaktivitas dikaitkan dengan banyak penyakit. Pada pankreatitis, kebocoran protease dan aktivasi prematurnya di pankreas menyebabkan pengapian otomatis pankreas. Orang dengan diabetes mungkin mengalami peningkatan aktivitas lisosom dan degradasi protein tertentu dapat meningkat secara substansial. Penyakit inflamasi kronis (rheumatoid arthritis) dapat menyebabkan pelepasan enzim lisosom ke dalam ruang ekstraseluler. Ini menghancurkan jaringan di sekitarnya. Ketidakseimbangan antara protease dan antiprotease dapat menyebabkan kerusakan jaringan paru-paru pada emfisema yang disebabkan oleh merokok tembakau.
Penyakit lain termasuk distrofi otot, degenerasi kulit, penyakit pernapasan dan pencernaan, tumor ganas.
Proteolisis non-enzimatik
Tulang punggung protein sangat stabil dalam air pada pH netral dan suhu kamar, meskipun laju hidrolisis ikatan peptida yang berbeda dapat bervariasi. Waktu paruh peluruhan ikatan peptida berkisar antara 7 hingga 350 tahun.
Asam mineral kuat dapat dengan mudah menghidrolisis ikatan peptida dalam protein. Cara standar untuk menghidrolisis protein adalah dengan memanaskannya hingga 105°C atau merendamnya dalam asam klorida selama 24 jam.
Metode penentuan
Ada beberapa metode untuk menentukan aktivitas proteolitik. Misalnya, hidrolisis kasein, hemoglobin atau azocasein. Metode pertama tidak mahal, tetapi kasein sulit larut. Metode hidrolisis hemoglobin lebih mahal. Saat menggunakannya, substrat harus didenaturasi. Metode ketiga menghindari ini, tetapi juga tidak murah. Metode tercepat dan tidak mahal adalah penggunaan substrat susu. Ini mencakup lebih sedikit peralatan dan dapat digunakan dalam kursus pelatihan. Yang dibutuhkan hanyalah susu skim dan mandi air.
Prosedur eksperimental
Dua mililiter larutan buffer (natrium asetat pH 5.0 yang mengandung CaCI2) ditambahkan ke 3 mililiter susu skim. Campuran ini disimpan pada suhu 30 °C dalam penangas air selama 10 menit. Untuk melihat proses koagulasi susu digunakan sumber cahaya. Ini melompat selama beberapa detik yang diperlukan untuk mengentalkan sepotong susu seukuran kepala peniti. Periode akurasi yang memadai adalah antara satu dan dua menit. Blok enzim didefinisikan sebagai jumlah yang dibutuhkan untuk membentuk fragmen terkoagulasi pertama dalam satu menit di bawah kondisi eksperimen yang dipilih.
Protease sebagai agen antivirus
Saat ini, ada sejumlah obat yang disetujui dengan aktivitas proteolitik untuk digunakan dalam pengobatan infeksi virus. Sebagian besar digunakan terutama untuk mengobati herpesvirus, human immunodeficiency virus, infeksi saluran pernapasan, dan infeksi virus influenza A. Ini adalah analog nukleosida yang bekerja dengan menghambat sintesis DNA virus.
Penelitian selama dekade terakhir telah menunjukkan bahwa protease merupakan persyaratan mutlak dalam siklus hidup banyak virus. Pengaruh terjadi baikdengan pembelahan protein prekursor dengan berat molekul tinggi untuk mendapatkan produk fungsional, atau dengan katalisis protein struktural yang diperlukan untuk perakitan dan morfogenesis partikel virus.
Sampai saat ini, empat protease inhibitor telah disetujui:
- "Saquinavir" (Invirase, Ro 31-8959).
- Indinavir (Crixivan, MK-639).
- "Ritonavir" (Norvir, AVT-538).
- "Nelfinavir" (Viracept, AG1343).
Obat lain
Protease picornavirus merupakan salah satu keluarga terbesar patogen manusia yang penting secara medis. Enterovirus dikaitkan dengan berbagai sindrom klinis, termasuk penyakit saluran pernapasan atas, meningitis aseptik, ensefalitis, miokarditis, penyakit tangan, kaki, dan mulut. Dalam hal ini, protease akan membantu. Ekspektoran dengan aktivitas proteolitik:
- "Trypsin".
- "Ribonuklease".
- "Chimozin"
Obat antirhinovirus potensial lainnya adalah Pleconaril.
