3.2.Активація ферментів підшлункової залози і травлення у тонкому кишечнику.
Подібно до більшості біологічно активних білків, СП синтезуються у вигляді неактивних попередників (проформ, зимогенів). Процес активації носить характер обмеженого протеолізу і зводиться до розщеплення невеликого числа пептидних зв’язків (іноді – навіть одного) в молекулі білка-попередника.
Ключове положення в системі активації зимогенів підшлункової залози має трипсин, який активізує усі без винятку зимогени підшлункової залози – хімотрипсиногени А, В, С, проеластазу, прокарбоксипептидази А і В, зимоген фосфоліпази та проформи багатьох інших біологічно активних білків. Сам же трипсиноген може перетворюватися на трипсин як автокаталітично – під дією трипсину, так і під дією свого фізіологічного активатора - ентерокінази (ентеропептидази, К.Ф.3.21.9), який здійснює активацію трипсиногену шлункового соку при його надходженні у дванадцятипалу кишку. Якщо активація ентерокіназою відбувається ще тоді, коли панкреатичний сік знаходиться у підшлунковій залозі, то передчасно спрацьовують всі протеолітичні та ліполітичні його ферменти, через що відбувається розщеплення структурних компонентів тканин – розвивається гострий панкреатит.
Трипсиноген пертворюється на трипсин внаслідок єдиного розщеплення зв’язку Lys6-Ile7 і відщеплення N-кінцевого гексапептиду (преактиваційного пептиду). Будова преактиваційних пептидів різних організмів досить подібна і характеризується наявністю кластера із чотирьох аспарагінових кислот, що грають роль “іонного замка”, який утримує профермент в неактивному стані. Внаслідок відщеплення в молекулі відбуваються конформаційні зміни, що приводить до формування активного центра фермента.
Викликана трипсином активація хімотрипсиногену проходить за схожим, хоча й складнішим механізмом. Активація хімотрипсиногену А в активний фермент відбувається за рахунок конформаційних змін, викликаних триптичним розщепленням зв’язку Arg15-Ile16. На відміну від трипсину активаційний пептид залишається в складі молекули через дисульфідний зв’язок, утворений його N-кінцевим цистеїном. Автокаталітичні розщеплення ведуть до накопичення α-хімотрипсину – трьохланцюгового білка, прошитого п’ятьома дисульфідними зв’язками.
Активація проеластази в еластазу досить подібна активації трипсиногену в трипсин і відбувається після триптичного відщеплення маленького N-кінцевого пептиду.
Панкреатичні СП після надходження в тонкий кишечник здійснюють гідроліз пептидів, утворених внаслідок дії пепсину в шлунку. Хоча гідроліз здійснюється різними протеїназами по різних амінокислотних залишках, вузької специфічності ця функція не вимагає – трипсин, хімотрипсин і еластаза розщеплюють пептидні ланцюги незалежно від конформації, якщо, звичайно, ті мають відповідні амінокислотні залишки, які пасують до “гідрофобної кишеньки” ферменту. Виняток становлять лише нативні білкові інгібітори, які зв’язуються з іншою ділянкою міжмолекулярної взаємодії СП.
3.3.Функції внутрішньоклітинних протеїназ.
Хімаза і триптаза – СП хімотрисинового і трипсинового типів відповідно, що локалізовані в жирових клітинах різних тканин, а також у гранулах нейтрофілів і базофілів. Триптаза в клітинах, як правило, зв’язана зі своїм інгібітором – білком трипстатином. Це тетрамер із Мm 140 кДа, що складається з чотирьох каталітичних субодиниць. Молекула хімази являє собою одинарний поліпептидний ланцюг з Мm 30 кДа. В гранулах жирових клітин цей фермент існує в комплексі з гепарином і гепаринсульфатом. Вважається, що ці обидві СП включені в деградацію протеогліканів сполучної тканини, в розщеплення колагену базальних мембран, в активацію протромбіну та фактора Х згортання крові. Вони пов’язані з притоком іонів Са2+, вивільненням гістаміну і стимуляцією процесу дегрануляції, хемотаксисом, метилюванням фосфоліпідів.
Пролінендопептидаза (постпролінрозщеплюючий фермент) (КФ 3.4.21.26) – гомодимер з Мm 69 кДа. Міститься в цитоплазмі різних типів тканин ссавців, здійснює гідроліз зв’язку з С-кінця залишку проліну в пролінвмісних пептидах та поліпептидах (наприклад, антидіуретичних гормонів окситоцину та вазопресину, які синтезуються в гіпофізі і виділяються гіпоталамусом).
Інгобсин – міститься в клітинах слизової оболонки кишечника тварин. Це одноланцюговий поліпептид з Мm 33 кДа, який гідролізує зв’язки Lys-A і Arg-A. Вын локалізований в основному в ЕПС і бере участь у секреції мукозного глікопротеїну.
Перфорин – міститься в лініях цитолітичних лімфоцитів; пошкоджує інші клітини, в тому числі еритроцити. Вважається, що перфорин являє собою протеїназу з двох однакових субодиниць з Мm 30 кДа кожна. Перфорин включений в цитоплазматичні гранули і секретуєтьсялімфоцитами після їх стимуляції Са2+-іонофором. Ці спостереження свідчать про те, що цитолітичні лімфоцити секретують цей білок при взаємодії з клітинами-мішенями.
Калікреїн – виявляється переважно в крові і сечі, крім того в деяких типах клітин, зокрема підщелепної залози. Його Мm близько 30 кДа. Калікреїн бере участь в утворенні брадикініну з кініногенівта інших біологічно активних пептидів, зокрема нейропептидів, активує додаткові кількості фактора Х згортання крові (перший етап зовнішнього шляху згортання).
Серинові АТФ-залежні протеїнази – як і всі АТФ-ази, потребують іонів Mg2+ та інгібуються іонами ванадію. Прикладом такої СП може служити протеїназа, вперше виявлена в мітохондріях клітин кори наднирників. Це гексамер з Мm субодиниці 106 кДа. При її дії гідроліз макроергічного зв’язку не є конче потрібним. В мітохондріях гепатоцитів подібна протеїназа має в 10 разів нижчу активність. Очевидно, вона специфічна лише для аномальних білків, а в наднирниках вона гідролізує також білки з незміненою структурою, в тому числі гемоглобін.
3.4.Еластаза і запальні процеси.
Еластаза і нейтральна протеїназа виділяються лізосомними гранулами гранулоцитів крові у вогнищах запалення. Їх дія контролюється α1-антитрипсином, знайденим в α-глобуліновій фракції сироватки крові. Спадкова відсутність α1-антитрипсину або його повільне вивільнення змісця синтезу (печінки) призводить до важкого перебігу емфіземи в ранньому дитинстві. Причиною цього є невпорядкована робота еластази і нейтральної протеїнази, які викликають локальний розпад колагену.
3.5.Функція коконази.
Цей фермент виконує специфічну функцію руйнування стінки кокона при виході з нього гусениці шовковичного шовкопряда. Він виділяється слинними залозами гусениці і гідролізує фіброїн шовкових волокон до пептидів. Розпушена таким чином стінка кокона легко прогризається щелепами гусениці.
4.Висновки.
В цій курсовій роботі з різних джерел зібрано дані, що стосуються біологічних функцій сериновивих протеїназ. З них можна скласти уявлення про різноманіття, важливість і складність функцій СП.
При всьому різноманітті функцій дія СП відбувається за однаковим механізмом “переносу заряду”, який забезпечується ідентичною у всіх СП будовою гідролітичного центру. Усім СП властива також гомологічність амінокислотних послідовностей цілих ланцюгів. Саме гомологічністю пояснюються їх спільні риси (порівняно невеликі розміри, утворення з неактивних проформ, подібність конформацій у окремих СП, залежність від іонів Са2+) цей клас ферментів можна вважати яскравим прикладом дивергентної еволюції.
Увесь спектр СП можна функціонально поділити на дві групи: високоспецифічні (виконують преактиваційні розщеплення зимогенів чи модифікують нейропептиди і структурні білки) і низькоспецифічні (перетравлюють білки у шлунково-кишковому тракті, виконують лізис відпрацьованих органел). Дослідження функцій більшості СП досить перспективне з погляду практичного застосування.
Вивчення функції СП в системі гемостазу дуже актуальне з огляду на нагальну проблему створення штучного замінника крові чи плазми, який повинен точно вписуватися в природну систему гемостазу людського організму та забезпечувати гемостаз не гірше за неї. Роль СП у запальних процесах становить інтерес для медицини: дані щодо цієї ролі можуть бути використані для впливу на перебіг запальних процесів у бажаному напрямі. Високоспецифічні СП перспективні з погляду їх використання у фармакології, аналітичній біохімії, біотехнології. У біотехнології можливе також використання здатності деяких СП гідролізувати такі стійкі білки, як, наприклад, фіброїн шовку чи колаген. Таку властивість можна застосувати для виробництва амінокислотних добавок у раціон тварин чи навіть людини з різних білкових відходів (кератини, колаген). Така особливість СП як інактивація їх специфічними білковими інгібіторами теж може бути використана в біотехнології для регуляції технологічних процесів. Потребує детальнішого з’ясування роль перфорину та АТФ-залежних СП через потребу в таких даних імунології
Загалом СП вже давно знаходять широке застосування у медицині, фармакології, легкій та харчовій промисловості, аналітичній біохімії і найрізноманітніших галузях біотехнології. Докладне дослідження біологічних функцій СП необхідне з метою використання їх у цих галузях, та, безумовно, знайде собі використання в багатьох інших.