Біологічні функції серинових протеїназ

Зміст

1.Вступ……………………………………………….2

2.Загальна характеристика серинових протеїназ….2

3.Функції окремих серинових протеїназ у різних біологічних процесах………………………………..4

3.1.Згортання крові (гемостаз)……………………4

3.2.Активація ферментів підшлункової залози і

травлення у тонкому кишечнику…………………7

3.3.Функції внутрішньоклітинних протеїназ……8

3.4.Еластаза і запальні процеси…………………..9

3.5.Функція коконази……………………………..9

4.Висновки………………………………………….10

5.Використана література………………………….11

1.Вступ.

Серинові протеїнази дуже поширені в природі і виконують найрізноманітніші функції. При єдиному механізмі дії активного центру серинові протеїнази (далі по тексту – СП) мають великі відмінності у специфічності, пов’язані з біологічною функцією кожного окремого фермента. СП діють на біологічних рівнях від внутрішньоклітинного (протеїнази лізосом) до організменого (протеїнази, що модифікують нейропептиди). Дослідження всього різноманіття функцій СП дало змогу зрозуміти причини таких хвороб, як панкреатити, гемофілія, емфізема, що створило теоретичний базис для їх лікування. СП відіграють важливу роль в імунній та гормональній системах; детальне дослідження цих СП , безсумнівно, дасть практичні результати.

Найбільш вивчені на сьогоднішній день серинові протеїнази – це хімотрипсин, трипсин та еластаза. Вони виділені у чистому вигляді і вивчаються більш як півстоліття, що привело до накопичення величезного масиву інформації, яка має як теоретичне, так і відчутне практичне значення. Це особливо стосується трипсину і хімотрипсину, які отримали широке застосування у медицині, фармакології, легкій та харчовій промисловості, аналітичній біохімії і найрізноманітніших галузях біотехнології.

У той же час навіть для цих найпростіших СП є багато неясностей теоретичного і практичного планів. Наприклад, досі не вияснено, яким чином при активаційному розщепленні проформ білків фермент розпізнає строго визначений зв’язок.

Отже, дослідження функцій серинових протеїназ – важлива робота, яка, безумовно, принесе ще чимало корисних плодів.

2.Загальна характеристика серинових протеїназ.

Більшість відомих на сьогодні серинових протеїназ мають подібні амінокислотні ланцюги зі схожою третинною будовою і тому вважаються еволюційно спорідненими. (Бактеріальна СП субтилізин має зовсім відмінну від решти послідовність амінокислот і третинну будову). Спільна ознака усіх СП – тріада амінокислот, яка складає їхню каталітичну ділянку . Це три жорстко зафіксованих у просторі залишки серину, гістидину і аспарагінової кислоти, які забезпечують гідроліз амідних і складноефірних зв’язків, що потрапляють в зону його дії.

Такий гідроліз відбувається внаслідок унікальної здатності серинового залишку каталітичної тріади ( у хімотрипсину він знаходиться в положенні 195) ацилюватися субстратом. Вважається, що при взаємодії карбоксильної групи субстрату із серином гідролітичного центру утворюється високоенергетична проміжна сполука, яка перетворюється на ацил-фермент з наступним його гідролізом:

Близьке розташування трьох залишків амінокислот – Асп, Сер,Гіс – привело до формулювання класичної на сьогодні гіпотези активації оксигрупи Сер 195 шляхом переносу протона на Асп 102 по так званому ланцюгу переносу заряду:

Відмінності у специфічності СП зумовлені різницею в будові “кишеньки”, яка звязує боковий ланцюг амінокислоти, по якій іде гідроліз зв’язку. В молекулі хімотрипсину є чітко виражена кишенька, що зв’язує великі гідрофобні бокові ланцюги. В молекулі трипсину на дні аналогічної “кишеньки” замість серину знаходиться залишок аспарагінової кислоти. Здатність від’ємно зарядженої карбоксильної групи утворювати іонний зв’язок із додатньо зарядженими групами лізину чи аргініну визначає різницю в специфічності дії хімотрипсину і трипсину: якщо хімотрипсин розщеплює поліпептидний ланцюг по фенілаланіну, тирозину, триптофану і – в меншій мірі – по лейцину, то трипсин специфічно гідролізує зв’язки, утворені карбоксильними групами лізину і аргініну. Направленість дії фермента задається в першу чергу специфічністю такої “гідрофобної кишеньки”(її позначають S1). У випадку СП з більш складною організацією можливе існування додаткових зв’язуючих ділянок, розташованих у досить автономних доменах молекули. Прийнято вважати, що ці ділянки забезпечують високоспецифічне розпізнавання ферментами своїх фізіологічних субстратів і забезпечують необхідну послідовність гідролітичного процесу, а також деякі стадії взаємодії фермента з його нативним білковим інгібітором.

Окрім вищезгаданих ділянок міжмолекулярної взаємодії СП мають ще й регуляторну (ефекторну) ділянку. Зв’язування нею відповідного ліганда (ефектора) приводить активний центр ферменту в активований стан. Саме наявність таких ділянок пояснює явище субстратної активації – нелінійного зростання швидкості гідролізу по мірі збільшення концентрації субстрату.

Крім того, усі серинові протеїнази є кальцій-залежними білками, що містять одну кальцій-зв’язуючу ділянку. Зв’язування іонів кальцію такого роду ділянками збільшує стабільність молекули, підвищує її стійкість до денатураційних впливів і уповільнює процес автолізу фермента.

Регуляція активності СП здійснюється трьома основними шляхами, які знаходяться у складному взаємозв’язку:

3.Функції окремих серинових портеїназ у різних процесах.

3.1.Згортання крові (гемостаз) і лізис тромбу.

СП у процесі згортання крові виконують функцію утворення фібринового згустка, який запобігає витіканню крові. Цей процес відбувається як складний каскад послідовних розщеплювальних активацій факторів згортання крові – одна протеїназа розщеплює проформу іншої. При цьому є два шляхи згортання: внутрішній і зовнішній.Зовнішній запускається внаслідок активації т.зв. фактору X після стикання його з чужорідною поверхнею (схема 1). Внутрішній механізм спрацьовує при появі в крові чужорідної для неї речовини (що відбувається через руйнування прилеглих тканин) (схема 2). Після відновлення структури судини в дію вступає СП, яка виконує лізис тромбу. За винятком трьох, всі активовані фактори згортання крові являють собою СП. Зимогени цих СП мають амінокислотні послідовності, гомологічні послідовностям панкреатичних зимогенів: трипсину, хімотрипсину, еластази.

Циркулюючий в