Активность нейтральных протеаз в тканях животных при зимней спячке и гипотермии
Диссертация - Биология
Другие диссертации по предмету Биология
?кализованы в различных субклеточных структурах: ядре, лизосомах, митохондриях, пластинчатом комплексе, микросомной и плазматической мембранах, цитозоле и др. Различают две большие группы протеаз: эндопептидазы, расщепляющие в белках внутренние пептидные связи, и экзопептидазы, которые гидролизуют связи на N- и C-концевых участках пептидной цепи. По строению активного центра фермента и механизму его действия выделяют 4 семейства эндопептидаз: аспартильные, сериновые, цистеиновые и металлопротеазы.
Аспартильные протеиназы представляют собой многочисленную группу ферментов, встречающихся в организмах животных, растений, грибов и ретровирусов. Аспартильные протеазы представлены семейством пепсина. Они включают пищеварительные ферменты типа пепсина и химозина, лизосомальный катепсин D и ферменты процессинга белков, подобные ренину, некоторые протеазы из грибов (пенициллопепсин, ризопуспепсин, эндотиапепсин), а также вирусные протеазы вируса СПИДа (HIV) (ретропепсин). Почти все они, независимо от источника, проявляют способность катализировать реакцию гидролиза пептидных связей в кислой и слабокислой среде. Как правило, два остатка аспарагиновой кислоты участвуют в кислотно-основном катализе в активном центре фермента. Вначале, один аспартат акцептирует протон от H2O активного центра, который атакует углерод карбонила пептидной связи. Одновременно, другой аспартат дает протон кислороду карбонильной группы образующегося пептида (Кашпаров и др., 2000).
Среди протеолитических ферментов особый интерес представляют наиболее распространенные в организме сериновые протеиназы, в том числе локализованная в азурофильных гранулах нейтрофильных лейкоцитов человека гранулоцитарная эластаза. Возрастание активности эластазы во внеклеточном пространстве рассматривается как основное звено патогенеза многих заболеваний, при которых происходит инфильтрация тканей активированными нейтрофилами, наблюдаемая, прежде всего при воспалительных процессах. Попадая в кровеносное русло, эластаза может разрушать белки протеолитических систем плазмы, тем самым, нарушая процессы защиты и адаптации (Немкова, 1994).
К сериновым протеазам принадлежит трипсин, химотрипсин, эластаза, подавляющее большинство протеаз плазмы крови (факторы свертывания крови, фибринолиза, системы комплемента, кининовой системы), многие внутриклеточные и бактериальные протеазы. Эти ферменты, хотя и отличаются своей третичной структурой и специфичностью, но имеют одинаковую геометрию активного центра и поэтому катализируют реакции по одному и тому же механизму. Три аминокислотных остатка формируют домен-каталитическую триаду, обеспечивающую проведение катализа (например, Гис 57, Асп 102 и Сер195 у химотрипсиногена).
Во время катализа происходит нуклеофильная атака кислорода гидроксильного остатка серина протеазы на углерод карбонила гидролизуемой пептидной связи. При этом образуется промежуточный ацилферментный комплекс. Гидролиз возникающей при этом сложной эфирной связи приводит к образованию второго продукта гидролиза (Дин, 1981).
К цистеиновым протеазам относятся многие катепсины: B, H, L, ряд бактериальных и растительных ферментов, из которых наиболее изучен папаин. Это группа гомологичных белков с однотипной трехмерной структурой. Отличия в специфичности катепсинов обусловлены локальными различиями в структуре субстрат - связывающей области. Цистеиновые протеазы по механизму действия напоминают сериновые, однако ведущая роль в катализе отводится цистеину. Во время катализа происходит передача протона SH-группы цистеина на молекулу смежного гистидина, и атом серы обеспечивает нуклеофильную атаку на углерод карбонила гидролизуемой пептидной связи. Возникающий тиоэфир, связывающий новый С - конец пептида с тиолом цистеина - промежуточное звено реакции (подобно ацилферментному комплексу в механизме катализа сериновыми протеазами). Остатки Цис25 и Гис159 (в папаине) играют такую же роль, как Сер195 и Гис57 в химотрипсине (Halang et al., 2000).
Лизосомальные цистеиновые протеиназы вовлечены в процессы неопластической трансформации. Они деградируют многие белки и компоненты внеклеточного матрикса и осуществляют деструкцию ткани. В процессе иммунного ответа они участвуют в процессинге антигенов, а также могут модифицировать белки плазматической мембраны. Эти протеиназы осуществляют протеолиз короткоживущих белков, которые регулируют злокачественный рост (Дилакян, 2000).
Матриксные металлопротеиназы относятся к семейству цинковых металлопротеиназ, функция которых связана с обменом соединительного матрикса в норме и при патологии. Известно более 20 представителей этого семейства, которые на основании специфичности можно разделить на пять подсемейств: 1-колагеназы; 2-желатиназы; 3-стромелизины; 4-мембранный тип матриксных металлопротеиназ; 5-матриксные металлопротеиназы, не относящиеся к известным подсемействам. Они играют основную роль в гидролизе экстраклеточного матрикса благодаря своей способности разлагать практически все его компоненты: коллагены всех типов, эластин, протеогликаны, ламинин и т.д. Кроме того, металлопротеиназы могут участвовать в процессе канцерогенеза, воздействуя на различные пути передачи сигнала в клетке, основные компоненты соединительнотканного матрикса, на межклеточные взаимодействия, а также продуцируя различные биологически активные молекулы (Клишо и др., 2005).
Металлопротеиназы относятся к энергозависимым протеиназам. Энергозависимые п?/p>