Високоспецифічні протеїнази - студопедія

Інгібітори тіолових протеїназ

Інгібітори серинових протеїназ.

Найактивніший інгібітор плазми - альфа 1-антитрипсин. Його концентрація в крові приблизно 35 нмоль / л. Пригнічує в першу чергу еластазу, а при великих концентраціях інгібітора пригнічує трипсин. Буває, що його виробляється мало. Також може порушуватися процесинг цього білка. В результаті він накопичується в гранулах, але не виділяється в активній формі в кров. Це генетичний дефект, і у гомозиготних за цією ознакою хворих можуть розвинутися порушення з боку легенів, а потім в печінці (розвиваються емфізема і гепатит). У гетерозигот - схильність до розвитку хронічних запальних процесів.

У плазмі крові є і інші інгібітори серинових протеїназ: альфа1 -антіхімотріпсін, антитромбін, альфа2 -антіплазмін.

Одним з найбільш важливих інгібіторів цієї групи - альфа2 - макроглобулин.

альфа2 -макроглобуліну - універсальний інгібітор (блокує протеїнази різних типів). Він не блокує активні центри ферментів, а лише захоплює протеїназу в пастку, яка є на поверхні макроглобуліна. При такій взаємодії активний центр вільний і низькомолекулярні субстрати продовжують руйнуватися протеиназой. Але в "пастці" фермент вже не може зблизитися в достатній мірі з білковим субстратом. Тобто альфа2 -макроглобуліну не просто інгібітор, а модулятор субстратної специфічності протеїназ. Якщо макроглобулин захоплює протеїназу в пастку, то, наприклад, плазмін, продовжує розщеплювати молекули фібрину (невеликих розмірів). Як тільки альфа2 -макроглобуліну захоплює в пастку протеїназу, то він відразу змінюється і в результаті звільняється ділянку, для якого багато клітин (лейкоцити, макрофаги) мають специфічними рецепторами. Тому вони зв'язуються з комплексом "альфа2 -макроглобуліну-фермент", фагоцитируют його і в лізосомах поглинені білки повністю гідролізуються до амінокислот. Тому альфа2 -макроглобуліну називають ще "чистильником". 4% всіх білків плазми припадає на частку альфа2 -макроглобуліну, який за процентним вмістом є другим після альбуміну. Період напівіснування молекули альфа2 -макроглобуліну становить близько 5-ти хвилин. Це означає, що за 5 хвилин оновлюється половина міститься в плазмі крові альфа2 -макроглобуліну.

Адсорбційний центр цих ферментів має складну будову. Вони здатні розпізнавати структуру радикала не тільки однією з амінокислот, але цілої ділянки поліпептидного ланцюга, в складі якого знаходиться пептидний зв'язок, яку гидролизует фермент. Часто Високоспецифічні протеиназа може дізнатися і гідролізувати тільки одну зв'язок з сотень інших, наявних в білку-субстраті. Таке Високоспецифічні розщеплення молекули білка в одному строго визначеному місці називається "обмежений протеоліз".

Високоспецифічні протеїнази можна розділити на дві групи:

1. Внутрішньоклітинні високоспецифічні протеїнази. Забезпечують постсинтетическом модифікацію білка. Молекули білка синтезується в рибосомах у вигляді єдиного поліпептиду, в складі якого набагато більше амінокислот, ніж в тому білку, який потім з нього утворюється.

Постсинтетическом модифікація білка включає в себе безліч різноманітних процесів, які різні для кожного окремого білка.

Наприклад, може відбуватися хімічна модифікація деяких амінокислотних радикалів (так, пролін в складі колагену перетворюється в оксипроліну).

Після синтезу білка до нього приєднуються вуглеводні фрагменти. Так утворюються глікозілірованнние білки. Постсинтетическом перетворення, які супроводжують обмежений протеоліз, називаються "ПРОЦЕСИНГ БЕЛКА".

Всі реакції процесингу можна розділити на дві фази:

а) відщеплення "сигнального" пептиду;

б) подальша постсинтетическом модифікація.

Зазвичай білки синтезуються так, що на N-кінці такого білка є послідовність від 15 до 30 амінокислотних залишків, які не входять до складу остаточного білка. Виявилося, що в такий сигнальний ПОСЛІДОВНОСТІ (або сигнальному пептиді дуже багато амінокислот з гідрофобними радикалами. Тому сигнальна послідовність дуже стійка до дії протеолітичних ферментів. Гідрофобність сигнальної послідовності забезпечує молекулі білка проникнення через мембрани.

Виділяють три головні функції сигнальних пептидів:

а) забезпечують стійкість синтезованого білка до протеолізу на всьому шляху цього білка від рибосом до місця, де білок виконує свою функцію в клітині;

б) створюють умови для перенесення білка через мембрани.

Навіть після відщеплення сигнального пептиду формування остаточного білка ще на закінчено: залишається довга поліпептидний ланцюг, яка ще повинна бути вкорочена.

Знову протікає серія реакцій обмеженого протеолізу, в результаті яких поліпептидний ланцюг коротшає по-різному: іноді відбувається вкорочення шляхом гідролізу з боку С-кінця; іноді гідроліз відбувається з боку N-кінця; в деяких випадках розщеплення поліпептиду відбувається в середині ланцюга в результаті гідролізу в двох місцях.

Приклади РОБОТИ внутрішньоклітинних Високоспецифічні Протеиназа

Приклад 1: ДОЗРІВАННЯ МОЛЕКУЛИ ГОРМОНУ ИНСУЛИНА:

Дозріла молекула складається з двох поліпептидних ланцюгів, які з'єднані двома дисульфідними зв'язками. В одного ланцюга (А-ланцюг) міститься 21 амінокислотний залишок, а в другій (В-ланцюг) - 30 амінокислотних залишків.

Виявилося, що цей білок синтезується у вигляді єдиної поліпептидного ланцюга (препроінсуліну), в якій міститься 100 амінокислотних залишків. Після гідролізу з боку N-кінця від молекули відривається сигнальний пептид (16 амінокислот) і утворюється проінсуліну. Наявність сигнальної послідовності в препроінсуліну дозволяє йому проникати через мембрани трубочок ЕПР. А перетворення препроінсуліну в проінсулін відбувається всередині трубочок під дією високоспецифічний протеїнази.

Потім, в апараті Гольджі починається і в секреторних гранулах завершується друга група реакцій процесингу. В ході цих реакцій утворюється По-ланцюг, а потім з боку С-кінця на відстані в 20 амінокислотних залишків від кінця відбувається гідроліз зв'язку між арг79 і глі80. В кінцевому рахунку від молекули проінсуліну відділяється 33-членний серединний пептид. В результаті утворюється ІНСУЛІН.

Приклад 2. ДОЗРІВАННЯ МОЛЕКУЛИ адренокортикотропного гормону ГІПОФІЗА (АКТГ).

Білок кортикотропин синтезується в складі більшої молекули, яка містить 264 амінокислотних фрагмента і називається ПРООПІОКОРТІН.

Сам АКТГ складається з амінокислот від 131-ї до 170-ї в складі цього білка, а решта ділянок містять сигнальну послідовність і в складі цієї ж молекули міститься поліпептид, з якого утворюється меланоцітстімулірующій гормон (МСГ). В ході процесингу від проопіокортіна спочатку відщеплюється сигнальна послідовність і потім після двох реакцій протеолізу з боку N-кінця і С-кінця відділяється пептид гамма2 -МСГ (меланоцітстімулірующій гормон). АКТГ звільняється з N-кінця.

КЛИП - кортікотропінподобний пептид проміжної частки гіпофіза. На С-кінцевій частині цього пептиду містяться послідовності, з яких утворюються ендорфіни (ендогенні морфіну). За структурою вони є пептидами. Наприклад, пептид скотофобін викликає у тварин боязнь темряви (навіть якщо тваринам, провідним нічний спосіб життя, його ввести, то вони починають боятися темряви).

Внутрішньоклітинні протеїнази, які забезпечують реакції процесингу, мають високу субстратної специфічністю. Кожна така протеиназа діє на один певний білок, а наступна протеиназа діє тільки на продукт першої реакції.

Зовсім по іншому організовані системи позаклітинних протеїназ.

Прикладом може служити система згортання крові. Це сукупність більш ніж десяти різних білків. Багато з цих білків є неактивними формами протеїназ (тобто профермент). Наприклад, серед білків системи згортання крові є фактор XII. Він вступає в контакт з чужорідною поверхнею (наприклад, зі склом при пошкодженні стінки судини) і при цьому відбуваються конформаційні зміни. На поверхню молекули виступає її активний центр, який був раніше захований. Цей білок вже стає активним і може руйнувати одну пептидний зв'язок в іншому білку, який теж в результаті цього впливу з профермента перетворюється в активний фермент.

Для цього активного ферменту субстратом є наступний білок плазми, який перетворюється під дією другої ланки з профермента в активний фермент, поки процес не дійде до фібриногену. Черговий протеолітичний фермент діє на фібриноген, перетворюючи його в фібрин. Фібрин - не є ферментом, він погано розчинний у воді, утворює нитки, які випадають в осад. У цьому осаді заплутуються формені елементи крові. Так утворюється кров'яний згусток.

Саме висока Субстратна специфічність дозволяє протеїназ плазми утворити в крові систему, ланки якої працюють строго послідовно. Ця система - система згортання крові працює за принципом каськадності. Відбувається поступове посилення спочатку слабкого сигналу. Згортання крові відбувається постійно, але воно врівноважується процесом фібринолізу. Це забезпечується наявністю в плазмі крові ферменту плазміну, який утворюється з плазміногену і не є ланкою каскаду згортання. Плазміну, який міститься в крові, досить, щоб забезпечити гідроліз фібрину всередині судин. При порушеннях фібринолізу спостерігається ДВС-синдром (синдром дисемінованого внутрішньосудинного згортання).

До протеолітичним системам плазми крові відносяться також системи комплементу і СИСТЕМА РЕГУЛЮВАННЯ СУДИННОГО ТОНУСУ (за допомогою вазоактивних пептидів). Детально про ці системи, а також про роботу системи згортання крові викладено в лекції "протеолітичних СИСТЕМИ КРОВІ".