Сериновые протеиназы — Определение, Сериновые протеиназы конспект лекции

Кристаллическая структура трипсина, типичная сериновая протеаза.
Кристаллическая структура бычьего химотрипсина. Каталитические остатки показаны как желтые палочки.

Сериновые протеиназы объединяют группу эндопептидаз, имеющих в каталитическом центре остаток серина, их молекулярная масса

Сериновые протеиназы объединяют группу эндопептидаз, имеющих в каталитическом центре остаток серина. У большинства сериновых протеиназ в каталитическом центре находят аминокислотные остатки Асп 102, Гис 57 и Сер 195. Сериновыё протеазы ингибируют агентами, взаимодействующими с остатком серина, такими как диизопропилфторфосфат (DFP), фенилметилсульфонилфторид (PMSF), сульфогалогениды, а также природными протеолитическими ингибитора животного, растительного и микробного происхождения. Все сериновые протеиназы проявляют максимальную активность в нейтральной или щелочной среде. Молекулярная масса составляет от 12-15 кДа у ферментов с единственной полипептидной цепью, до 200-300 кДа – у ферментов с субъединичной структурой.

К группе сериновых протеиназ относятся ферменты животного, растительного и микробного происхождения, многие из которых хорошо изучены и выпускаются в виде промышленных препаратов.

Сериновые протеиназы – трипсин, Синтез в поджелудочной человека, Свойства Трипсина

В поджелудочной железе человека и млекопитающих животных синтезируются сериновые протеиназы – трипсин (К.Ф.3.4.21.4), химотрипсины А и В (К.Ф.3.4.21.1), химотрипсин С (К.Ф.3.4.21.2). Эти ферменты образуются первоначально в виде предшественников (трипсиногена и химотрипсиногенов), которые превращаются в активные формы под действием трипсина. При протеолитическом процессинге трипсиногена от его молекулы отщепляется N-концевой гексапептид, реакция активируется кальцием.

Активная форма трипсина – однокомпонентный белок, состоящий из единственной полипептидной цепи. Фермент, выделенный из поджелудочной железы человека и различных млекопитающих, имеет молекулярную массу 22,9-25,5 кДа, оптимальный рН 7-8. Стабилен при рН не выше 6. В щелочной среде происходит самопереваривание. В организме трипсин стабилизируется с помощью ингибитора, с которым образует неактивный комплекс, устойчивый к протеолизу. Ингибитор синтезируется в поджелудочной железе. Трипсин гидролизует пептидные связи, образованные карбоксилами аргинина или лизина. Существенно наличие свободной аминогруппы диаминокислот по соседству с расщепляемой связью. Фермент гидролизует не только амидные, но также сложноэфирные связи. Он расщепляет различные животные и растительные белки, проявляет высокую активность в отношении белковых компонентов клеточных стенок микроорганизмов. Комплекс трипсина и литической мурамидазы – лизоцима, секретируемого слизистой кишечника, является важнейшим фактором регуляции состава микрофлоры пищеварительного тракта животных и человека.

Химотрипсины, пептиды, аминокислотные остатки, ферменты, образованные карбоксилами лейцина, метионина, триптофана

Химотрипсины образуются из химотрипсиногенов после отщепления пептида, состоящего из 15 аминокислотных остатков. Молекулярная масса химотрипсинов составляет 24-25,8 кДа, оптимальный рН 7-9. Химотрипсины стабильны в кислой среде. Ферменты предпочтительно катализируют расщепление в белках пептидных связей, в образовании которых участвуют карбоксилы ароматических аминокислот. Гидролизуют также связи, образованные карбоксилами лейцина, метионина, триптофана. Химотрипсины, как и трипсин, расщепляют сложные эфиры. Разнообразие типов гидролизуемых связей определяет широкую специфичность действия химотрипсинов.

В группу сериновых входят многие внеклеточные и внутриклеточные протеиназы микроорганизмов. Классическими представителями секретируемых сериновых протеиназ бактерий являются субтилизины А, В и BPN’ из культуры В. subtilis – белки молекулярной массы 26,3-27,5 кДа с оптимумом действия при рН 8-11. Многие бациллы продуцируют субтилизиноподобные сериновыё протеиназы.

Сериновые протеиназы бактерий, Сериновые протеиназы в составе препаратов

Для внеклеточных сериновых протеиназ бактерий характерен оптимум действия в щелочной зоне (рН 8-12,5), при температуре 50-70° С. Ферменты стабильны в зоне рН от 6 до 13, при температуре не выше 50° С. В качестве стабилизатора могут использоваться соли кальция.

Сериновые протеиназы входят в состав комплексных ферментных препаратов, выделяемых из грибов аспергиллов. У Asp. oryzae найдены разновидности сериновых протеиназ, которые при действии на казеин проявляют максимальную активность при рН 7-8,5 и 9-11,5.

Многие виды микроскопических грибов (p. p. Acremonium, Alternaria, Aspergillus, Cephalosporium, Fusarium, Penicillium, Trichoderma, Verticillium и др.) синтезируют внеклеточные сериновыё протеиназы. Большинство исследованных ферментов этой группы имеют молекулярную массу 18-35 кДа, оптимум действия – при рН от 5 до 12 и температуре 55-60° С. Многие сериновыё протеиназы грибов стабилизируются ионами кальция.

Растворимые формы субтилизиноподобных сериновых протеиназ в соке растений

В соке растений присутствуют растворимые формы субтилизиноподобных сериновых протеиназ. Их выделили из плодов дыни, различных видов тыквы, из томатов, плодов маклюры (сем. тутовых), из листьев подсолнечника, корней одуванчика, клубеньков ольхи. Все исследованные растительные субтилизины – гликопротеины, фермент из маклюры содержит 25,6% углеводов. Они синтезируются в виде препроферментов, которые после протеолитического процессинга превращаются в активные формы. Молекулярная масса активных форм — 50-70 кДа, у подсолнечника – 25 кДа. Оптимальный рН действия – в интервале 7,3-11, при температуре 55-70° С. Стабильны при температуре не выше 50-60° С. Растительные субтилизины имеют широкую зону рН-стабильности: фермент из тыквы – 5-10, дыни – 4-12, подсолнечника – 4-10. Гидролизуют казеин, азоказеин, азоколлаген, гемоглобин и другие белки, преимущественно расщепляя связи, образованные гидрофобными аминокислотами (лейцином, фенилаланином, тирозином), с меньшей скоростью – образованные цистеином, дикарбоновыми аминокислотами и их амидами.

Растения синтезируют различные ингибиторы ферментов, среди которых наиболее широко представлены ингибиторы сериновых протеиназ, в частности, ингибиторы трипсина. Они найдены в семенах бобовых (сои, фасоли, гороха), злаков (пшеницы, ржи, кукурузы), гречихи, в клубнях картофеля, корнеплодах моркови, яблоках, листьях капусты и других источниках. Ингибиторы трипсина предотвращают инфицирование растений микроорганизмами и повреждение насекомыми, поскольку большая часть патогенных микроорганизмов и насекомых-вредителей синтезирует трипсиноподобные ферменты. В семенах гречихи найден медленно взаимодействующий и прочно связывающийся ингибитор трипсина, подавляющий прорастание спор и рост мицелия патогенного гриба Alternaria alternata. В клубнях картофеля присутствуют две разновидности ингибиторов сериновых протеиназ с молекулярной массой 21 и 22 кДа. Первый подавляет активность трипсина, химотрипсина и эластазы, второй – только двух первых ферментов. Среди ингибиторов химотрипсина, синтезирующихся в тканях картофеля, нашли высокоэффективный пептид массы всего 5 кДа. Расшифровка структуры низкомолекулярного ингибитора перспективна в целях создания синтетических аналогов для применения в качестве средств защиты растений и медицинских препаратов.

Две разновидности ингибиторов трипсина: ингибитор Кунитца и ингибитор Баумана-Бирк (ББИ)

В семенах сои – две разновидности ингибиторов трипсина: ингибитор Кунитца и ингибитор Баумана-Бирк (ББИ). Второй способен одновременно и независимо связывать на одном центре – трипсин, а на другом – эластазу лейкоцитов человека и химотрипсиноподобные ферменты, за что получил название «двухголового». Показано, что ББИ обладает антиканцерогенным действием, препятствуя метастазированию и росту злокачественных опухолей, происходящему при участии лейкоцитарных ферментов химотрипсинового типа. Содержание ББИ в разных сортах сои составляет от 0,5 до 1,5 мг/г семян, в некоторых видах коммерческой соевой муки – до 1,9 мг/г. В семенах сои ББИ представлен несколькими изоформами, число которых, в зависимости от сорта сои, составляет от 2 до 7. Высокая биологическая активность ББИ побудила пересмотреть выводы об антипитательных свойствах соевых ингибиторов. Считают, что антипитательные свойства связаны с присутствием в сое большого количества таннинов – неспецифических ферментных ингибиторов широкого спектра, а также гемаглютининов.

Помимо ингибиторов собственно сериновых протеиназ, растения синтезируют бифункциональные ингибиторы, подавляющие активность α-амилазы и сериновых протеиназ. Такие ингибиторы характерны для семян злаков. В процессах гидролиза растительных белков необходимо принимать во внимание присутствие ингибиторов в растительном сырье.

Сериновыё протеиназы животного и микробного происхождения прочно вошли в номенклатуру промышленных ферментных препаратов. Из животного сырья производят трипсин, химотрипсин и комплексный препарат панкреатин с активностью обоих этих ферментов. Из микробного сырья получают Проназу, Римопротелин, Протосубтилин щелочной, Амилопроторизин, Лизосубтилин и другие препараты.

Ссылка на основную публикацию