протеолитические ферменты

ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ (протеазы)

ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз (протео-лиз) пептидных связей. Место расщепления пептидной связи в полипептидной цепи определяется позиционной и субстратной специфичностью фермента и пространств. структурой гидролизуемого субстрата (белка или пептида).

Различают экзопептидазы, расщепляющие связи вблизи С- или N-конца цепи (соотв. карбоксипептидазы и аминопептидазы) и эндопептидазы (протеиназы), гидролизующие связи, удаленные от концевых остатков (напр., трипсин). Лишь ограниченное число П. ф. обладает строгой субстратной специфичностью. К ним относят, напр., ренин, гидролизующий связь между остатками лейцина в положениях 10 и 11 в ангиотензиногене (предшественник ангиотензина пептида, участвующего в регуляции кровяного давления), или энтеропептидазу отщепляющую N-концевой гексапептид в трипсиногене (предшественник трипсина). Специфичность большинства П.ф. определяется в осн. структурой аминокислотного остатка, расположенного рядом с расщепляемой связью. Ферменты трипсинового типа катализируют гидролиз связей, образованных карбоксильной группой основных аминокислот (остатками лизина и аргинина). Для мн. ферментов (химотрипсин, пепсин, субтилизины и др.) важно наличие вблизи расщепляемой связи объемистых гидрофобных остатков (фенилаланина, тирозина, триптофана и лейцина). П. ф. типа эластазы (фермент поджелудочной железы) гидролизуют связи, образованные аминокислотными остатками с небольшой боковой группой (напр., остатками аланина и серина). Место расщепления зависит от расположения пептидной связи в пространств. структуре субстрата — легче всего гидролизуются связи на р-изгибах цепи, которые расположены на поверхности молекулы. Углеводные цепи в гликопротеинах могут препятствовать доступу фермента к данной связи.

Многие П. ф. прочно ассоциированы с клеточными мембранами и поэтому действуют только на определенные белки (т. наз. компартментализация). К ним относят, напр., сигнальные протеазы, участвующие в транспорте белков во внеклеточное пространство. В зависимости от локализации фермента протеолиз происходит при разл. pH. Так, П. ф. желудка (напр., пепсин, гастриксин) функционируют при pH 1,5–2, лизосомные ферменты — при pH 4–5, а П.ф. сыворотки крови, тонкого кишечника и др. — при нейтральных или слабощелочных значениях pH. Некоторые П.ф. используют в качестве кофактора ионы металлов-Са²⁺, Mg²⁺ и др.

Дефектные и чужеродные белки деградируют в клетке при участии АТФ-зависимой системы протеолиза. У эукариот (все организмы, кроме бактерий и синезеленых водорослей) эта система включает низкомол. белок убикитин, образующий с белками-субстратами конъюгат, и протеазы, расщепляющие этот конъюгат.

П.ф. играют важную роль во мн. процессах, происходящих в организме, напр. при оплодотворении, биосинтезе белка, свертывании крови и фибринолизе, иммунном ответе (активации системы комплемента), гормональной регуляции. Во мн. этих случаях фермент расщепляет в субстрате лишь одну или неск. связей (ограниченный протеолиз). Активность П.ф. регулируется на посттрансляц. стадии путем активации их неактивных предшественников (зи-могенов), а также действием прир. ингибиторов ферментов (α₂-макроглобулина, α₁антитрипсина, секреторного панк-реатич. ингибитора и др.). Нарушения механизмов регуляции активности П. ф. — причина мн. тяжелых заболеваний (мышечной дистрофии, аутоиммунных заболеваний, эмфиземы легких, панкреатитов и др.).

П.ф. применяют в медицине, напр. для коррекции нарушений пищеварения, заживления ран и ожогов и др. Их также используют для получения смесей аминокислот, применяемых для парэнтерального питания, в производстве гормональных препаратов и некоторых антибиотиков, в пищ. и кожевенной промышленности, производстве моющих средств.

^{Лит.: Антонов В. К., Химия протеолиза, М., 1983; Орлова М. А., "Успехи химии", 1993, т. 62, в. 5, с. 529; Proteases and biological control, ed. by E. Reich, D.B. Rifldn, E. Shaw, Cold Spring Harbour, 1975.}

_{В. К. Антонов}