Тканевые протеолитические ферменты

Тканевой протеолиз, т. е. гидролиз тканевых белков с участием тканевых протеолитических ферментов, называется автолизом, а ферменты — катепсинами. Катепсины подразделяются А, В, С, D, Е, Н, N, L, S.

По локализации выделяют две группы катепсинов. К первой группе относятся кислые катепсины. Они локализованы в лизосомах клеток, где происходит основной процесс гидролиза белков, и составляют 85—90 % от общего содержания катепсинов в клетках. Ко второй группе относятся основные и нейтральные катепсины. Они локализованы в цитозоле и эндоплазматическом ретикулуме и составляют 10—15 % от общего содержания катепсинов.

В основном катепсины являются кислыми протеиназами. Катеп-син В относится к тиоловым протеиназам.

По специфичности действия катепсины подразделяются на экзо-пептидазы (С, А, Н) и эидопептидазы (В, N, L, S, D).

Катепсин С отщепляет дипептид с N-конца полипептидной цепи, имеет оптимум рН 5,0—6,0.

Катепсин А аналогичен карбоксипептидазе, оптимум рН 5,0—5,5.

Катепсин В является аналогом трипсина, оптимум рН 5,5—6,0.

Катепсин Н подобен аминопептидазе, наиболее активен в клетках печени, оптимум рН 6,0—7,0.

Катепсин N при рН 3,6—6,0 гидролизует нативный коллаген, при рН 6 — растворимый коллаген.

Катепсин L аналогичен химотрипсину, оптимум рН 5,0.

Катепсин D имеет оптимум рН 4,0.

Тканевые протеиназы активны в период посмертных изменений тканей.

Простые б. классификация, биол роль, представители

Классификация белков

Существует несколько классификаций белков, основанных на различных принципах:

• По степени сложности (простые и сложные).

• По форме молекул (глобулярные и фибриллярные). • • По растворимости.

• По функциям.

Классификация по степени сложности

1. Протеины — простые белки, содержат только полипептидную цепь.

2. Протеиды — сложные белки.

Простые белки (протеины)

К протеинам относятся:

1. Альбумины.

2. Глобулины.

3. Протамины.

4. Гистоны.

5. Проламины.

6. Глютелины.

7. Склеропротеины (протеиноиды).

Альбумины. Самая распространенная группа белков. Характеризуются высоким содержанием лейцина (15 %) и низким — глицина. Молекулярная масса — 25 000—70 000. Водорастворимые белки. Осаждаются при насыщении растворов нейтральными солями. Добавление одного вида соли обычно не приводит к осаждению белков (за исключением сульфата аммония (NH₄)₂SO₄), для осаждения обычно требуется смесь солей одно- и двухвалентных катионов (NaCl и MgSO₄, Na₂SO₄ и MgCl₂). Сульфат аммония начинает осаждать альбумины при 65 %-м насыщении, полное осаждение происходит при 100 %-м насыщении.

Альбумины составляют 50 % от белков плазмы крови и белков яиц.

В качестве примеров альбуминов можно привести: лактоальбу-мин — белок молока, овоальбумин — яичный белок, сероальбумин " белок сыворотки крови.

Глобулины. Наиболее многочисленная группа белков в орга низме животных. По аминокислотному составу глобулины похожи на альбумины, но отличаются более высоким содержанием глици-^н /0-4 %)■ Молекулярная масса глобулинов — 9 ■ 10⁵—1,5 • 10⁶. Данные белки нерастворимы в воде, выпадают в осадок при отделен и солей диализом. Растворяются в слабых растворах нейтралу ix солей, высокие концентрации последних осаждают глобулины; Например, (NH₄)₂SO₄ высаливает глобулины при 50 %-м насыщении (однако полного разделения альбуминов и глобулинов не происходит). К глобулинам относятся сывороточный, молочный, яичный, мышечный и другие глобулины.

Глобулины распространены в семенах масличных и бобовых растений, например: в семенах гороха содержится легумин, в семенах фасоли — фазеолин, в семенах конопли — эдестин.

Протамины — основные белки — характеризуются низкой молекулярной массой (до 12 000), благодаря чему некоторые из них при диализе проходят через целлофан. Растворимы в слабых кислотах, не осаждаются при кипячении. В молекуле протаминов содержание диаминомонокарбоновых кислот составляет 50—80 %, особенно много аргинина. В протаминах нет цистеина, аспарагиновой кислоты, триптофана, часто отсутствует тирозин и фенилаланин.

Протамины содержатся в половых клетках животных и человека, составляют основную массу нуклеопротеидов хроматина. Они придают ДНК биохимическую инертность, что является необходимым условием сохранения наследственных свойств организма. Синтез протаминов происходит в процессе сперматогенеза в цитоплазме половой клетки, протамины проникают в клеточное ядро и по мере созревания спермы вытесняют из нуклеотидов гистоны, образуя прочный комплекс с ДНК и таким образом защищая наследственные свойства организма от неблагоприятных воздействий.

Протамины в большом количестве встречаются в сперме рыб

(сальмин у лососевых рыб, клупеин — у сельдей). Протамины обнаруены у представителей растений, в частности выделены из спор плауна.

Гистоны П.С. щелочные белки с М 12000-30000. Растворимы в слабых кислотах, осаждаются аммиаком, спиртом, явл. белковой частью нуклеопротемдов. Г. входят в структуру хроматина, преобладают среди б. хромосом, нах. в ядрах Кл. Это консервативные в эволюционном плане б. Г. жив. и раст. хар-ся близкими величинами отношения аргинина и лизина, сод. сходный набор фракций.

Гистоны отсутствуют в хромосомах тех организмов, которые не имеют оформленного клеточного ядра (бактерии, сине-зеленые водоросли).

Проламины. Являются белками растительного происхождения Слабо растворяются в воде, хорошо растворимы в 60—80 %-м этиловом спирте. В их составе много аминокислоты пролина (отсюда название проламин), а также глутаминовой кислоты. В очень незначительных количествах в эти белки входят лизин, аргинин, глицин. Проламины характерны исключительно для семян злаков, где выполняют роль запасных белков: в семенах пшеницы и ржи содержится белок глиадин, в семенах ячменя — гордеин, кукурузы — зеин.

Глютелины. Хорошо растворимы в щелочных растворах (0,2—2,0 % NaOH). Являются белками растений, содержатся в зеленых частях растений, семенах злаков и других культур. Комплекс щелочераство-римых белков семян пшеницы называется глютенином, риса — оризе-нином. Глиадин семян пшеницы в соединении с глютенином образует клейковину, свойства которой в значительной мере определяют технологические качества муки и теста.

Склеропротеины (протеиноиды). Отличительная особенность -нерастворимость в воде, солевых растворах, разведенных кислотах и щелочах. Не гидролизуются ферментами пищеварительного тракта. Протеиноиды — фибриллярные белки. Богаты глицином, пролином, цистином, не содержат фенилаланина, тирозина, триптофана, гисти-дина, метионина, треонина.

Примерами протеиноидов являются коллаген, проколлаген и/эластин (белки соединительной ткани), фиброин (белок шелка), кератины (белки волос, рогов, копыт), белки опорных тканей (костей, хрящей, сухожилий), спонгин (белок морских губок).

Сложные белки (протеиды)

Протеиды состоят из двух компонентов — белкового и небелкового. Белковая часть — простой белок, небелковая — простетическая группа (от греч. prostheto — присоединяю, прибавляю).

В зависимости от химической природы простетической группы протеиды подразделяются на:

1. Фосфопротеиды (фосфопротеины).

2. Гликопротеиды (гликопротеины).

3. Нуклеопротеиды (нуклеопротеины).

4. Хромопротеиды (хромопротеины).

5. Металлопротеиды (металлопротеины).

6. Липопротеиды (липопротеины).

7. Белки-ферменты.

фосфопротеиды. Характерной особенностью является присут-_вие в них значительных количеств ортофосфорной кислоты, кото-_ая связана обычно с оксигруппой серии а, реже треонина, сложно-эфирной связью. Фосфопротеиды содержат 1-Ю % фосфора.

К фосфопротеидам относятся многие белки, играющие важную роль в питании молодых организмов. Это основной белок молока — казеин, осаждающийся при створаживании, белки яичного желтка — вителлин, вителлинин и фосвитин, белок икрырыб — ихтулин, а также ферменты пепсин и фосфорилаза. Фосфофотеиды обнаружены в мозге человека.

В организме имеет место кратковременное фосфорилирование белков с участием ферментов протеинкиназ. В результате образуются временные фосфопротеиды, которые отличаются от структурно-постоянных.

Гликопротеиды. Сложные белки, в состав которых входит углеводный компонент. Белок в данных соединениях является своеобразной основой, к нему прикрепляются упеводные группировки. В соответствии с особенностями химическогостроения гликопротеиды подразделяются на истинные гликопротеиды и протеогликаны. Основное различие между ними заключаете! в том, что углеводные группировки истинных гликопротеинов содержат обычно до 15—20 моносахаридных компонентов, не образующиповторяющихся олиго-сахаридных фрагментов, в то время как у протеогликанов они построены из очень большого числа повторяющихся единиц, в основном имеющих своеобразный дисахаридныйкарактер. Углеводные компоненты протеогликанов называются гликошмингликанами, к ним относятся, например, гиалуроновая кислотагепарин, хондроитин-, гепаран- и кератансульфаты.

Гликопротеиды подразделяются на нейтральные и кислые. Нейтральные содержат в небольшом количестве аминосахара, не содержат гексуроновых кислот, сульфатов. К нейтральным гликопротеидам относится фибриноген плазмы крови, к кислым — муцины и мукоиды.

Муцины являются основой слизей организма (слюны, желудочного и кишечного сока). Основная функция — защитная: они уменьшают раздражение слизистой оболочки пищеварительного тракта. Муцины устойчивы к действию ферментов, которые гидролизуют белок.

Мукоиды — это белки синовиальной жидкости суставов, хрящей, Жидкости глазного яблока. Выполняют защитную функцию, являются смазочным материалом в аппарате движения.

Нуклеопротеиды. Сложные белки, которые содержат белковый (протамины, гистоны) и небелковый (нуклеиновые кислоты) компоненты.

В зависимости от того, какой моносахарид входит в их состав, все нуклеиновые кислоты подразделяются на два типа. Нуклеиновая кислота называется рибонуклеиновой (РНК), если в ее состав входит рибоза, или дезоксирибонуклеиновой (ДНК), если в ее состав входит дезоксирибоза.

С участием нуклеиновых кислот происходит образование белков, являющихся материальной основой всех жизненных процессов. Информация, определяющая особенности структуры белков, "записана" в ДНК и передается в ряду поколений ее молекулами. РНК являются обязательными участниками механизма биосинтеза белков, поэтому организм содержит особенно много РНК в тех тканях, в которых интенсивно образуются белки.

Хромопротеиды. К хромопротеидам относятся сложные белки, у которых небелковой частью являются окрашенные соединения, принадлежащие к различным классам органических веществ: порфириновые структуры, флавинадениндинуклеотид(ФАД), флавин-аденинмононуклеотид (ФМН) и др. Порфириновое кольцо и координационно связанный с ним ион железа входит как простетическая часть в состав ряда окислительно-восстановительных ферментов (например, каталазы и пероксидазы) и группы переносчиков электронов — цитохромов.

Хромопротеидами являются и флавиновые дегидрогеназы, или "желтые дыхательные ферменты" — флавопротеины. Белковая часть их молекулы связана с ФАД или ФМН. Типичными хромопротеидами являются родопсин и гемоглобин крови.

Металлопротеиды — это комплексы ионов металлов с белками, в которых ионы металлов присоединены непосредственно к белку и являются составной частью белковых молекул.

В составе металлопротеидов часто встречаются такие металлы, как Си, Fe, Zn, Mo и др. Типичными металлопротеидами являются некоторые ферменты, содержащие перечисленные металлы, а также Mn, Ni, Se, Ca и др.

К медьсодержащим белкам относятся, например, цитохромокси-даза и пластоцианин (переносчики электронов), церулоплазмин (белок крови); к железосодержащим — лактоферрин (белок молока), ферри-тин и др. В сыворотке крови найден специфический никельсодержа-щий белок класса макроглобулинов, названный никелеплазмином.

Были также обнаружены селенопротеины — белки, в которых селен, вероятнее всего, ковалентно присоединен к ароматической или гетероциклической группе. Один из селенопротеинов содержится в мышцах животных.

У некоторых морских животных обнаружен белок, содержащий ванадий — ванадохром, который, по всей вероятности, является переносчиком кислорода.

Липопротеиды. Простетической группой в этих сложных белках являются различные жироподобные вещества — липиды. Связь между компонентами липопротеидов может быть различной степени прочности.

В составе липопротеидов обнаружены как полярные, так и нейтральные липиды, а также холестерин и его эфиры. Липопротеиды являются обязательными компонентами всех клеточных мембран, где их небелковая часть представлена в основном полярными липидами — фосфо- и гликолипидами. Липопротеиды всегда присутствуют в крови. Инозитолдифосфатсодержащий липопротеид выделен из белого вещества мозга, в состав липопротеидов серого вещества мозга входят сфинголипиды. У растений значительная часть фосфолипидов в протоплазме находится также в форме липопротеидов.

Известны комплексы липидов и белков, белковая часть которых содержит большое количество гидрофобных аминокислот, липидный компонент часто преобладает над белковым, поэтому такие сложные белки растворимы, например, в смеси хлороформа и метанола. Подобного рода комплексы называются протеолипидами. Они в большом количестве содержатся в миелиновых оболочках нервных клеток, а также в синаптических мембранах и внутренних мембранах митохондрий.

Функция липопротеидов — транспортирование липидов в организме.

Белки-ферменты. Большая группа протеидов, построенных из простых белков и простетических групп различной природы, выполняющих функции биологических катализаторов. Небелковыми компонентами этих белков являются витамины, моно- и динуклеотиды, трипептиды, фосфорные эфиры моносахаридов.