Regulovaná proteolýza
je jedním ze základních homeostatických mechanismů. Základním projevem
proteolýzy je štěpení peptidových vazeb bílkovin a peptidů proteolytickými
enzymy, zvanými proteázy (peptidázy). Proteolytické děje jsou lokalizovány
v buňce (nitrobuněčná proteolýza) i
v mimobuněčném prostoru. Štěpení peptidových substrátů má buď charakter
degradativní (lyzosomální enzymy, trávicí enzymy), nebo se jedná o štěpení
částečné, které často cílový protein aktivuje, takže má charakter
posttranslační modifikace a je součástí regulačních procesů. Řada biologických
procesů je takto regulována, mnohdy ve více stupních (kaskáda srážení krve,
fibrinolýza, apoptóza). Proteolytické enzymy, jakkoli jsou fyziologicky
nezbytné, představují určité riziko, neboť jejich nekontrolovaná činnost může
vést k destrukci proteinových součástí vlastních buněk a tkání. Základní
regulační mechanismus, pokud pomineme řízení na úrovni transkripce a translace,
je založen (1) na aktivaci inaktivních prekurzorů (zymogenů) a (2) na interakci
již aktivovaných proteáz s přirozenými inhibitory proteolytických enzymů
(antiproteázami). V tomto druhém případě dochází k tvorbě inaktivních
komplexů, které jsou následně degradovány. Přítomnost inhibitorů
v amplifikovaných systémech jako je srážení krve se podílí na tom, že
proteolytický pulz je dostatečný, aby aktivoval následný zymogen, ale současně
tak krátký, že nemůže dojít ke generalizované proteolýze. Narušení rovnováhy
mezi proteázami a jejich specifickými inhibitory je významným patogenetickým
faktorem, jak dokazuje řada poruch vyvolaných jak genetickými defekty proteáz,
tak inhibitorů proteolytických enzymů. Lidské tkáně jsou často narušovány mikrobiálními proteázami, které kromě svých destruktivních
zásahů mohou také modulovat hostitelské defenzivní i jiné fyziologické reakce.
Maturační endopeptidázy některých patogenních virů jsou předmětem cílené
inhibiční léčby (např. maturační proteáza HIV).
Proteázy (peptidázy, proteolytické enzymy)
jsou enzymy štěpící peptidové vazby v jiných proteinech. Předpokládá se,
že se objevily v prvních fázích biologické evoluce, protože i ty
nejprimitivnější organismy je využívají pro digesci a přeměny svých vlastních
bílkovin. Dostupné kompletní analýzy genomů ukazují, že 2% všech genových
produktů připadá na proteázy, což je řadí mezi největší funkční skupiny
proteinů. Biologický účinek proteolytických enzymů, proteolýza, je přísně regulovaný
proces, jehož poruchy jsou významným patogenetickým činitelem. Proteázy se dělí
na exopeptidázy, štěpící z N-konce (aminopeptidázy) nebo C-konce
peptidu (karboxypeptidázy), a na endopeptidázy, zaměřující se na vnitřní
peptidové vazby polypeptidů (též proteinázy). Dipeptidylpeptidázy
odštěpují dipeptid z aminokonce, peptidyldipeptidázy z
karboxykonce. Dipeptidasy štěpí dipeptidy. Podle katalytického
mechanismu se proteolytické enzymy rozdělují do čtyř základních skupin:
Uvnitř
mechanistických tříd jsou dále proteázy členěny na rodiny (na základě
podobnosti primárních sekvencí funkční části molekuly) a na klany (skupiny
rodin, vzniklé ze stejného ancestrálního proteinu, kde se již vytratila
podobnost sekvencí, ale jsou zachovány prostorové struktury). Na rozdíl od
funkčního názvosloví používaného v dosavadní mezinárodní klasifikaci
enzymů byl v názvosloví proteáz důsledně prosazen princip 1 gen = 1 enzym.
Každé skupině příslušejí specifické přirozené inhibitory proteáz, pouze
aspartylové proteázy, jak se zdá, nemají u vyšších živočichů endogenní
inhibitory. Plasmatický alfa-2-makroglobulin však může
vytvářet nespecifické komplexy prakticky se všemi typy proteolytických enzymů.
Přirozené
inhibitory proteolytických enzymů (antiproteázy) je možno rozčlenit na dvě kategorie na
základě spektra jejich aktivity: inhibitory skupinově specifické (specifické
vůči aktivnímu místu enzymů) a inhibitory skupinově nespecifické. Tato druhá
kategorie je schopna inhibovat členy všech 4 mechanistických tříd proteáz. Řadí
se mezi a-makroglobuliny, z nichž u člověka je nejvýznamnější alfa-2-makroglobulin. Daleko nejrozsáhlejší je kategorie
skupinově specifických inhibitorů. Jedná se o proteiny osobité struktury, pouze
u některých mikroorganismů mají sekreční inhibitory neproteinový charakter.
Pestrá paleta bílkovinných inhibitorů byla izolováno z různých tkání
rozličných druhů, velká množství jsou nacházena zejména v semenech,
vejcích a tělních tekutinách. Početná skupina inhibitorů
serinových proteáz je rozčleněna na na několik typů relativně malých
proteinových inhibitorů (např. aprotinin, ovomucoid) a důležitou skupinu
inhibitorů o větší molekulární hmotnosti, tzv. serpiny
(akronym pro SERine Proteinase INhibitor), mezi něž řadíme např. antithrombin,
antitrypsin, PAI, atd.. Prototypem inhibitorů cysteinových
proteáz jsou cystatiny, v poslední době je věnována značná pozornost
inhibitorům kaspáz a kalpainů. Inhibiotory metaloproteáz
jsou známy pod zkratkou TIMP (Tissue Inhibitors of Metalloproteinases). Aspartylové proteázy jsou jedinou skupinou, u které nebyly
u vyšších organismů nalezeny žádné účinnější proteinové inhibitory. To
zvýhodňuje patogenní mikroorganismy vylučující tento typ proteolytických
enzymů.
Další
informace
Proteiny extracelulární matrix
Jaromír Kotyza