Введение
Класс ферментов
Цистеиновые протеазы, также известные как тиоловые протеазы, — это ферменты гидролазы, расщепляющие белки. Эти протеазы используют общий каталитический механизм, включающий нуклеофильный цистеин-тиол в составе каталитической триады или диады. Первая цистеиновая протеаза, выделенная и охарактеризованная после открытия Гопалом Чандро Роем в 1873 году, — это папаин, получаемый из плодов папайи Carica papaya. Цистеиновые протеазы используются в качестве ингредиента в средствах для размягчения мяса.
Каталитический механизм
Первым шагом в реакционном механизме, посредством которого цистеиновые протеазы катализируют гидролиз пептидных связей, является депротонирование тиола в активном центре фермента соседней аминокислотой с основной боковой цепью, как правило, остатком гистидина. Следующим шагом является нуклеофильная атака анионной серы депротонированного цистеина на карбонильный углерод субстрата. На этом этапе фрагмент субстрата высвобождается с аминоконцевым остатком, остаток гистидина в протеазе восстанавливается до депротонированной формы, и формируется тиоэфирное промежуточное соединение, связывающее новый карбоксильный конец субстрата с тиолом цистеина. Поэтому их иногда также называют тиолпротеазами. Тиоэфирная связь впоследствии гидролизуется с образованием карбоксильной группы в оставшемся фрагменте субстрата, при этом регенерируется свободный фермент. У человека и других животных они играют роль в старении и апоптозе (программируемой клеточной гибели), иммунных ответах MHC класса II, процессинге прогормонов и ремоделировании внеклеточного матрикса, важном для развития костей. Способность макрофагов и других клеток мобилизовать эластолитические цистеиновые протеазы на своей поверхности в специализированных условиях также может приводить к ускоренной деградации коллагена и эластина в очагах воспаления при таких заболеваниях, как атеросклероз и эмфизема. Некоторые вирусы (например, вирус полиомиелита и вирус гепатита C) экспрессируют весь свой геном в виде единого массивного полипротеина и используют протеазу для расщепления его на функциональные единицы (например, протеазу вируса табачной мозаики).
Потенциальные фармацевтические препараты
В настоящее время цистеиновые протеазы не получили широкого применения в качестве одобренных и эффективных антигельминтиков, однако исследования в этой области представляются перспективным направлением. Растительные цистеиновые протеазы, выделенные из этих растений, обладают высокой протеолитической активностью, способной расщеплять кутикулы нематод, при этом демонстрируя очень низкую токсичность. Успешные результаты получены в борьбе с нематодами, такими как Heligmosomoides bakeri, Trichinella spiralis, Nippostrongylus brasiliensis, Trichuris muris и Ancylostoma ceylanicum, ленточным червем Rodentolepis microstoma и свиным акантоцефалом Macracanthorhynchus hirundinaceus. Важным свойством цистеиновых протеаз является устойчивость к кислотному воздействию, что открывает возможность перорального введения. Они предлагают альтернативный механизм действия по сравнению с существующими антигельминтиками, а развитие устойчивости к ним представляется маловероятным, поскольку потребовало бы кардинального изменения структуры кутикулы гельминта. Плоды или латекс папайи, ананаса и инжира широко используются в традиционной медицине для лечения кишечных глистных инвазий у людей и сельскохозяйственных животных.
Другое
Цистеиновые протеазы используются в качестве кормовых добавок для сельскохозяйственных животных для повышения усвояемости белков и аминокислот.