Proteaasid

Funktsioon

Esmalt avastati proteaasid kui maomahlas sisalduvad toiduvalke lagundavad ensüümid. Nüüdseks on leitud, et proteaasidel on elusorganismides tunduvalt laialdasem ülesanne. Proteolüütilistel protsessidel on fundamentaalne roll ovulatsioonis, viljastumisel, embrüonaalses arengus, luude moodustumisel, rakutsükli regulatsioonis, haavade paranemisel, angiogeneesis ja mujal. Proteaaside ekspressioonimustri ja struktuuri muutused põhjustavad inimestel ka paljusid haigusi nagu vähk, artriit, osteoporoos, neurodegeneratiivsed ja südame-veresoonkonna haigused.

Töömehhanism

Peptiidsidemete lõikamine proteaaside abil võib viia valkude lagundamiseni aminohapeteks, kuid võib toimuda ka valkude spetsiifiline lõikamine translatsioonijärgse töötlemise käigus. Kuigi proteaasid on väga suur ja mitmekesine ensüümide rühm, toimub peptiidsideme lõhkumine põhisosas ühtemoodi. Reaktsiooni käigus toimub peptiidsidemes karbonüülrühma polarisatsioon ning nukleofiili aktivatsioon karbonüülrühma süsiniku atakeerimiseks.
Reaktsiooni läbiviimiseks on kaks teed. Aspartaat-, glutamaat- ja metalloproteaasides aktiveerib aminohappejääk või metalliioon veemolekuli, mis seejärel käitub nukleofiilina ja atakeerib peptiidsidemes karbonüülset süsinikku. Peptiidside nõrgeneb ja moodustub tetraeedriline vaheühend. Seejärel toimub amiinrühma protoneerimine nukleofiilse hüdroksiidiooni poolt ja amiinrühma väljatõrjumine ehk peptiidsideme lagunemine. Tsüsteiin-, seriin- ja treoniinproteaaside puhul moodustub nukleofiilse aminohappejäägi kaudu kõigepealt esimene tetraeedriline vaheühend, peptiidside lagundatakse ja produkti üks osa vabaneb. Produkti teise osaga on aga ensüüm kovalentselt seotud, moodustades atsüül-ensüüm vaheühendi. Seejärel toimub deatsüülimisreaktsioon, kus ensüüm vabaneb produktist aktiveeritud veemolekuli abil läbi teise tetraeedrilise vaheühendi.
Kõige viimasena avastatud proteaaside rühm, asparagiinporteaasid aga ei kasuta peptiidsideme lagundamiseks veemolekuli ja seega kuuluvad hoopis teise ensüümide klassi, amidiin-lüaasid, mis elimineerivad amidiinist ammooniumrühma kaksiksideme moodustamisega. Asparagiinproteaasid lõikavad iseennast, kasutades asparagiinijääki nukleofiilina.

Kasutusalad

Proteaase kasutatakse paljudes tööstusharudes, nagu toiduaine-, naha-, farmaatsia- ja siiditööstuses, detergentide tootmises ja jäätmekäitluses.
Toiduainetööstuses kasutatakse proteaase peamiselt õllepruulimisel, õlle hägu eemaldamisel, juustuvalmistamisel, pagaritööstuses taina omaduste muutmisel. Samuti liha pehmendamiseks, sojatoodete ja suure valgusisaldusega toidulisandite valmistamiseks. Nahatööstuses on proteaasid peitsimisel ja karvade eemaldamisel heaks alternatiiviks ohtlikele kemikaalidele.
Farmaatsia- ja kosmeetikatööstuses kasutatakse proteaasidest näiteks keratinaase keratiini eemaldamiseks akne ja psoriaasi puhul, samuti armide eemaldamisel, naha epiteeli taastamiseks ja paranemisprotsessi kiirendamiseks. Naha hoolduseks on kasutatud ka näiteks papaiini ja bromelaiini, mida seostatakse rakkude uuenemisega, keratinolüütilise aktiivsusega ja surnud rakkude eemaldamisega epidermisest. 1978. aastal sai USA Toidu- ja Ravimiameti (FDA) heakskiidu esimene proteaasne ravim urokinaas ehk u-PA, mida kasutatakse veresoontes ja veenisisestes kateetrites tekkinud trombide lagundamiseks. Ilmselt kõige laiemalt tuntud proteaas on botuliin, metalloproteaaside hulka kuuluv ensüüm, mida kasutatakse kosmeetiliselt kortsude vähendamiseks ning meditsiinis näiteks kõõrdsilmsuse ja lihasespasmide vastu.
Teadustöös ja laboratoorses diagnostikas on laialdaselt kasutusel näiteks hallitusseenest Tritirachium album pärit proteinaas K, mida kasutatakse DNA ja RNA eraldamiseks bioloogilisest materjalist ja papaiin, mida kasutatakse rakkude isoleerimiseks.