stringtranslate.com

Папаин

Папаин , также известный как протеиназа папайи I , представляет собой фермент цистеиновой протеазы ( EC 3.4.22.2), присутствующий в папайе ( Carica papaya ) и горной папайе ( Vasconcellea cundinamarcensis ). Это одноимённый член семейства папаиноподобных протеаз .

Он имеет широкий спектр коммерческого применения в кожевенной, косметической, текстильной, моющей, пищевой и фармацевтической промышленности. В пищевой промышленности папаин используется в качестве активного ингредиента во многих коммерческих размягчителях мяса. [1]

Семья Папаин

Папаин принадлежит к семейству родственных белков, известному как семейство папаиноподобных протеаз , с широким спектром активностей, включая эндопептидазы , аминопептидазы , дипептидилпептидазы и ферменты как с экзо-, так и с эндопептидазной активностью. [2] Члены семейства папаина широко распространены, обнаружены в бакуловирусах , [3] эубактериях, дрожжах и практически во всех простейших, растениях и млекопитающих. [2] Белки, как правило, лизосомальные или секретируемые, и для активации фермента требуется протеолитическое расщепление пропептида , хотя блеомицингидролаза является цитозольной у грибов и млекопитающих. [4] Папаиноподобные цистеиновые протеиназы в основном синтезируются как неактивные проферменты ( зимогены ) с N -концевыми пропептидными областями. Процесс активации этих ферментов включает удаление пропептидных областей, которые выполняют различные функции in vivo и in vitro . Про-регион необходим для правильного сворачивания вновь синтезированного фермента, инактивации домена пептидазы и стабилизации фермента против денатурации в нейтральных или щелочных условиях pH. Аминокислотные остатки в про-регионе опосредуют их мембранную ассоциацию и играют роль в транспорте профермента в лизосомы. Среди наиболее примечательных особенностей пропептидов является их способность ингибировать активность родственных им ферментов и то, что некоторые пропептиды проявляют высокую селективность к ингибированию пептидаз, из которых они происходят. [5]

Структура

Белок-предшественник папаина содержит 345 аминокислотных остатков [6] и состоит из сигнальной последовательности (1-18), пропептида (19-133) и зрелого пептида (134-345). Номера аминокислот основаны на зрелом пептиде. Белок стабилизирован тремя дисульфидными мостиками . Его трехмерная структура состоит из двух отдельных структурных доменов с расщелиной между ними. Эта расщелина содержит активный центр , который содержит каталитическую диаду, которая была уподоблена каталитической триаде химотрипсина . Каталитическая диада состоит из аминокислот цистеина-25 (от которой он получил свою классификацию) и гистидина-159. Считалось, что аспартат-158 играет роль, аналогичную роли аспартата в каталитической триаде сериновой протеазы , но с тех пор это было опровергнуто. [7]

Функция

Механизм, с помощью которого папаин разрывает пептидные связи , включает использование каталитической диады с депротонированным цистеином. [8] Расположенный рядом Asn-175 помогает ориентировать имидазольное кольцо His-159, чтобы позволить ему депротонировать каталитический Cys-25. Затем этот цистеин осуществляет нуклеофильную атаку на карбонильный углерод пептидного остова. Это образует ковалентный ацил-ферментный промежуточный продукт и освобождает аминоконец пептида. Фермент деацилируется молекулой воды и высвобождает карбоксильную концевую часть пептида. В иммунологии папаин известен тем, что расщепляет Fc (кристаллизующуюся) часть иммуноглобулинов (антител) от Fab (связывающую антиген) части.

Папаин — относительно термостойкий фермент, оптимальный диапазон температур которого составляет от 60 до 70 °C. [9]

Папаин предпочитает расщеплять после аргинина или лизина , которым предшествует гидрофобная единица ( Ala , Val , Leu , Ile , Phe , Trp , Tyr ), а не после валина . [10]

Использует

Антигельминтное действие папаина на гельминта Heligmosomoides bakeri .

Папаин разрушает жесткие волокна мяса и использовался еще до контакта с европейцами для размягчения мяса, употребляемого в пищу в его родной Южной Америке. Размягчители мяса в виде порошка с папаином в качестве активного компонента широко продаются, а кулинарное использование кожуры папайи упоминается в исследовательских работах. [1] [11]

Папаин можно использовать для диссоциации клеток на первом этапе подготовки клеточной культуры . Десятиминутная обработка небольших кусочков ткани (менее 1 мм 3 ) позволит папаину начать расщеплять молекулы внеклеточного матрикса, удерживающие клетки вместе. Через десять минут ткань следует обработать раствором ингибитора протеазы, чтобы остановить действие протеазы. Без обработки активность папаина приведет к полному лизису клеток. Затем ткань необходимо растереть ( быстро пропустить вверх и вниз через пипетку Пастера ), чтобы разбить кусочки ткани на суспензию отдельных клеток .

Он также используется в качестве ингредиента в различных ферментных препаратах для дебридмента , в частности, в Accuzyme. Они используются при лечении некоторых хронических ран для очистки мертвых тканей.

Папаин добавляют в некоторые зубные пасты и мятные конфеты в качестве отбеливателя зубов. Его отбеливающий эффект минимален, поскольку папаин присутствует в низких концентрациях и быстро разбавляется слюной. Потребуется несколько месяцев использования, чтобы получить заметный эффект. [12]

Папаин является основным ингредиентом Papacarie, геля, используемого для химико-механического удаления кариеса . Он не требует сверления и не влияет на прочность связи реставрационных материалов с дентином . [13]

Известно, что папаин влияет на результаты анализов мочи на наличие каннабиноидов . [14] Он содержится в некоторых продуктах для детоксикации от наркотиков.

Недавно было продемонстрировано, что папаин можно использовать для сборки тонких пленок титана , используемых в фотоэлектрических элементах . [15]

Папаин также использовался для создания модели дегенеративного заболевания межпозвоночного диска для оценки различных типов инъекционной терапии. [16] [17]

Иммуноглобулины

Антитело, расщепленное папаином: два Fab-фрагмента и Fc-фрагмент .

Антитело , переваренное папаином, дает три фрагмента: два фрагмента Fab 50 кДа и один фрагмент Fc 50 кДа . Переваренное папаином антитело не способно вызывать агглютинацию , осаждение , опсонизацию и лизис , однако фрагмент Fab все еще способен связываться с соответствующими антигенами и нейтрализовать их, что чаще всего наблюдается при использовании препаратов антител овцы против токсина Кроталида , известных как CroFab , и в Digibind , похожем фрагменте овечьей антисыворотки, используемом для нейтрализации сердечного препарата дигоксин в ситуациях острой передозировки.

Производство

Папаин обычно производится как сырой, высушенный материал путем сбора латекса из плодов дерева папайи. Латекс собирается после надрезания шейки плода, где он может либо высохнуть на фрукте, либо капать в контейнер. Затем этот латекс дополнительно высушивается. Теперь он классифицируется как сухой, сырой материал. Необходим этап очистки для удаления загрязняющих веществ. Эта очистка состоит из солюбилизации и извлечения активной ферментной системы папаина с помощью зарегистрированного государством процесса. Этот очищенный папаин может поставляться в виде порошка или жидкости.

Ограничения США на маркетинг

23 сентября 2008 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) предупредило компании прекратить продажу сбалансированных солевых растворов для офтальмологии и местных лекарственных препаратов, содержащих папаин, к 4 ноября 2008 года. FDA заявило: «Лекарственные препараты, содержащие папаин, в местной форме исторически продавались без одобрения...». [18] Согласно заявлению FDA по этому вопросу, «Эти неодобренные продукты поставили здоровье потребителей под угрозу, от сообщений о постоянной потере зрения при использовании неодобренных сбалансированных солевых растворов до серьезного падения артериального давления и учащенного сердцебиения при использовании местных лекарственных препаратов с папаином», - сказала Джанет Вудкок , директор Центра оценки и исследования лекарственных средств .

Неодобренные местные продукты на основе папаина

Топические лекарственные мази, содержащие папаин, используются для удаления мертвых или загрязненных тканей при острых и хронических поражениях, таких как диабетические язвы, пролежни, варикозные язвы и травматические инфицированные раны. Торговые наименования этих продуктов включают Accuzyme, Allanfil, Allanzyme, Ethezyme, Gladase, Kovia, Panafil, Pap Urea и Ziox. Другие продукты продаются под названиями активных ингредиентов, например, мазь папаин-мочевина.

В 2008 году FDA объявило о своем намерении принять меры против этих продуктов, поскольку оно получило сообщения о серьезных побочных эффектах у пациентов, использующих продукты, содержащие папаин. Сообщения включали реакции гиперчувствительности (аллергические), которые приводят к гипотонии (низкому кровяному давлению) и тахикардии (учащенному сердцебиению). Кроме того, люди с аллергией на латекс могут также иметь аллергию на папайю, источник папаина, подразумевая, что люди с чувствительностью к латексу могут быть подвержены повышенному риску возникновения побочных реакций на местный препарат папаина.

FDA рекомендует лицам, у которых возникли опасения по поводу использования местных препаратов на основе папаина, обратиться к своему лечащему врачу с просьбой прекратить их использование.

Цистеиновые протеазы человека из семейства папаина

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ аб Ислам М.Н., Молинар-Торибио Э.М. (июль – декабрь 2013 г.). «Разработка размягчителя мяса на основе кожуры папайи. Observación por Pares Basada en Mapas Conceptuales: Una Estrategia para Fomentar el «Scholarship of Teaching and Learning» en la Universidad Tecnológica de Panamá. 2013;24» (PDF) . РИДТЕК . 9 (2).
  2. ^ ab Rawlings ND, Barrett AJ (1994). "Семейства цистеиновых пептидаз". Протеолитические ферменты: сериновые и цистеиновые пептидазы . Методы в энзимологии. Т. 244. С. 461–86. doi :10.1016/0076-6879(94)44034-4. ISBN 978-0-12-182145-6. PMC  7172846 . PMID  7845226.
  3. ^ Rawlings ND, Barrett AJ (февраль 1993). "Эволюционные семейства пептидаз". The Biochemical Journal . 290 (Pt 1) (Pt 1): 205–18. doi :10.1042/bj2900205. PMC 1132403. PMID  8439290 . 
  4. ^ Sebti SM, DeLeon JC, Lazo JS (июль 1987). «Очистка, характеристика и аминокислотный состав гидролазы легочного блеомицина кролика». Биохимия . 26 (14): 4213–9. doi :10.1021/bi00388a006. PMID  3117099.
  5. ^ Yamamoto Y, Kurata M, Watabe S, Murakami R, Takahashi SY (апрель 2002 г.). «Новые ингибиторы цистеиновых протеиназ, гомологичные прорегионам цистеиновых протеиназ». Current Protein & Peptide Science . 3 (2): 231–8. doi :10.2174/1389203024605331. PMID  12188906.
  6. ^ "UniProt P00784: Предшественник папаина – Carica papaya (Papaya)". UniProtKB.
  7. ^ Ménard R, Khouri HE, Plouffe C, Dupras R, Ripoll D, Vernet T и др. (Июль 1990 г.). «Исследование роли аспартата 158 в каталитическом механизме папаина с помощью белковой инженерии». Биохимия . 29 (28): 6706–13. doi :10.1021/bi00480a021. PMID  2397208.
  8. ^ Shokhen M, Khazanov N, Albeck A (декабрь 2009 г.). «Вызов парадигме: теоретические расчеты состояния протонирования каталитической диады Cys25-His159 в свободном папаине». Proteins . 77 (4): 916–26. doi :10.1002/prot.22516. PMC 2767454 . PMID  19688822. 
  9. ^ "Data Sheet - Papain". Архивировано из оригинала 2014-07-15 . Получено 2010-08-08 .
  10. ^ "Папаин - селективные протеолитические ферменты". Sigma-Aldrich . Получено 2 августа 2020 г. .
  11. ^ Maiti AK, Ahlawat SS, Sharma DP, Khanna N (2008). «Применение натуральных тендеризаторов в мясе — обзор» (PDF) . Agricultural Reviews . 29 (3): 226–30. Архивировано из оригинала (PDF) 2020-11-27 . Получено 2021-05-13 .
  12. ^ Чакраварти П., Ачарья С. (октябрь 2012 г.). «Эффективность удаления внешних пятен новым средством для чистки зубов, содержащим экстракты папаина и бромелаина». Журнал молодых фармацевтов . 4 (4): 245–9. doi : 10.4103/0975-1483.104368 . PMC 3573376. PMID  23493413 . 
  13. ^ Lopes MC, Mascarini RC, da Silva BM, Flório FM, Basting RT (2007). «Влияние геля на основе папаина для химико-механического удаления кариеса на прочность связи дентина при сдвиге». Журнал стоматологии для детей . 74 (2): 93–7. PMID  18477426.
  14. ^ Burrows DL, Nicolaides A, Rice PJ, Dufforc M, Johnson DA, Ferslew KE (июль 2005 г.). «Папаин: новый фальсификатор мочи». Журнал аналитической токсикологии . 29 (5): 275–95. doi : 10.1093/jat/29.5.275 . PMID  16105251.
  15. ^ Bawazer LA, Ihli J, Levenstein MA, Jeuken LJ, Meldrum FC, McMillan DG (июнь 2018 г.). «Ферментативно-контролируемый биомиметический синтез гибридных тонких пленок титана/белка» (PDF) . Journal of Materials Chemistry B. 6 ( 23): 3979–3988. doi :10.1039/C8TB00381E. PMID  32254326. S2CID  102894814.
  16. ^ Chan SC, Bürki A, Bonél HM, Benneker LM, Gantenbein-Ritter B (март 2013 г.). «Модель дегенерации диска in vitro, вызванной папаином, для изучения инъекционной терапии пульпозного ядра». The Spine Journal . 13 (3): 273–83. doi :10.1016/j.spinee.2012.12.007. PMID  23353003.
  17. ^ Roberts S, Menage J, Sivan S, Urban JP (февраль 2008 г.). «Модель дегенерации межпозвоночного диска на основе бычьего экспланта». BMC Musculoskeletal Disorders . 9 (1): 24. doi : 10.1186/1471-2474-9-24 . PMC 2266744. PMID  18298830 . 
  18. ^ Shuren J (2008-09-22). "Местные лекарственные средства, содержащие папаин; даты принятия мер принудительного характера" (PDF) . Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США, Министерство здравоохранения и социальных служб. Архивировано из оригинала (PDF) 1 марта 2017 г.

Внешние ссылки