Kollagenase

Kollagenase kann die dreidimensionale helikale Struktur von natürlichem Kollagen unter physiologischen pH- und Temperaturbedingungen spezifisch hydrolysieren, ohne andere Proteine und Gewebe zu schädigen. Die chemische Natur der Kollagenase ist ein Protein, und daher ist sie sehr empfindlich gegenüber Temperatur, pH und verschiedenen Faktoren, die zur Denaturierung von Proteinen führen, und wird leicht von äußeren Bedingungen beeinflusst, die ihre Konformation und Eigenschaften verändern können.

Klassifikation

Kollagenase kann je nach ihrem unterschiedlichen Existenzzustand in menschliche endogene Kollagenase und medizinische Kollagenase unterteilt werden. Menschliche endogene Kollagenase bezieht sich auf die Kollagenase, die im menschlichen Körper vorhanden ist. Es gibt unterschiedliche Konzentrationen von Kollagenase in den Epithelgeweben, dem Gelenksynovium und der Bandscheibe. Sie spielt eine unverzichtbare Rolle beim Abbau von Kollagen im Körper. Die medizinische Kollagenase bezieht sich auf ein weißes oder weißähnliches aseptisches gefriergetrocknetes Pulver, das durch Extraktion, Reinigung und Aufreinigung aus dem Fermentationsbrühe von Clostridium histolyticum unter Verwendung hochmoderner biopharmazeutischer Methoden gewonnen wird.

Kollagenase kann auch in die Klassen I, II, III, IV, V und spezielle Kollagenase für Leberzellen unterteilt werden. Die Art der Kollagenase sollte je nach Art des zu trennenden und zu verdauenden Gewebes ausgewählt werden. Kollagenase I wird für die Trennung von Epithel-, Lungen-, Fett- und Nebennierengewebszellen verwendet. Kollagenase II ist geeignet für Leber-, Knochen-, Schilddrüsen-, Herz- und Speicheldrüsengewebe. Kollagenase IV enthält mindestens 7 Proteasekomponenten mit Molekulargewichten von 68 bis 130 kDa. Sie kann eine Vielzahl von Geweben verdauen. Kollagenase V kann zur Isolation von Pankreasinseltissue verwendet werden, das Bindegewebe in Einzelzellen trennt.

Struktur

Kollagenase wird von zwei separaten und unterschiedlichen Genen in Clostridium histolyticum produziert. Beide Gene wurden kloniert und sequenziert. Das colG-Gen kodiert für die Typ-I-Kollagenase, ein 936 Aminosäuren umfassendes Peptid. Das colH-Gen kodiert für die Typ-II-Kollagenase, ein 1021 Aminosäuren umfassendes Peptid. Diese Gene teilen sich 72% Identität, und die Proteine teilen sich 43% Identität. Beide Genprodukte können als zwei oder mehr Isoformen vorliegen, die sich im Molekulargewicht unterscheiden. Rohkollagenasemischungen können daher sechs bis acht verschiedene Molekulargewichtsspezies im Bereich von 68 bis 130 kDa enthalten. Studien zur Substratspezifität haben gezeigt, dass das colG-Gen natürliche Substrate wie intaktes Kollagen bevorzugt, im Vergleich zum Produkt des colH-Gens. Umgekehrt wirkt das Produkt des colH-Gens bevorzugt auf kurze synthetische Substrate (FALGPA) im Vergleich zum Produkt des colG-Gens.

Eigenschaften

Der optimale pH-Wert der Kollagenase liegt zwischen 6 und 7, die optimale Temperatur zwischen 35 und 45 °C. Die Enzymaktivität ist unter 45 °C stabil, und die Aktivität geht über 80 °C für 10 Minuten irreversibel verloren. Metallionen wie Ca²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺, Mn²⁺ können die Enzymaktivität fördern, während Co²⁺ und Hg²⁺ die Enzymaktivität hemmen können. Nach vollständiger Dialyse von Ca²⁺ geht die Aktivität der Kollagenase nicht verloren. Nach Zugabe von 20 mmol/L EDTA verschwindet die Enzymaktivität nahezu vollständig. Ein zusätzlicher Überschuss an Calciumchlorid kann nur 85% der Aktivität wiederherstellen. Die Kollagenaseaktivität wird durch den Metallionenchelator EDTA, die Mercaptobverbindungen (Mercaptoethanol, reduziertes Glutathion) und normales menschliches Plasma gehemmt.

Katalytischer Mechanismus

Die hyperreaktiven Stellen, an denen die Enzyme der Klasse I und II zunächst alle drei Kollagentypen angreifen, wurden 1992 von Wissenschaftlern identifiziert. Die Spaltstellen befinden sich alle an Yaa-Gly-Bindungen in der sich wiederholenden Gly-X-Y-Kollagensequenz. Die Fähigkeit der clostridialen Kollagenasen, natives, dreifach-helices Typ I, II und III Kollagen in eine Mischung aus kleinen Peptiden zu verdauen, ist ihr primäres Unterscheidungsmerkmal. Dies wird erreicht, indem mehrere Schnitte in die dreifache Helix gemacht werden. Die Verdauung wird abgeschlossen, indem diese Fragmente in eine Mischung aus kleinen Peptiden hydrolysiert werden. Im Gegensatz dazu initiieren Wirbeltierkollagenasen die Kollagenolyse, indem sie einen einzigen Schnitt über alle drei Alpha-Ketten machen, nach dem der Angriff auf diese Alpha-Ketten sehr begrenzt ist. Gelatinasen und andere Proteasen führen die Kollagenolyse erst nach der Denaturierung der dreifachen Helix durch.

Anwendungen

Kollagenase, die aus Bakterien extrahiert wird, wird hauptsächlich in klinischen und laboratorischen Anwendungen verwendet. Klinische Anwendungen umfassen die Traumatherapie, die Behandlung von Bandscheibenvorfällen und Ischiasnerven, etc. Im Labor wird Kollagenase hauptsächlich zur Isolation von Leberzellen bei Mäusen und zum Abbau von Kollagen verwendet. Darüber hinaus kann Kollagenase auch Fleisch zart machen, indem es Kollagen abbaut, was in der Lebensmittelindustrie von großer Bedeutung ist.