- Charakteristiky a štruktúra
- Funkcie Chymotrypsínu
- Mechanizmus akcie
- výcvik
- aktivácia
- Katalytická aktivita
- Referencie
Chymotrypsínu je druhý najhojnejšia zažívacie proteín vylučovaný pankreasom do tenkého čreva. Je to enzým patriaci do rodiny serínových proteáz a špecializuje sa na hydrolýzu peptidových väzieb medzi aminokyselinami, ako sú tyrozín, fenylalanín, tryptofán, metionín a leucín prítomné vo veľkých proteínoch.
Názov „chymotrypsín“ v skutočnosti spája skupinu enzýmov, ktoré produkujú pankreas a ktoré sa aktívne podieľajú na trávení proteínov v črevách u zvierat. Slovo je odvodené od účinku podobného renínu, ktorý má tento enzým na obsah žalúdka alebo na „chyme“.
Štruktúra Chymotrypsínu (Zdroj: Používateľ: Mattyjenjen prostredníctvom Wikimedia Commons)
Aj keď nie je presne známe, aká veľká je ich distribúcia v živočíšnej ríši, predpokladá sa, že tieto enzýmy sú prítomné prinajmenšom vo všetkých strunatcoch a existujú správy o ich prítomnosti v „primitívnejšej fyle“, ako sú článkonožce. a koelentátov.
U zvierat, ktoré majú pankreas, je tento orgán hlavným miestom produkcie chymotrypsínu, ako aj iných proteáz, inhibítorov enzýmov a prekurzorov alebo zymogénov.
Chymotrypsíny sú najviac študované a najlepšie charakterizované enzýmy nielen vo vzťahu k ich biosyntéze, ale aj s ich aktiváciou zymogénom, ich enzymatickými vlastnosťami, ich inhibíciou, kinetickými a katalytickými vlastnosťami a ich všeobecnou štruktúrou.
Charakteristiky a štruktúra
Chymotrypsíny sú endopeptidázy, tj. Sú to proteázy, ktoré hydrolyzujú peptidové väzby aminokyselín vo „vnútorných“ pozíciách iných proteínov; hoci sa tiež ukázalo, že môžu hydrolyzovať estery, amidy a arylamidy, aj keď s menšou selektivitou.
Majú priemernú molekulovú hmotnosť asi 25 kDa (245 aminokyselín) a vyrábajú sa z prekurzorov známych ako chymotrypsinogény.
Z pankreasu hovädzieho dobytka boli purifikované 2 typy chymotrypsinogénov, A a B. V prasačom modeli bol opísaný tretí chymotrypsinogén, chymotrypsinogén C. Každý z týchto troch zymogénov je zodpovedný za produkciu chymotrypsínov A, B a C.
Chymotrypsín A sa skladá z troch polypeptidových reťazcov, ktoré sú kovalentne spojené navzájom pomocou mostíkov alebo disulfidových väzieb medzi cysteínovými zvyškami. Je však dôležité spomenúť, že mnohí autori ho považujú za monomérny enzým (zložený z jednej podjednotky).
Tieto reťazce tvoria štruktúru, ktorá má elipsoidný tvar, v ktorej skupiny, ktoré majú elektromagnetické náboje, sú umiestnené smerom k povrchu (s výnimkou aminokyselín, ktoré sa podieľajú na katalytických funkciách).
Chymotrypsíny sú všeobecne vysoko aktívne pri kyslých pH, aj keď tie, ktoré boli opísané a purifikované z hmyzu a iných živočíchov bez stavovcov, sú stabilné pri pH 8 až 11 a vysoko nestabilné pri nižších pH.
Funkcie Chymotrypsínu
Keď je exokrinný pankreas stimulovaný hormónmi alebo elektrickými impulzmi, tento orgán uvoľňuje sekrečné granule bohaté na chymotrypsinogén, ktorý, keď sa dostane do tenkého čreva, je rezaný ďalšou proteázou medzi zvyškami 15 a 16 a potom je " samo-spracované “za získania plne aktívneho proteínu.
Možno, že hlavnou funkciou tohto enzýmu je pôsobenie v zhode s ostatnými proteázami vylučovanými do gastrointestinálneho systému, na trávenie alebo degradáciu proteínov konzumovaných potravou.
Produkty uvedenej proteolýzy následne slúžia ako zdroj uhlíka a energie prostredníctvom katabolizmu aminokyselín alebo sa môžu „recyklovať“ priamo na tvorbu nových bunkových proteínov, ktoré budú mať na fyziologickej úrovni mnohopočetné a rôzne funkcie.
Mechanizmus akcie
Chymotrypsíny pôsobia až po aktivácii, pretože sa vyrábajú ako „prekurzorové“ formy (zymogény) nazývané chymotrypsinogény.
Mechanizmus Chymotrypsínovej reakcie (Zdroj: Hbf878 prostredníctvom Wikimedia Commons)
výcvik
Chymotrypsínové zymogény sú syntetizované acinárnymi bunkami pankreasu, po ktorých migrujú z endoplazmatického retikula do komplexu Golgi, kde sú balené do membránových komplexov alebo sekrečných granúl.
Tieto granule sa akumulujú na koncoch acini a uvoľňujú sa ako reakcia na hormonálne stimuly alebo nervové impulzy.
aktivácia
V závislosti od podmienok aktivácie je možné nájsť niekoľko typov chymotrypsínov, všetky však zahŕňajú proteolytické „štiepenie“ peptidovej väzby na zymogén, chymotrypsinogén, proces katalyzovaný enzýmom trypsín.
Aktivačná reakcia spočiatku pozostáva zo štiepenia peptidovej väzby medzi aminokyselinami 15 a 16 chymotrypsinogénu, s ktorým sa vytvorí π-chymotrypsín, schopného „samo-spracovania“ a dokončenia aktivácie pomocou autokatalýzy.
Pôsobenie posledne uvedeného enzýmu podporuje tvorbu následných peptidov spojených disulfidovými väzbami a tieto sú známe ako reťazec A (z N-terminálnej oblasti a zvyšky 1-14), reťazec B (zvyšky 16 až 146) a C reťazec (C-terminálna oblasť, začínajúca zvyškom 149).
Časti zodpovedajúce zvyškom 14-15 a 147-148 (dva dipeptidy) nemajú katalytické funkcie a sú oddelené od hlavnej štruktúry.
Katalytická aktivita
Chymotrypsín je zodpovedný za hydrolýzu peptidových väzieb, prevažne atakujúcich karboxylovú časť aminokyselín, ktoré majú aromatické vedľajšie skupiny, to znamená aminokyseliny, ako je tyrozín, tryptofán a fenylalanín.
Serín (Ser 195) v aktívnom mieste (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) tohto typu enzýmu je pravdepodobne najdôležitejším zvyškom pre jeho fungovanie. Mechanizmus reakcie je nasledujúci:
- Chymotrypsín je spočiatku vo forme „bez substrátu“, kde katalytická „triáda“ pozostáva z postrannej karboxylovej skupiny aspartátového zvyšku (102), imidazolového kruhu histidínového zvyšku (57) a bočná hydroxylová skupina serínu (195).
- Substrát sa stretáva s enzýmom a viaže sa naň, aby vytvoril typický reverzibilný komplex enzým-substrát (podľa mykeliánskeho modelu), kde katalytická „triáda“ uľahčuje nukleofilný útok aktiváciou hydroxylovej skupiny serínového zvyšku.
- Kľúčový bod reakčného mechanizmu spočíva vo vytvorení čiastočnej väzby, ktorá vedie k polarizácii hydroxylovej skupiny, ktorá je dostatočná na urýchlenie reakcie.
- Po nukleofilnom ataku sa karboxylová skupina stáva tetraedrickým oxyaniónovým medziproduktom, ktorý je stabilizovaný dvoma vodíkovými väzbami vytvorenými skupinami N a H zvyšku Gly 193 a Ser 195.
- Oxyanión sa spontánne „preskupí“ a vytvorí sa enzýmový medziprodukt, ku ktorému sa pridá acylová skupina (acylovaný enzým).
- Reakcia pokračuje vstupom molekuly vody do aktívneho miesta, molekuly, ktorá podporuje nový nukleofilný atak, ktorý vedie k tvorbe druhého tetraedrického medziproduktu, ktorý je tiež stabilizovaný vodíkovými väzbami.
- Reakcia sa skončí, keď sa tento druhý medziprodukt znova preusporiada a znova vytvorí komplex enzýmu a substrátu mikicaeliana, kde aktívne miesto enzýmu je obsadené produktom, ktorý obsahuje karboxylovú skupinu.
Referencie
- Appel, W. (1986). Chymotrypsín: molekulárne a katalytické vlastnosti. Clinical biochemistry, 19 (6), 317-322.
- Bender, ML, Killheffer, J. V. & Cohen, S. (1973). Chymotrypsín. Kritické prehľady CRC v biochémii, 1 (2), 149-199.
- Blow, DM (1971). 6 Štruktúra Chymotrypsínu. In The Enzýmy (zv. 3, str. 185-212). Academic Press.
- Blow, DM (1976). Štruktúra a mechanizmus chymotrypsínu. Účty chemického výskumu, 9 (4), 145-152.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerove princípy biochémie. Macmillan.
- Polgár, L. (2013). Katalytické mechanizmy serínových a treonínových peptidáz. V Handbook of Proteolytic Enzymes (pp. 2524-2534). Elsevier Ltd.
- Westheimer, FH (1957). Hypotéza mechanizmu účinku chymotrypsínu. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 43 (11), 969.