ХИМОТРИПСИН: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ, МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Химотрипсин является вторым наиболее распространенным пищеварительный белок , выделяемый поджелудочной железы в тонкую кишку. Это фермент, принадлежащий к семейству сериновых протеаз, который специализируется на гидролизе пептидных связей между аминокислотами, такими как тирозин, фенилаланин, триптофан, метионин и лейцин, присутствующими в больших белках.

Название «химотрипсин» фактически объединяет группу ферментов, которые вырабатываются поджелудочной железой и которые активно участвуют в кишечном переваривании белков у животных. Это слово происходит от ренин-подобного действия, которое этот фермент оказывает на содержимое желудка или «химус».

Структура химотрипсина (Источник: Пользователь: Mattyjenjen через Wikimedia Commons)

Хотя точно не известно, насколько широко они распространены в животном мире, считается, что эти ферменты присутствуют, по крайней мере, у всех хордовых, и есть сообщения об их присутствии в «более примитивных типах», таких как членистоногие. и кишечнополостных.

У тех животных, у которых есть поджелудочная железа, этот орган является основным местом продукции химотрипсина, а также других протеаз, ингибиторов ферментов и предшественников или зимогенов.

Химотрипсины являются наиболее изученными и наиболее хорошо охарактеризованными ферментами не только в отношении их биосинтеза, но и в отношении их активации из зимогена, их ферментативных свойств, их ингибирования, их кинетических и каталитических характеристик и их общей структуры.

Характеристики и состав

Химотрипсины - это эндопептидазы, то есть протеазы, которые гидролизуют пептидные связи аминокислот во «внутренних» положениях других белков; хотя также было показано, что они могут гидролизовать сложные эфиры, амиды и ариламиды, хотя и с меньшей селективностью.

Они имеют средний молекулярный вес около 25 кДа (245 аминокислот) и производятся из предшественников, известных как химотрипсиногены.

Из поджелудочной железы крупного рогатого скота были выделены 2 типа химотрипсиногенов, A и B. В модели на свинье был описан третий химотрипсиноген, химотрипсиноген C. Каждый из этих трех зимогенов отвечает за продукцию химотрипсинов A, B и C соответственно.

Химотрипсин А состоит из трех полипептидных цепей, которые ковалентно связаны друг с другом мостиками или дисульфидными связями между остатками цистеина. Однако важно отметить, что многие авторы считают его мономерным ферментом (состоящим из одной субъединицы).

Эти цепи составляют структуру, имеющую форму эллипсоида, в которой группы, имеющие электромагнитные заряды, расположены по направлению к поверхности (за исключением аминокислот, которые участвуют в каталитических функциях).

Химотрипсины обычно очень активны при кислом pH, хотя те, которые были описаны и очищены от насекомых и других беспозвоночных животных, стабильны при pH 8-11 и крайне нестабильны при более низком pH.

Функции химотрипсина

Когда экзокринная поджелудочная железа стимулируется гормонами или электрическими импульсами, этот орган высвобождает секреторные гранулы, богатые химотрипсиногеном, который, достигнув тонкой кишки, разделяется другой протеазой между остатками 15 и 16, а затем " самообработка »с получением полностью активного белка.

Возможно, основная функция этого фермента - действовать совместно с другими протеазами, выделяемыми в желудочно-кишечную систему, для переваривания или разложения белков, потребляемых с пищей.

Продукты указанного протеолиза впоследствии служат источником углерода и энергии за счет катаболизма аминокислот или они могут быть «переработаны» непосредственно для образования новых клеточных белков, которые будут выполнять множество разнообразных функций на физиологическом уровне.

Механизм действия

Химотрипсины проявляют свое действие только после активации, так как они производятся в виде «предшественников» (зимогенов), называемых химотрипсиногенами.

Механизм реакции химотрипсина (Источник: Hbf878 через Wikimedia Commons)

Повышение квалификации

Зимогены химотрипсина синтезируются ацинарными клетками поджелудочной железы, после чего они мигрируют из эндоплазматического ретикулума в комплекс Гольджи, где они упакованы в мембранные комплексы или секреторные гранулы.

Эти гранулы накапливаются на концах ацинусов и высвобождаются в ответ на гормональные стимулы или нервные импульсы.

Активация

В зависимости от условий активации можно обнаружить несколько типов химотрипсинов, однако все они включают протеолитическое «расщепление» пептидной связи в зимогене, химотрипсиногене, процесс, катализируемый ферментом трипсином.

Реакция активации первоначально состоит из расщепления пептидной связи между аминокислотами 15 и 16 химотрипсиногена, с которым образуется π-химотрипсин, способный к «самообработке» и завершающий активацию путем автокатализа.

Действие последнего фермента способствует образованию последующих пептидов, связанных дисульфидными связями, которые известны как цепь A (от N-концевой области и остатков 1-14), цепь B (остатки от 16 до 146) и С-цепь (С-концевой участок, начиная с остатка 149).

Части, соответствующие остаткам 14-15 и 147-148 (два дипептида), не имеют каталитических функций и отделены от основной структуры.

Каталитическая активность

Химотрипсин отвечает за гидролиз пептидных связей, преимущественно атакуя карбоновую часть аминокислот, которые имеют ароматические боковые группы, то есть такие аминокислоты, как тирозин, триптофан и фенилаланин.

Серин (Ser 195) в активном центре (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) этого типа фермента, возможно, является наиболее важным остатком для его функционирования. Механизм реакции следующий:

- Химотрипсин изначально находится в «свободной от субстрата» форме, где каталитическая «триада» состоит из боковой карбоксильной группы остатка аспартата (102), имидазольного кольца остатка гистидина (57) и боковая гидроксильная группа серина (195).

- Субстрат встречает фермент и связывается с ним, образуя типичный обратимый комплекс фермент-субстрат (согласно микелевой модели), где каталитическая «триада» облегчает нуклеофильную атаку, активируя гидроксильную группу остатка серина.

- Ключевой момент механизма реакции заключается в образовании частичной связи, в результате чего происходит поляризация гидроксильной группы, достаточная для ускорения реакции.

- После нуклеофильной атаки карбоксильная группа становится тетраэдрическим оксианионным промежуточным продуктом, который стабилизируется двумя водородными связями, образованными группами N и H остатка Gly 193 и Ser 195.

- Оксианион самопроизвольно «перестраивается» и образуется промежуточный фермент, к которому была добавлена ​​ацильная группа (ацилированный фермент).

- Реакция продолжается с проникновением молекулы воды в активный центр, молекулы, которая способствует новой нуклеофильной атаке, которая приводит к образованию второго тетраэдрического промежуточного соединения, которое также стабилизируется водородными связями.

- Реакция заканчивается, когда этот второй промежуточный продукт снова перестраивается и снова образует слюдяной комплекс фермент-субстрат, где активный центр фермента занят продуктом, содержащим карбоксильную группу.

Ссылки

1. Аппель, В. (1986). Химотрипсин: молекулярные и каталитические свойства. Клиническая биохимия, 19 (6), 317-322.
2. Бендер, М.Л., Киллхеффер, СП, и Коэн, С. (1973). Химотрипсин. Критические обзоры CRC в биохимии, 1 (2), 149-199.
3. Удар, Д.М. (1971). 6 Структура химотрипсина. В «Ферменты» (том 3, стр. 185–212). Академическая пресса.
4. Удар, DM (1976). Структура и механизм химотрипсина. Счета химических исследований, 9 (4), 145-152.
5. Нельсон, Д.Л., Ленингер, А.Л., и Кокс, М.М. (2008). Принципы биохимии Ленингера. Macmillan.
6. Полгар, Л. (2013). Каталитические механизмы сериновых и треониновых пептидаз. В Справочнике по протеолитическим ферментам (стр. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Вестхаймер, FH (1957). Гипотеза механизма действия химотрипсина. Слушания Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 43 (11), 969.