CHYMOTRYPSYNA: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, FUNKCJE, MECHANIZM DZIAŁANIA - BIOLOGIA - 2025

Chymotrypsyna jest drugim najbardziej liczne białka pokarmowego wydzielana przez trzustkę do jelita cienkiego. Jest enzymem należącym do rodziny proteaz serynowych i specjalizuje się w hydrolizie wiązań peptydowych między aminokwasami, takimi jak tyrozyna, fenyloalanina, tryptofan, metionina i leucyna występującymi w dużych białkach.

Nazwa „chymotrypsyna” tak naprawdę łączy w sobie grupę enzymów wytwarzanych przez trzustkę, które aktywnie uczestniczą w trawieniu białek u zwierząt w jelitach. Słowo to wywodzi się z podobnego do reniny działania tego enzymu na zawartość żołądka lub „treściwość pokarmową”.

Struktura chymotrypsyny (źródło: User: Mattyjenjen via Wikimedia Commons)

Chociaż nie wiadomo dokładnie, jak szeroka jest ich dystrybucja w królestwie zwierząt, uważa się, że enzymy te są obecne przynajmniej we wszystkich strunowcach i istnieją doniesienia o ich obecności w „bardziej prymitywnych grupach”, takich jak stawonogi. i koelenteratów.

U zwierząt z trzustką narząd ten jest głównym miejscem produkcji chymotrypsyny, a także innych proteaz, inhibitorów enzymów i prekursorów lub zymogenów.

Chymotrypsyny są najlepiej zbadanymi i najlepiej scharakteryzowanymi enzymami, nie tylko pod względem ich biosyntezy, ale także ich aktywacji z zymogenu, ich właściwości enzymatycznych, hamowania, właściwości kinetycznych i katalitycznych oraz ogólnej struktury.

Charakterystyka i struktura

Chymotrypsyny są endopeptydazami, to znaczy są proteazami, które hydrolizują wiązania peptydowe aminokwasów w „wewnętrznych” pozycjach innych białek; chociaż wykazano również, że mogą hydrolizować estry, amidy i aryloamidy, chociaż z mniejszą selektywnością.

Mają średnią masę cząsteczkową około 25 kDa (245 aminokwasów) i są wytwarzane z prekursorów znanych jako chymotrypsynogeny.

Z trzustki bydła oczyszczono 2 rodzaje chymotrypsynogenów, A i B.W modelu świńskim opisano trzeci chymotrypsynogen, chymotrypsynogen C. Każdy z tych trzech zymogenów jest odpowiedzialny za produkcję chymotrypsyn A, B i C, odpowiednio.

Chymotrypsyna A składa się z trzech łańcuchów polipeptydowych, które są ze sobą kowalencyjnie połączone mostkami lub wiązaniami disiarczkowymi między resztami cysteiny. Należy jednak wspomnieć, że wielu autorów uważa go za enzym monomeryczny (złożony z pojedynczej podjednostki).

Łańcuchy te tworzą strukturę o elipsoidalnym kształcie, w której grupy posiadające ładunki elektromagnetyczne są zlokalizowane w kierunku powierzchni (z wyjątkiem aminokwasów uczestniczących w funkcjach katalitycznych).

Chymotrypsyny są ogólnie bardzo aktywne przy kwaśnym pH, chociaż te, które zostały opisane i oczyszczone z owadów i innych zwierząt innych niż kręgowce, są stabilne przy pH 8-11 i wysoce niestabilne przy niższych pH.

Funkcje chymotrypsyny

Kiedy zewnątrzwydzielnicza trzustka jest stymulowana przez hormony lub impulsy elektryczne, narząd ten uwalnia granulki wydzielnicze bogate w chymotrypsynogen, które po dotarciu do jelita cienkiego są cięte przez inną proteazę między resztami 15 i 16, a następnie " samodzielnie przetwarzane ”, aby uzyskać w pełni aktywne białko.

Być może główną funkcją tego enzymu jest współdziałanie z innymi proteazami wydzielanymi do przewodu pokarmowego w celu trawienia lub degradacji białek spożywanych z pożywieniem.

Produkty tej proteolizy służą następnie jako źródło węgla i energii w wyniku katabolizmu aminokwasów lub można je bezpośrednio „zawracać” do tworzenia nowych białek komórkowych, które będą pełnić liczne i zróżnicowane funkcje na poziomie fizjologicznym.

Mechanizm akcji

Chymotrypsyny działają dopiero po aktywacji, ponieważ powstają jako formy „prekursorowe” (zymogeny) zwane chymotrypsynogenami.

Mechanizm reakcji chymotrypsyny (źródło: Hbf878 za Wikimedia Commons)

Trening

Zymogeny chymotrypsyny są syntetyzowane przez komórki groniaste trzustki, po czym migrują z retikulum endoplazmatycznego do kompleksu Golgiego, gdzie są upakowane w kompleksach błoniastych lub ziarnistościach wydzielniczych.

Te granulki gromadzą się na końcach trądziku i są uwalniane w odpowiedzi na bodźce hormonalne lub impulsy nerwowe.

Aktywacja

W zależności od warunków aktywacji można znaleźć kilka typów chymotrypsyn, jednak wszystkie obejmują proteolityczne „rozszczepienie” wiązania peptydowego w zymogenie, chymotrypsynogenie, proces katalizowany przez enzym trypsynę.

Reakcja aktywacji początkowo polega na rozerwaniu wiązania peptydowego między aminokwasami 15 i 16 chymotrypsynogenu, z którym tworzy się π-chymotrypsyna, zdolnej do „samoobróbki” i zakończenia aktywacji przez autokatalizę.

Działanie tego ostatniego enzymu sprzyja tworzeniu się kolejnych peptydów połączonych wiązaniami disiarczkowymi i są one znane jako łańcuch A (z regionu N-końcowego i reszt 1-14), łańcuch B (reszty od 16 do 146) i łańcuch C (region C-końcowy, rozpoczynający się od reszty 149).

Części odpowiadające resztom 14-15 i 147-148 (dwa dipeptydy) nie mają funkcji katalitycznych i są odłączane od głównej struktury.

Aktywność katalityczna

Chymotrypsyna odpowiada za hydrolizę wiązań peptydowych, atakując przede wszystkim część karboksylową aminokwasów, które mają aromatyczne grupy boczne, czyli aminokwasy takie jak tyrozyna, tryptofan i fenyloalanina.

Seryna (Ser 195) w miejscu aktywnym (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) tego typu enzymu jest prawdopodobnie najbardziej istotną resztą dla jego funkcjonowania. Mechanizm reakcji jest następujący:

- Chymotrypsyna występuje początkowo w postaci „wolnej od substratu”, gdzie katalityczna „triada” składa się z bocznej grupy karboksylowej reszty asparaginianu (102), pierścienia imidazolowego reszty histydynowej (57) i boczna grupa hydroksylowa seryny (195).

- Substrat spotyka się z enzymem i wiąże się z nim, tworząc typowy odwracalny kompleks enzym-substrat (według modelu mycaelowskiego), w którym katalityczna „triada” ułatwia atak nukleofilowy poprzez aktywację grupy hydroksylowej reszty seryny.

- Kluczowy punkt mechanizmu reakcji polega na utworzeniu częściowego wiązania, co skutkuje polaryzacją grupy hydroksylowej, która jest wystarczająca do przyspieszenia reakcji.

- Po ataku nukleofilowym grupa karboksylowa staje się tetraedrycznym oksyanionem pośrednim, który jest stabilizowany przez dwa wiązania wodorowe utworzone przez grupy N i H reszty Gly 193 i Ser 195.

- Oksyanion spontanicznie „przegrupowuje się” i tworzy półprodukt enzymatyczny, do którego została dodana grupa acylowa (enzym acylowany).

- Reakcja jest kontynuowana wraz z wejściem cząsteczki wody do miejsca aktywnego, cząsteczki, która promuje nowy atak nukleofilowy, w wyniku którego powstaje drugi tetraedryczny związek pośredni, który jest również stabilizowany przez wiązania wodorowe.

- Reakcja kończy się, gdy ten drugi związek pośredni ponownie się przegrupowuje i ponownie tworzy kompleks mikroskopowy enzym-substrat, w którym miejsce aktywne enzymu jest zajęte przez produkt zawierający grupę karboksylową.

Bibliografia

1. Appel, W. (1986). Chymotrypsyna: właściwości molekularne i katalityczne. Clinical biochemistry, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV i Cohen, S. (1973). Chymotrypsyna. Przegląd krytyczny CRC w biochemii, 1 (2), 149-199.
3. Cios, DM (1971). 6 Struktura chymotrypsyny. W The enzymes (Vol. 3, str. 185-212). Academic Press.
4. Cios, DM (1976). Struktura i mechanizm chymotrypsyny. Rachunki badań chemicznych, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL i Cox, MM (2008). Zasady Lehningera biochemii. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Katalityczne mechanizmy peptydaz serynowych i treoninowych. W Handbook of Proteolytic Enzymes (str. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Hipoteza dotycząca mechanizmu działania chymotrypsyny. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (11), 969.