CHYMOTRYPSIN: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FUNKCE, MECHANISMUS ÚČINKU - BIOLOGIE - 2025

Chymotrypsinu je druhý nejhojnější zažívací protein vylučovaný slinivkou do tenkého střeva. Je to enzym patřící do rodiny serinových proteáz a specializuje se na hydrolýzu peptidových vazeb mezi aminokyselinami, jako je tyrosin, fenylalanin, tryptofan, methionin a leucin přítomný ve velkých proteinech.

Název "chymotrypsin" ve skutečnosti sdružuje skupinu enzymů, které jsou produkovány pankreasem a aktivně se podílejí na trávení bílkovin ve střevech u zvířat. Slovo je odvozeno od účinku podobného reninu, který má tento enzym na obsah žaludku nebo na „chyme“.

Struktura Chymotrypsinu (Zdroj: Uživatel: Mattyjenjen přes Wikimedia Commons)

Ačkoli není přesně známo, jak je jejich distribuce v živočišné říši široká, má se za to, že tyto enzymy jsou přítomny alespoň ve všech strunatcích a existují zprávy o jejich přítomnosti v "primitivnější fyle", jako jsou členovci. a to coelenterates.

U zvířat, která mají pankreas, je tento orgán hlavním místem produkce chymotrypsinu, jakož i dalších proteáz, inhibitorů enzymů a prekurzorů nebo zymogenů.

Chymotrypsiny jsou nejstudovanější a nejlépe charakterizované enzymy nejen ve vztahu k jejich biosyntéze, ale také k jejich aktivaci zymogenem, jejich enzymatickým vlastnostem, jejich inhibici, kinetickým a katalytickým vlastnostem a jejich obecné struktuře.

Vlastnosti a struktura

Chymotrypsiny jsou endopeptidázy, tj. Jsou to proteázy, které hydrolyzují peptidové vazby aminokyselin v "vnitřních" pozicích jiných proteinů; i když se také ukázalo, že mohou hydrolyzovat estery, amidy a arylamidy, i když s menší selektivitou.

Mají průměrnou molekulovou hmotnost asi 25 kDa (245 aminokyselin) a jsou vyráběny z prekurzorů známých jako chymotrypsinogeny.

Z pankreatu skotu byly vyčištěny 2 typy chymotrypsinogenu, A a B. V prasečím modelu byl popsán třetí chymotrypsinogen, chymotrypsinogen C. Každý z těchto tří zymogenů je zodpovědný za produkci chymotrypsinů A, B a C, v tomto pořadí.

Chymotrypsin A je tvořen třemi polypeptidovými řetězci, které jsou kovalentně vzájemně spojeny můstky nebo disulfidovými vazbami mezi cysteinovými zbytky. Je však důležité zmínit, že mnoho autorů to považuje za monomerní enzym (složený z jedné podjednotky).

Tyto řetězce vytvářejí strukturu, která má tvar elipsoidů, ve kterém skupiny, které mají elektromagnetické náboje, jsou umístěny směrem k povrchu (s výjimkou aminokyselin, které se účastní katalytických funkcí).

Chymotrypsiny jsou obecně vysoce aktivní při kyselém pH, ačkoli ty, které byly popsány a čištěny od hmyzu a jiných živočichů bez obratlovců, jsou stabilní při pH 8 až 11 a extrémně nestabilní při nižším pH.

Chymotrypsinové funkce

Když je exokrinní pankreas stimulován, ať už hormony nebo elektrickými impulzy, tento orgán uvolňuje sekreční granule bohaté na chymotrypsinogen, který, jakmile dosáhne tenkého střeva, je přerušen další proteázou mezi zbytky 15 a 16 a potom je " samo-zpracováno “za získání plně aktivního proteinu.

Snad hlavní funkcí tohoto enzymu je působit ve shodě s ostatními proteázami vylučovanými do gastrointestinálního systému za účelem trávení nebo degradace proteinů konzumovaných potravou.

Produkty uvedené proteolýzy následně slouží jako zdroj uhlíku a energie prostřednictvím katabolismu aminokyselin nebo mohou být „recyklovány“ přímo za vzniku nových buněčných proteinů, které budou mít na fyziologické úrovni mnohočetné a různé funkce.

Mechanismus účinku

Chymotrypsiny uplatňují své účinky až po aktivaci, protože se vyrábějí jako „prekurzorové“ formy (zymogeny) zvané chymotrypsinogeny.

Mechanismus reakce Chymotrypsinu (Zdroj: Hbf878 prostřednictvím Wikimedia Commons)

Výcvik

Chymotrypsinové zymogeny jsou syntetizovány acinárními buňkami slinivky břišní, poté migrují z endoplazmatického retikula do komplexu Golgi, kde jsou baleny do membránových komplexů nebo sekrečních granulí.

Tyto granule se hromadí na koncích acini a jsou uvolňovány v reakci na hormonální podněty nebo nervové impulzy.

Aktivace

V závislosti na podmínkách aktivace lze nalézt několik typů chymotrypsinů, všechny však zahrnují proteolytické „štěpení“ peptidové vazby v zymogenu, chymotrypsinogenu, což je proces katalyzovaný enzymem trypsinem.

Aktivační reakce spočívá nejprve ve štěpení peptidové vazby mezi aminokyselinami 15 a 16 chymotrypsinogenu, s níž se vytvoří π-chymotrypsin, schopným „samo-zpracování“ a dokončením aktivace autokatalýzou.

Působení posledně uvedeného enzymu podporuje tvorbu následných peptidů spojených disulfidovými vazbami a ty jsou známé jako řetězec A (z N-terminální oblasti a zbytky 1-14), řetězec B (zbytky 16 až 146) a řetězec C (C-koncová oblast, začínající zbytkem 149).

Části odpovídající zbytkům 14-15 a 147-148 (dva dipeptidy) nemají katalytické funkce a jsou odděleny od hlavní struktury.

Katalytická aktivita

Chymotrypsin je zodpovědný za hydrolýzu peptidových vazeb, převážně atakující karboxylovou část aminokyselin, které mají aromatické vedlejší skupiny, tj. Aminokyseliny, jako je tyrosin, tryptofan a fenylalanin.

Serin (Ser 195) v aktivním místě (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) tohoto typu enzymu je pravděpodobně nejdůležitějším zbytkem pro jeho fungování. Mechanismus reakce je následující:

- Chymotrypsin je zpočátku ve formě „bez substrátu“, kde katalytická „triáda“ sestává z postranní karboxylové skupiny aspartátového zbytku (102), imidazolového kruhu histidinového zbytku (57) a postranní hydroxylová skupina serinu (195).

- Substrát se setká s enzymem a váže se na něj za vzniku typického reverzibilního komplexu enzym-substrát (podle mykeliánského modelu), kde katalytická „triáda“ usnadňuje nukleofilní útok aktivací hydroxylové skupiny zbytku serinu.

- Klíčový bod reakčního mechanismu spočívá ve vytvoření částečné vazby, která vede k polarizaci hydroxylové skupiny, což je dostatečné pro urychlení reakce.

- Po nukleofilním útoku se z karboxylové skupiny stane tetraedrální oxyanionový meziprodukt, který je stabilizován dvěma vodíkovými vazbami vytvořenými skupinami N a H zbytku Gly 193 a Ser 195.

- Oxyanion se spontánně „přeskupí“ a vytvoří se enzymový meziprodukt, do kterého byla přidána acylová skupina (acylovaný enzym).

- Reakce pokračuje vstupem molekuly vody na aktivní místo, což je molekula, která podporuje nový nukleofilní útok, který vede k vytvoření druhého tetraedrického meziproduktu, který je také stabilizován vodíkovými vazbami.

- Reakce končí, když se tento druhý meziprodukt znovu přeskupí a znovu vytvoří slínovský komplex enzym-substrát, kde aktivní místo enzymu je obsaženo produktem, který obsahuje karboxylovou skupinu.

Reference

1. Appel, W. (1986). Chymotrypsin: molekulární a katalytické vlastnosti. Clinical biochemistry, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Chymotrypsin. Kritické recenze CRC v biochemii, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 Struktura Chymotrypsinu. In The Enzýmy (svazek 3, str. 185-212). Academic Press.
4. Blow, DM (1976). Struktura a mechanismus chymotrypsinu. Účty chemického výzkumu, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Katalytické mechanismy serinových a threoninových peptidáz. V Handbook of Proteolytic Enzymes (pp. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Hypotéza mechanismu účinku chymotrypsinu. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 43 (11), 969.