CHYMOTRYPSIN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER, VIRKNINGSMEKANISME - BIOLOGI - 2025

Den chymotrypsin er det andre mest tallrike fordøyelses protein utskilles fra bukspyttkjertelen i tynntarmen. Det er et enzym som tilhører familien serinproteaser og spesialiserer seg i hydrolyse av peptidbindinger mellom aminosyrer som tyrosin, fenylalanin, tryptofan, metionin og leucin til stede i store proteiner.

Navnet “chymotrypsin” samler faktisk en gruppe enzymer som er produsert av bukspyttkjertelen og som aktivt deltar i tarmen fordøyelsen av proteiner i dyr. Ordet stammer fra den reninlignende handlingen som dette enzymet har på mageinnhold eller ”kimen”.

Chymotrypsin-struktur (Kilde: Bruker: Mattyjenjen via Wikimedia Commons)

Selv om det ikke er kjent nøyaktig hvor bred distribusjon de har i dyreriket, anses det at disse enzymene forekommer i det minste i alle kordater, og det er rapporter om deres tilstedeværelse i "mer primitiv phyla" som leddyr. og coelenteratene.

Hos de dyrene som har bukspyttkjertelen, er dette organet hovedstedet for produksjon av chymotrypsin, så vel som andre proteaser, enzymhemmere og forløpere eller zymogener.

Chymotrypsins er de mest studerte og best karakteriserte enzymer, ikke bare i forhold til deres biosyntese, men også til deres aktivering fra zymogen, deres enzymatiske egenskaper, deres hemming, deres kinetiske og katalytiske egenskaper og deres generelle struktur.

Kjennetegn og struktur

Chymotrypsins er endopeptidaser, det vil si at de er proteaser som hydrolyserer peptidbindinger av aminosyrer i "indre" stillinger av andre proteiner; selv om det også er vist at de kan hydrolysere estere, amider og arylamider, men med mindre selektivitet.

De har en gjennomsnittlig molekylvekt på omtrent 25 kDa (245 aminosyrer) og er produsert fra forløpere kjent som chymotrypsinogener.

Fra bukspyttkjertelen hos storfe har 2 typer chymotrypsinogener blitt renset, A og B. I svinemodellen ble et tredje chymotrypsinogen beskrevet, chymotrypsinogen C. Hver av disse tre zymogenene er ansvarlig for produksjonen av chymotrypsin A, B henholdsvis C.

Chymotrypsin A består av tre polypeptidkjeder som er kovalent bundet til hverandre gjennom broer eller disulfidbindinger mellom cysteinrester. Det er imidlertid viktig å nevne at mange forfattere anser det som et monomert enzym (sammensatt av en enkelt underenhet).

Disse kjedene utgjør en struktur som har en ellipsoid form, der gruppene som har elektromagnetiske ladninger er plassert mot overflaten (bortsett fra aminosyrene som deltar i katalytiske funksjoner).

Chymotrypsins er generelt sterkt aktive ved sure pH-er, selv om de som er beskrevet og renset fra insekter og andre ikke-virveldyr, er stabile ved pH 8-11 og ekstremt ustabile ved lavere pH.

Chymotrypsin funksjoner

Når den eksokrine bukspyttkjertelen blir stimulert, enten av hormoner eller ved elektriske impulser, frigjør dette organet sekretoriske granulater rike på chymotrypsinogen, som, når den når tynntarmen, blir kuttet av en annen protease mellom restene 15 og 16 og deretter er " egenforedlet ”for å gi et fullt aktivt protein.

Kanskje hovedfunksjonen til dette enzymet er å virke i samspill med de andre proteasene som skilles ut i mage-tarmsystemet for fordøyelse eller nedbrytning av proteiner konsumert med mat.

Produktene fra nevnte proteolyse tjener deretter som en kilde til karbon og energi gjennom katabolismen av aminosyrer, eller de kan "resirkuleres" direkte for dannelse av nye cellulære proteiner som vil utøve flere og varierte funksjoner på fysiologisk nivå.

Virkningsmekanismen

Chymotrypsins utøver sine handlinger bare etter å ha blitt aktivert, siden disse produseres som "forløper" -former (zymogener) kalt chymotrypsinogener.

Chymotrypsin-reaksjonsmekanisme (Kilde: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Opplæring

Chymotrypsin zymogener blir syntetisert av de acinarcellene i bukspyttkjertelen, hvoretter de vandrer fra endoplasmatisk retikulum til Golgi-komplekset, hvor de pakkes inn i membran-komplekser eller sekretoriske granuler.

Disse granulatene akkumuleres i endene av acini og frigjøres som respons på hormonelle stimuli eller nerveimpulser.

aktivisering

Avhengig av aktiveringsbetingelsene, kan det finnes flere typer chymotrypsiner, men alle involverer den proteolytiske "spaltning" av en peptidbinding i zymogen, chymotrypsinogen, en prosess katalysert av enzymet trypsin.

Aktiveringsreaksjonen består i utgangspunktet av spaltingen av peptidbindingen mellom aminosyrene 15 og 16 av chymotrypsinogen, med hvilken π-chymotrypsin dannes, i stand til å "selvbehandle" og fullføre aktiveringen ved autokatalyse.

Virkningen av det sistnevnte enzymet fremmer dannelsen av etterfølgende peptider bundet av disulfidbindinger, og disse er kjent som kjede A (fra den N-terminale regionen og restene 1-14), kjede B (restene 16 til 146) og C-kjeden (C-terminal region, begynner med rest 149).

Delene som tilsvarer restene 14-15 og 147-148 (to dipeptider) har ikke katalytiske funksjoner og er løsnet fra hovedstrukturen.

Katalytisk aktivitet

Chymotrypsin er ansvarlig for hydrolysering av peptidbindinger, hovedsakelig angriper den karboksyliske delen av aminosyrer som har aromatiske sidegrupper, det vil si aminosyrer som tyrosin, tryptofan og fenylalanin.

En serin (Ser 195) i det aktive setet (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) av denne typen enzym er kanskje den mest essensielle resten for å fungere. Reaksjonsmekanismen er som følger:

- Chymotrypsin er opprinnelig i en "substratfri" form, der den katalytiske "triaden" består av sidekarboxylgruppen til en aspartatrest (102), imidazolringen i en histidinrest (57) og sidehydroksylgruppe av en serin (195).

- Underlaget møter enzymet og binder seg til det for å danne et typisk reversibelt enzym-substratkompleks (i henhold til den mycaeliske modellen), der den katalytiske "triaden" letter nukleofil angrep ved å aktivere hydroksylgruppen i serinresten.

- Nøkkelpunktet i reaksjonsmekanismen består i dannelse av en delvis binding, noe som resulterer i polarisering av hydroksylgruppen, som er tilstrekkelig til å akselerere reaksjonen.

- Etter nukleofilt angrep blir karboksylgruppen et tetraedralt oksyanion-mellomprodukt, som er stabilisert av to hydrogenbindinger dannet av N- og H-gruppene i resten av Gly 193 og Ser 195.

- Oksyanionen "omorganiserer" spontant og danner et enzym-mellomprodukt som en acylgruppe (acylert enzym) er lagt til.

- Reaksjonen fortsetter med inntreden av et vannmolekyl til det aktive stedet, et molekyl som fremmer et nytt nukleofilt angrep som resulterer i dannelsen av et andre tetraedrisk mellomprodukt som også er stabilisert av hydrogenbindinger.

- Reaksjonen avsluttes når dette andre mellomproduktet omorganiseres igjen og danner enzymet-substrat glimmerkompleks igjen, der det aktive setet til enzymet opptas av produktet som inneholder karboksylgruppen.

referanser

1. Appel, W. (1986). Chymotrypsin: molekylære og katalytiske egenskaper. Klinisk biokjemi, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Chymotrypsin. CRC kritiske vurderinger i biokjemi, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 Strukturen til kymotrypsin. I enzymene (bind 3, s. 185-212). Academic Press.
4. Blow, DM (1976). Struktur og mekanisme av chymotrypsin. Beretninger om kjemisk forskning, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Katalytiske mekanismer for serin og treonin peptidaser. I Håndbok for proteolytiske enzymer (s. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Hypotese for virkningsmekanismen til chymotrypsin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (11), 969.