CHYMOTRYPSIN: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER, VIRKNINGSMEKANISME - BIOLOGI - 2025

Den chymotrypsin er den anden mest rigelige fordøjelsessystemet protein, der udskilles af bugspytkirtlen i tyndtarmen. Det er et enzym, der hører til familien af ​​serinproteaser og er specialiseret i hydrolyse af peptidbindinger mellem aminosyrer, såsom tyrosin, phenylalanin, tryptophan, methionin og leucin, der er til stede i store proteiner.

Navnet “chymotrypsin” samler faktisk en gruppe enzymer, der er produceret af bugspytkirtlen, og som aktivt deltager i tarmen fordøjelse af proteiner i dyr. Ordet stammer fra den reninlignende virkning, som dette enzym har på gastrisk indhold eller "chym".

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

Selvom det ikke vides nøjagtigt, hvor bred deres distribution er i dyreriget, betragtes det, at disse enzymer i det mindste er til stede i alle kordater, og der er rapporter om deres tilstedeværelse i "mere primitiv phyla", såsom leddyr. og coelenteraternes.

Hos de dyr, der har en bugspytkirtel, er dette organ det vigtigste sted for produktion af chymotrypsin såvel som andre proteaser, enzyminhibitorer og forstadier eller zymogener.

Chymotrypsiner er de mest studerede og bedst karakteriserede enzymer, ikke kun i relation til deres biosyntese, men også til deres aktivering fra zymogen, deres enzymatiske egenskaber, deres hæmning, deres kinetiske og katalytiske egenskaber og deres generelle struktur.

Egenskaber og struktur

Chymotrypsiner er endopeptidaser, det vil sige de er proteaser, der hydrolyserer peptidbindinger af aminosyrer i "interne" positioner af andre proteiner; skønt det også er vist, at de kan hydrolysere estere, amider og arylamider, skønt de er med mindre selektivitet.

De har en gennemsnitlig molekylvægt på ca. 25 kDa (245 aminosyrer) og er produceret fra forstadier kendt som chymotrypsinogener.

To typer chymotrypsinogener, A og B, er blevet oprenset fra bugspytkirtlen hos kvæg. Et tredje chymotrypsinogen blev beskrevet i den porcine model, chymotrypsinogen C. Hver af disse tre zymogener er ansvarlig for produktionen af ​​chymotrypsiner A, B. henholdsvis C og C.

Chymotrypsin A består af tre polypeptidkæder, der er kovalent bundet til hinanden gennem broer eller disulfidbindinger mellem cysteinrester. Det er dog vigtigt at nævne, at mange forfattere betragter det som et monomer enzym (sammensat af en enkelt underenhed).

Disse kæder sammensætter en struktur, der har en ellipsoid form, hvor de grupper, der har elektromagnetiske ladninger, er placeret mod overfladen (med undtagelse af aminosyrerne, der deltager i katalytiske funktioner).

Chymotrypsiner er generelt stærkt aktive ved sure pH-værdier, selvom de, der er beskrevet og oprenset fra insekter og andre ikke-hvirveldyr, er stabile ved pH 8-11 og ekstremt ustabile ved lavere pH.

Chymotrypsin-funktioner

Når den exokrine bugspytkirtel stimuleres, enten med hormoner eller ved elektriske impulser, frigiver dette organ sekretoriske granuler rige på chymotrypsinogen, der når den når tyndtarmen, skæres af en anden protease mellem resterne 15 og 16 og derefter er " selvforarbejdet ”for at give et fuldt aktivt protein.

Måske er hovedhovedfunktionen af ​​dette enzym at handle sammen med de andre proteaser, der udskilles i mave-tarm-systemet til fordøjelse eller nedbrydning af proteiner, der indtages med mad.

Produkterne fra nævnte proteolyse tjener derefter som en kilde til kulstof og energi gennem katabolismen af ​​aminosyrer, eller de kan "recirkuleres" direkte til dannelse af nye cellulære proteiner, som vil udøve flere og forskellige funktioner på det fysiologiske niveau.

Handlingsmekanisme

Chymotrypsiner udøver kun deres handlinger, når de er aktiveret, da disse produceres som "forløber" -former (zymogener) kaldet chymotrypsinogener.

Chymotrypsin-reaktionsmekanisme (Kilde: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Uddannelse

Chymotrypsin-zymogener syntetiseres af pancreascellerne i bugspytkirtlen, hvorefter de migrerer fra det endoplasmatiske retikulum til Golgi-komplekset, hvor de pakkes inden i membrankomplekser eller sekretoriske granuler.

Disse granuler akkumuleres i enderne af acini og frigøres som reaktion på hormonelle stimuli eller nerveimpulser.

Aktivering

Afhængig af aktiveringsbetingelserne kan der findes forskellige typer chymotrypsiner, men alle involverer dem proteolytisk "spaltning" af en peptidbinding i zymogen, chymotrypsinogen, en proces katalyseret af enzymet trypsin.

Aktivationsreaktionen består oprindeligt af spaltning af peptidbindingen mellem aminosyrer 15 og 16 af chymotrypsinogen, hvormed π-chymotrypsin dannes, i stand til at "selvbearbejde" og afslutte aktiveringen ved autokatalyse.

Virkningen af ​​det sidstnævnte enzym fremmer dannelsen af ​​efterfølgende peptider bundet med disulfidbindinger, og disse er kendt som kæde A (fra den N-terminale region og rester 1-14), kæde B (rester 16 til 146) og C-kæden (C-terminal region, begyndende med rest 149).

De dele, der svarer til resterne 14-15 og 147-148 (to dipeptider) har ikke katalytiske funktioner og er løsnet fra hovedstrukturen.

Katalytisk aktivitet

Chymotrypsin er ansvarlig for hydrolysering af peptidbindinger og angriber overvejende den carboxyliske del af aminosyrer, der har aromatiske sidegrupper, dvs. aminosyrer, såsom tyrosin, tryptophan og phenylalanin.

En serin (Ser 195) inden for det aktive sted (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) af denne type enzym er måske den mest essentielle rest til dens funktion. Reaktionsmekanismen er som følger:

- Chymotrypsin er oprindeligt i en "substratfri" form, hvor den katalytiske "triade" består af sidecarboxylgruppen af ​​en aspartatrest (102), imidazolringen i en histidinrest (57) og side hydroxylgruppe af en serin (195).

- Substratet møder enzymet og binder til det for at danne et typisk reversibelt enzym-substratkompleks (ifølge den mycaeliske model), hvor den katalytiske "triade" letter nukleofil angreb ved at aktivere hydroxylgruppen i serinresten.

- Det vigtigste punkt i reaktionsmekanismen består i dannelsen af ​​en delvis binding, hvilket resulterer i polarisering af hydroxylgruppen, som er tilstrækkelig til at fremskynde reaktionen.

- Efter nukleofilt angreb bliver carboxylgruppen et tetrahedralt oxyanionmellemprodukt, der stabiliseres af to hydrogenbindinger dannet af N- og H-grupperne i resten af ​​Gly 193 og Ser 195.

- Oxyanionen "omarrangerer" spontant og danner et enzymmellemprodukt, hvortil en acylgruppe (acyleret enzym) er tilføjet.

- Reaktionen fortsætter med indtræden af ​​et vandmolekyle til det aktive sted, et molekyle, der fremmer et nyt nukleofilt angreb, der resulterer i dannelsen af ​​et andet tetrahedralt mellemprodukt, der også er stabiliseret af brintbindinger.

- Reaktionen slutter, når dette andet mellemliggende omlejrer igen og danner enzymsubstrat-glimmerkompleks igen, hvor det aktive sted for enzymet optages af det produkt, der indeholder carboxylgruppen.

Referencer

1. Appel, W. (1986). Chymotrypsin: molekylære og katalytiske egenskaber. Klinisk biokemi, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Chymotrypsin. CRC kritiske anmeldelser i biokemi, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 Chymotrypsins struktur. I enzymerne (bind 3, s. 185-212). Academic Press.
4. Blow, DM (1976). Struktur og mekanisme for chymotrypsin. Regnskaber for kemisk forskning, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Katalytiske mekanismer for serin og threonin peptidaser. I håndbog med proteolytiske enzymer (s. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Hypotese for virkningsmekanismen for chymotrypsin. Forløb fra Det Nationale Akademi for Videnskaber i Amerikas Forenede Stater, 43 (11), 969.