ХІМОТРИПСИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, БУДОВА, ФУНКЦІЇ, МЕХАНІЗМ ДІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Хімотрипсин є другим найбільш поширеним травний білок , що виділяється підшлункової залози в тонку кишку. Це фермент, що належить до сімейства серинових протеаз і спеціалізується на гідролізі пептидних зв'язків між амінокислотами, такими як тирозин, фенілаланін, триптофан, метіонін та лейцин, присутні у великих білках.

Назва «хімотрипсин» насправді об'єднує групу ферментів, які виробляються підшлунковою залозою, і які активно беруть участь у кишковому засвоєнні білків тварин. Слово походить від дії, що нагадує ренін, який надає цей фермент на шлунковий вміст або «хімус».

Структура хімотрипсину (Джерело: Користувач: Mattyjenjen через Wikimedia Commons)

Хоча точно невідомо, наскільки широкий їх поширення в царстві тварин, вважається, що ці ферменти є принаймні у всіх хордах і є повідомлення про їх присутність у "більш примітивних філах", таких як членистоногі. та коелентератів.

У тих тварин, у яких є підшлункова залоза, цей орган є головним місцем вироблення хімотрипсину, а також інших протеаз, інгібіторів ферментів та попередників або цимогенів.

Хімотрипсини - це найбільш вивчені та найкраще характеризуються ферменти не тільки стосовно їх біосинтезу, але й до їх активації зимогену, їх ферментативних властивостей, їх інгібування, їх кінетичних та каталітичних характеристик та загальної структури.

Характеристика та структура

Хімотрипсини - це ендопептидази, тобто це протеази, які гідролізують пептидні зв’язки амінокислот у «внутрішніх» положеннях інших білків; хоча було також показано, що вони можуть гідролізувати складні ефіри, аміди та ариламіди, хоча з меншою селективністю.

Вони мають середню молекулярну масу близько 25 кДа (245 амінокислот) і отримують з попередників, відомих як хімотрипсиногени.

З підшлункової залози великої рогатої худоби було очищено два типи хімотрипсиногенів, A і B. Третя хімотрипсиноген описана в моделі свиней, хімотрипсиноген С. Кожен з цих трьох цимогенів відповідає за вироблення хімотрипсинів A, B. і C відповідно.

Хімотрипсин А складається з трьох поліпептидних ланцюгів, ковалентно пов'язаних один з одним через мости або дисульфідні зв’язки між залишками цистеїну. Однак важливо згадати, що багато авторів вважають його мономерним ферментом (складається з єдиної субодиниці).

Ці ланцюги складають структуру, що має еліпсоїдну форму, в якій групи, які мають електромагнітні заряди, розташовані у напрямку до поверхні (за винятком амінокислот, які беруть участь у каталітичних функціях).

Хімотрипсини, як правило, високо активні при кислих pH, хоча ті, які були описані та очищені від комах та інших нехребетних тварин, стабільні при pH 8-11 та надзвичайно нестабільні при нижчому pH.

Функції хімотрипсину

Коли екзокринна підшлункова залоза стимулюється або гормонами, або електричними імпульсами, цей орган вивільняє секреторні гранули, багаті хімотрипсиногеном, який, потрапляючи в тонкий кишечник, розрізається іншою протеазою між залишками 15 і 16 і потім є " самопереробляється », щоб отримати повністю активний білок.

Можливо, головна функція цього ферменту полягає в узгодженні з іншими протеазами, що виводяться в шлунково-кишкову систему, для перетравлення або деградації білків, які вживаються з їжею.

Продукти зазначеного протеолізу згодом служать джерелом вуглецю та енергії через катаболізм амінокислот, або вони можуть бути «перероблені» безпосередньо для утворення нових клітинних білків, які будуть виконувати багато і різноманітні функції на фізіологічному рівні.

Механізм дії

Хімотрипсини здійснюють свою дію лише після активізації, оскільки вони виробляються у вигляді «попередників» (зимогенів), званих хімотрипсиногенами.

Механізм реакції хімотрипсину (Джерело: Hbf878 через Wikimedia Commons)

Навчання

Зимогени хімотрипсину синтезуються ацинарними клітинами підшлункової залози, після чого вони мігрують з ендоплазматичного ретикулума до комплексу Гольджі, де упаковуються всередині мембранозних комплексів або секреторних гранул.

Ці гранули накопичуються на кінцях ацини і вивільняються у відповідь на гормональні подразники або нервові імпульси.

Активація

Залежно від умов активації можна знайти кілька типів хімотрипсинів, однак усі вони включають протеолітичне "розщеплення" пептидного зв'язку в цимогені, хімотрипсиногені, процес, каталізований ферментом трипсином.

Реакція активації полягає спочатку в розщепленні пептидного зв’язку між амінокислотами 15 і 16 хімотрипсиногену, з яким утворюється π-хімотрипсин, здатний «самоперероблятися» і завершувати активацію автокаталізацією.

Дія останнього ферменту сприяє утворенню наступних пептидів, пов'язаних дисульфідними зв'язками, і вони відомі як ланцюг A (з N-кінцевої області та залишків 1-14), ланцюг B (залишки 16-166) та ланцюг С (С-кінцева область, починаючи з залишку 149).

Частини, що відповідають залишкам 14-15 та 147-148 (два дипептиди), не мають каталітичних функцій і відокремлюються від основної структури.

Каталітична активність

Хімотрипсин відповідає за гідролізацію пептидних зв'язків, переважно атакуючи карбонову частину амінокислот, які мають ароматичні бічні групи, тобто амінокислоти, такі як тирозин, триптофан та фенілаланін.

Серин (Ser 195) в межах активного сайту (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) цього типу ферменту є чи не найважливішим залишком для його функціонування. Механізм реакції такий:

- Хімотрипсин спочатку знаходиться у формі, що не містить субстрату, де каталітична «тріада» складається з бічної карбоксильної групи аспартатного залишку (102), імідазольного кільця залишку гістидину (57) та бічна гідроксильна група серину (195).

- Субстрат відповідає ферменту і зв’язується з ним, утворюючи типовий оборотний фермент-субстратний комплекс (за мікельською моделлю), де каталітична «тріада» полегшує нуклеофільну атаку шляхом активації гідроксильної групи серинового залишку.

- Ключовий момент механізму реакції полягає у формуванні часткового зв’язку, внаслідок чого поляризація гідроксильної групи, достатня для прискорення реакції.

- Після нуклеофільної атаки карбоксильна група стає тетраедричним оксианіонним проміжним продуктом, який стабілізується двома водневими зв’язками, утвореними N та H групами залишку Gly 193 та Ser 195.

- Оксианіон мимовільно «переставляється» і утворюється ферментний проміжний продукт, до якого додається ацильна група (ацильований фермент).

- Реакція триває з надходженням молекули води до активного ділянки - молекули, яка сприяє новій нуклеофільній атаці, в результаті якої утворюється другий тетраедричний проміжний продукт, який також стабілізується водневими зв’язками.

- Реакція закінчується, коли цей другий проміжний продукт переставляє себе знову і утворює фермент-субстрат микаэленового комплексу, де активний сайт ферменту займає продукт, що містить карбоксильну групу.

Список літератури

1. Аппель, В. (1986). Хімотрипсин: молекулярні та каталітичні властивості. Клінічна біохімія, 19 (6), 317-322.
2. Бендер, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Хімотрипсин. CRC критичні огляди з біохімії, 1 (2), 149-199.
3. Удар, ДМ (1971). 6 Структура Хімотрипсину. В ензимах (т. 3, с. 185-212). Академічна преса.
4. Удар, ДМ (1976). Будова та механізм хімотрипсину. Рахунки хімічних досліджень, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Принципи біохімії Ленінгера. Макміллан.
6. Polgár, L. (2013). Каталітичні механізми пептидаз серину та треоніну. У посібнику з протеолітичних ферментів (с. 2524-2534). ТОВ Elsevier
7. Westheimer, FH (1957). Гіпотеза про механізм дії хімотрипсину. Праці Національної академії наук Сполучених Штатів Америки, 43 (11), 969.