ХИМОТРИПСИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, МЕХАНИЗЪМ НА ДЕЙСТВИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В химотрипсин е вторият най-често срещан храносмилателната протеин, секретиран от панкреаса в тънките черва. Това е ензим, принадлежащ към семейството на серинови протеази и е специализиран в хидролизата на пептидни връзки между аминокиселини като тирозин, фенилаланин, триптофан, метионин и левцин, присъстващи в големи протеини.

Името „химотрипсин“ всъщност обединява група ензими, които се произвеждат от панкреаса и които активно участват в чревното храносмилане на протеини при животни. Думата произлиза от действието, подобно на ренин, което този ензим оказва върху стомашното съдържание или „химуса“.

Химотрипсинова структура (Източник: Потребител: Mattyjenjen чрез Wikimedia Commons)

Въпреки че не е известно колко широко е разпространението им в животинското царство, счита се, че тези ензими присъстват поне във всички хордати и има съобщения за тяхното присъствие в „по-примитивна фила“ като членестоноги. и тази на коелентератите.

При тези животни, които имат панкреас, този орган е основното място на производството на химотрипсин, както и други протеази, ензимни инхибитори и прекурсори или цимогени.

Химотрипсините са най-изследваните и най-добре характеризираните ензими не само във връзка с тяхната биосинтеза, но и с активирането им от зимоген, техните ензимни свойства, инхибиране, техните кинетични и каталитични характеристики и общата им структура.

Характеристики и структура

Химотрипсините са ендопептидази, тоест те са протеази, които хидролизират пептидните връзки на аминокиселини във "вътрешни" позиции на други протеини; въпреки че е доказано също, че те могат да хидролизират естери, амиди и ариламиди, макар и с по-малка селективност.

Те имат средно молекулно тегло около 25 kDa (245 аминокиселини) и се произвеждат от прекурсори, известни като химотрипсиногени.

От панкреаса на животни от рода на едрия рогат добитък са пречистени 2 вида химотрипсиногени, А и Б. В модела на свинете е описан трети химотрипсиноген, химотрипсиноген С. Всеки от тези три цимогена е отговорен за производството на химотрипсини А, В и С, съответно.

Химотрипсин А е изграден от три полипептидни вериги, които са ковалентно свързани помежду си чрез мостове или дисулфидни връзки между цистеиновите остатъци. Важно е да се спомене обаче, че много автори го смятат за мономерен ензим (съставен от една единствена субединица).

Тези вериги съставят структура, която има елипсоидна форма, в която групите, които имат електромагнитни заряди, са разположени към повърхността (с изключение на аминокиселините, които участват в каталитични функции).

Химотрипсините обикновено са високо активни при киселинно рН, въпреки че тези, които са описани и пречистени от насекоми и други безгръбначни животни, са стабилни при рН 8-11 и силно нестабилни при по-ниско рН.

Химотрипсинови функции

Когато екзокринният панкреас се стимулира или чрез хормони, или чрез електрически импулси, този орган отделя секреторни гранули, богати на химотрипсиноген, който след като стигне до тънките черва, се отрязва от друга протеаза между остатъците 15 и 16 и след това е " самообработен “, за да се получи напълно активен протеин.

Може би основната функция на този ензим е да действа съвместно с другите протеази, отделяни в стомашно-чревната система за храносмилането или разграждането на протеини, консумирани с храната.

Продуктите на споменатата протеолиза впоследствие служат като източник на въглерод и енергия чрез катаболизма на аминокиселините или те могат да бъдат "рециклирани" директно за образуването на нови клетъчни протеини, които ще упражняват множество и разнообразни функции на физиологично ниво.

Механизъм на действие

Химотрипсините упражняват действията си само след активиране, тъй като те се получават като "предшественици" форми (зимогени), наречени химотрипсиногени.

Механизъм за реакция на химотрипсин (Източник: Hbf878 чрез Wikimedia Commons)

обучение

Зимогените на химотрипсина се синтезират от ацинарните клетки на панкреаса, след което те мигрират от ендоплазмения ретикулум в комплекса на Голджи, където се пакетират в мембранозни комплекси или секреторни гранули.

Тези гранули се натрупват в краищата на ацините и се освобождават в отговор на хормонални стимули или нервни импулси.

активиране

В зависимост от условията на активиране, могат да бъдат намерени няколко вида химотрипсини, но всички те включват протеолитичното "разцепване" на пептидна връзка в цимогена, химотрипсиногена, процес, катализиран от ензима трипсин.

Активиращата реакция първоначално се състои в разцепване на пептидната връзка между аминокиселини 15 и 16 химотрипсиноген, с която се образува π-химотрипсин, способен да „самообработва“ и завършва активирането чрез автокатализа.

Действието на последния ензим насърчава образуването на последващи пептиди, свързани чрез дисулфидни връзки и те са известни като верига А (от N-крайния регион и остатъци 1-14), верига В (остатъци от 16 до 146) и веригата С (С-краен участък, започващ с остатък 149).

Частите, съответстващи на остатъци 14-15 и 147-148 (два дипептида) нямат каталитични функции и са отделени от основната структура.

Каталитична активност

Химотрипсинът е отговорен за хидролиза на пептидни връзки, като предимно атакува карбоксилната част на аминокиселини, които имат ароматни странични групи, тоест аминокиселини като тирозин, триптофан и фенилаланин.

Серин (Ser 195) в активното място (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) на този вид ензим е може би най-същественият остатък за неговото функциониране. Реакционният механизъм е както следва:

- Химотрипсинът първоначално е в „без субстрат“ форма, където каталитичната „триада“ се състои от страничната карбоксилна група на аспартатния остатък (102), имидазоловия пръстен на хистидиновия остатък (57) и странична хидроксилна група на серин (195).

- Субстратът отговаря на ензима и се свързва с него, за да образува типичен обратим ензимно-субстратен комплекс (според микееловия модел), където каталитичната "триада" улеснява нуклеофилната атака чрез активиране на хидроксилната група на сериновия остатък.

- Ключовият момент на реакционния механизъм се състои в образуването на частична връзка, което води до поляризация на хидроксилната група, която е достатъчна за ускоряване на реакцията.

- След нуклеофилна атака карбоксилната група се превръща в тетраедричен оксианионен междинен продукт, който се стабилизира от две водородни връзки, образувани от N и H групите на остатъка от Gly 193 и Ser 195.

- Оксианионът спонтанно се пренарежда и се образува ензимно междинно съединение, към което е добавена ацилова група (ацилиран ензим).

- Реакцията продължава с навлизането на водна молекула в активното място, молекула, която насърчава нова нуклеофилна атака, която води до образуването на втори тетраедричен междинен продукт, който също се стабилизира от водородни връзки.

- Реакцията приключва, когато този втори междинен продукт се пренарежда отново и образува отново ензим-субстрат микаелен комплекс, където активното място на ензима се заема от продукта, който съдържа карбоксилната група.

Препратки

1. Appel, W. (1986). Химотрипсин: молекулни и каталитични свойства. Клинична биохимия, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Химотрипсина. CRC критични прегледи в биохимията, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 Структурата на химотрипсина. В ензимите (том 3, стр. 185-212). Академична преса.
4. Blow, DM (1976). Структура и механизъм на химотрипсина. Сметки за химични изследвания, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Принципите на Ленингер в биохимията. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Каталитични механизми на серинови и треонинови пептидази. В Наръчник за протеолитични ензими (стр. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Хипотеза за механизма на действие на химотрипсина. Proceedings of the National Academy of Sciences на Съединените американски щати, 43 (11), 969.