CHYMOTRYPSIN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER, VERKNINGSMEKANISM - BIOLOGI - 2025

Den chymotrypsin är den näst mest förekommande matsmältnings protein som utsöndras av bukspottkörteln i tunntarmen. Det är ett enzym som tillhör serinproteaser-familjen och det är specialiserat på hydrolys av peptidbindningar mellan aminosyror som tyrosin, fenylalanin, tryptofan, metionin och leucin som finns i stora proteiner.

Namnet "chymotrypsin" samlar faktiskt en grupp enzymer som produceras av bukspottkörteln och som aktivt deltar i tarmens matsmältning av proteiner i djur. Ordet härrör från den reninliknande verkan som detta enzym har på maginnehållet eller ”chymet”.

Chymotrypsin-struktur (Källa: Användare: Mattyjenjen via Wikimedia Commons)

Även om det inte är känt exakt hur bred deras distribution är i djurriket, anses det att dessa enzymer finns åtminstone i alla kordater och det finns rapporter om deras närvaro i "mer primitiv phyla" såsom leddjur. och det hos coelenteraten.

Hos de djur som har en bukspottkörtel är detta organ huvudsidan för produktion av chymotrypsin, liksom andra proteaser, enzymhämmare och föregångare eller zymogener.

Chymotrypsins är de mest studerade och bäst karakteriserade enzymerna, inte bara i förhållande till deras biosyntes, utan också till deras aktivering från zymogen, deras enzymatiska egenskaper, deras hämning, deras kinetiska och katalytiska egenskaper och deras allmänna struktur.

Egenskaper och struktur

Chymotrypsiner är endopeptidaser, det vill säga de är proteaser som hydrolyserar peptidbindningar av aminosyror i "inre" positioner av andra proteiner; även om det också har visats att de kan hydrolysera estrar, amider och arylamider, även om de har mindre selektivitet.

De har en genomsnittlig molekylvikt på cirka 25 kDa (245 aminosyror) och produceras från prekursorer kända som chymotrypsinogener.

Två typer av chymotrypsinogener, A och B, har renats från bukspottkörteln hos nötkreatur. En tredje chymotrypsinogen beskrivs i svinmodellen, chymotrypsinogen C. Var och en av dessa tre zymogener är ansvariga för produktionen av chymotrypsiner A, B. respektive C.

Chymotrypsin A består av tre polypeptidkedjor som är kovalent kopplade till varandra genom broar eller disulfidbindningar mellan cysteinrester. Det är emellertid viktigt att nämna att många författare anser att det är ett monomert enzym (sammansatt av en enda underenhet).

Dessa kedjor utgör en struktur som har en ellipsoidform, i vilken grupperna som har elektromagnetiska laddningar är belägna mot ytan (med undantag av aminosyrorna som deltar i katalytiska funktioner).

Chymotrypsiner är i allmänhet mycket aktiva vid sura pH, även om de som har beskrivits och renats från insekter och andra icke-ryggradsdjur är stabila vid pH 8-11 och extremt instabila vid lägre pH.

Chymotrypsin-funktioner

När den exokrina bukspottkörteln stimuleras, antingen med hormoner eller med elektriska impulser, frigör detta organ sekretoriska granuler rika på chymotrypsinogen, som, när den når tunntarmen, skärs av ett annat proteas mellan resterna 15 och 16 och sedan är " självbearbetad ”för att ge ett helt aktivt protein.

Det kanske som huvudsakliga funktionen hos detta enzym är att verka i samverkan med de andra proteaserna som utsöndras i mag-tarmsystemet för matsmältning eller nedbrytning av proteiner.

Produkterna från nämnda proteolys tjänar därefter som en källa för kol och energi genom katabolismen av aminosyror eller de kan "återvinnas" direkt för bildning av nya cellulära proteiner som kommer att utöva flera och varierande funktioner på fysiologisk nivå.

Handlingsmekanism

Chymotrypsins utövar sina handlingar först efter att de har aktiverats, eftersom de produceras som "prekursor" -former (zymogener) som kallas chymotrypsinogener.

Chymotrypsin-reaktionsmekanism (Källa: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Träning

Chymotrypsin zymogener syntetiseras av bukspottkörtelns acinarceller, varefter de migrerar från endoplasmatisk retikulum till Golgi-komplexet, där de förpackas i membrankomplex eller sekretionsgranulat.

Dessa granuler ackumuleras vid ändarna av acini och frigörs som svar på hormonstimuli eller nervimpulser.

Aktivering

Beroende på aktiveringsbetingelserna kan flera typer av chymotrypsiner hittas, men alla involverar den proteolytiska "klyvningen" av en peptidbindning i zymogenen, chymotrypsinogen, en process katalyserad av enzymet trypsin.

Aktiveringsreaktionen består initialt av klyvningen av peptidbindningen mellan aminosyror 15 och 16 av chymotrypsinogen, med vilken π-chymotrypsin bildas, kapabel att "självbearbeta" och fullborda aktiveringen genom autokatalys.

Verkan av det senare enzymet främjar bildningen av efterföljande peptider kopplade med disulfidbindningar och dessa är kända som kedja A (från den N-terminala regionen och resterna 1-14), kedja B (resterna 16 till 146) och C-kedjan (C-terminal region, börjar med rest 149).

De delar som motsvarar resterna 14-15 och 147-148 (två dipeptider) har inte katalytiska funktioner och är lossade från huvudstrukturen.

Katalytisk aktivitet

Chymotrypsin ansvarar för hydrolysering av peptidbindningar och övervägande överfaller den karboxyliska delen av aminosyror som har aromatiska sidogrupper, det vill säga aminosyror såsom tyrosin, tryptofan och fenylalanin.

En serin (Ser 195) inom den aktiva platsen (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) av denna typ av enzym är kanske den mest väsentliga återstoden för dess funktion. Reaktionsmekanismen är som följer:

- Chymotrypsin är initialt i en "substratfri" form, där den katalytiska "triaden" består av sidokarboxylgruppen i en aspartatrest (102), imidazolringen i en histidinrest (57) och sidhydroxylgrupp av en serin (195).

- Substratet möter enzymet och binder till det för att bilda ett typiskt reversibelt enzym-substratkomplex (enligt den mycaeliska modellen), där den katalytiska "triaden" underlättar nukleofil attack genom att aktivera hydroxylgruppen i serinresten.

- Nyckelpunkten för reaktionsmekanismen består i bildandet av en partiell bindning, vilket resulterar i polarisering av hydroxylgruppen, som är tillräcklig för att påskynda reaktionen.

- Efter nukleofil attack blir karboxylgruppen en tetraedrisk oxyanion-mellanprodukt, som stabiliseras av två vätebindningar bildade av N- och H-grupperna i återstoden av Gly 193 och Ser 195.

- Oxyanionen "omarrangerar" spontant och bildar ett enzymmellanprodukt till vilket en acylgrupp (acylerat enzym) har lagts till.

- Reaktionen fortsätter med inträde av en vattenmolekyl till det aktiva stället, en molekyl som främjar en ny nukleofil attack som resulterar i bildandet av en andra tetraedral mellanprodukt som också stabiliseras av vätebindningar.

- Reaktionen avslutas när denna andra mellanliggande ordnar om igen och bildar enzymsubstrat-glimmerkomplex igen, där det aktiva stället för enzymet upptas av produkten som innehåller karboxylgruppen.

referenser

1. Appel, W. (1986). Chymotrypsin: molekylära och katalytiska egenskaper. Clinical biochemistry, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Chymotrypsin. CRC kritiska recensioner i biokemi, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 Chymotrypsins struktur. I enzymerna (Vol. 3, sid 185-212). Academic Press.
4. Blow, DM (1976). Struktur och mekanism för chymotrypsin. Räkenskaper om kemisk forskning, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Katalytiska mekanismer för serin- och treoninpeptidaser. I Handbook of Proteolytic Enzymes (s. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Hypotes för verkningsmekanismen för chymotrypsin. Förfaranden från National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (11), 969.