HIMOTRIPSĪNS: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, DARBĪBAS MEHĀNISMS - BIOLOĢIJA - 2025

Chymotrypsin ir otrs apjomīgākais gremošanas proteīns, ko izdala aizkuņģa dziedzeris tievajās zarnās. Tas ir ferīns, kas pieder serīna proteāžu saimei un specializējas peptīdu saišu hidrolīzē starp aminoskābēm, piemēram, tirozīnu, fenilalanīnu, triptofānu, metionīnu un leicīnu, kas atrodas lielos proteīnos.

Nosaukums "himotripsīns" faktiski apvieno enzīmu grupu, ko ražo aizkuņģa dziedzeris un aktīvi piedalās olbaltumvielu gremošanā dzīvniekiem. Vārds cēlies no renīnam līdzīgās iedarbības, kāda šim fermentam ir uz kuņģa saturu vai “chyme”.

Himotripsīna struktūra (Avots: Lietotājs: Mattyjenjen caur Wikimedia Commons)

Lai arī nav precīzi zināms, cik plašs ir to sadalījums dzīvnieku valstībā, tiek uzskatīts, ka šie fermenti ir sastopami vismaz visos horostatos, un ir ziņojumi par to klātbūtni "primitīvākā fila", piemēram, posmkājiem. un coelenterates.

Dzīvniekiem, kuriem ir aizkuņģa dziedzeris, šis orgāns ir galvenā himotripsīna ražošanas vieta, kā arī citas proteāzes, fermentu inhibitori un prekursori vai zimogēni.

Himotripsīni ir visvairāk izpētītie un vislabāk raksturotie enzīmi ne tikai saistībā ar to biosintēzi, bet arī ar to aktivizēšanu no zimogēna, to fermentatīvajām īpašībām, inhibīcijām, kinētiskajām un katalītiskajām īpašībām un vispārējo struktūru.

Raksturojums un uzbūve

Himotripsīni ir endopeptidāzes, tas ir, tie ir proteāzes, kas hidrolizē aminoskābju peptīdu saites citu proteīnu "iekšējās" pozīcijās; lai gan ir arī pierādīts, ka tie var hidrolizēt esterus, amīdus un arilamīdus, kaut arī ar mazāku selektivitāti.

Viņu vidējā molekulmasa ir aptuveni 25 kDa (245 aminoskābes), un tos ražo no prekursoriem, kas pazīstami kā himotripsinogēni.

No liellopu aizkuņģa dziedzera ir attīrīti 2 veidu himotripsinogēni - A un B. Cūku modelī tika aprakstīts trešais himotripsinogēns - himotripsinogēns C. Katrs no šiem trim zimogēniem ir atbildīgs par himotripsīnu A, B ražošanu. un C, attiecīgi.

Himotripsīns A sastāv no trim polipeptīdu ķēdēm, kas ir kovalenti savienotas viena ar otru caur tiltiem vai disulfīdu saitēm starp cisteīna atlikumiem. Tomēr ir svarīgi pieminēt, ka daudzi autori to uzskata par monomēru enzīmu (kas sastāv no vienas apakšvienības).

Šīs ķēdes veido elipsoīda formas struktūru, kurā grupas, kurām ir elektromagnētiski lādiņi, atrodas virsmas virzienā (izņemot aminoskābes, kas piedalās katalītiskajās funkcijās).

Himotripsīni parasti ir ļoti aktīvi skābā pH, lai arī aprakstīti un attīrīti no kukaiņiem un citiem mugurkaulniekiem, kas nav aprakstīti mugurā, ir stabili pH 8-11 un ārkārtīgi nestabili zemākā pH.

Himotripsīna funkcijas

Kad eksokrīno aizkuņģa dziedzeri stimulē vai nu hormoni, vai elektriski impulsi, šis orgāns izdala sekrēcijas granulas, kas ir bagātas ar himotripsinogēniem, kuras, nonākot tievajās zarnās, sadala cita proteāze starp 15. un 16. atlikumu un pēc tam ir " pašapstrādāts ”, lai iegūtu pilnībā aktīvu olbaltumvielu.

Iespējams, ka šī fermenta galvenā funkcija ir rīkoties saskaņoti ar citiem proteīniem, kas izdalās kuņģa-zarnu trakta sistēmā, lai sagremotu vai noārdītu olbaltumvielas, ko patērē kopā ar pārtiku.

Minētās proteolīzes produkti pēc tam kalpo kā oglekļa un enerģijas avots caur aminoskābju katabolismu, vai arī tos var tieši "pārstrādāt" jaunu šūnu proteīnu veidošanai, kas fizioloģiskā līmenī veiks vairākas un dažādas funkcijas.

Darbības mehānisms

Himotripsīni iedarbojas tikai pēc aktivizēšanas, jo tos ražo kā "prekursoru" formas (zimogēnus), ko sauc par himotripsinogēniem.

Himotripsīna reakcijas mehānisms (Avots: Hbf878, izmantojot Wikimedia Commons)

Apmācība

Himotripsīna zimogēnus sintezē aizkuņģa dziedzera acinārās šūnas, pēc tam tie migrē no endoplazmatiskā retikulāra uz Golgi kompleksu, kur tie tiek iesaiņoti membrānos kompleksos vai sekrēcijas granulās.

Šīs granulas uzkrājas acini galos un tiek atbrīvotas, reaģējot uz hormonālajiem stimuliem vai nervu impulsiem.

Aktivizēšana

Atkarībā no aktivizācijas apstākļiem var atrast vairākus himotripsīnu veidus, tomēr tie visi ir saistīti ar proteolītisko “šķelšanu” peptīdu saitē zimogēnā - himotripsinogēnā - procesu, ko katalizē enzīms tripsīns.

Aktivizācijas reakcija sākotnēji sastāv no peptīdu saites šķelšanas starp himotripsinogēna 15. un 16. aminoskābi, ar kurām veidojas π-himotripsīns, kas spēj “pašapstrādāties” un pabeigt aktivizēšanu ar autokatalīzi.

Pēdējā enzīma darbība veicina turpmāku peptīdu veidošanos, kas saistīti ar disulfīdu saitēm, un tos sauc par ķēdi A (no N-gala reģiona un atlikumiem 1-14), ķēdi B (atlikumi no 16 līdz 146) un C ķēde (C-gala reģions, sākot ar atlikumu 149).

Porcijām, kas atbilst atlikumiem 14-15 un 147-148 (divi dipeptīdi), nav katalītiskas funkcijas un tās ir atdalītas no galvenās struktūras.

Katalītiskā aktivitāte

Himotripsīns ir atbildīgs par peptīdu saišu hidrolizēšanu, pārsvarā uzbrūkot aminoskābju karboksildaļai, kurai ir aromātiskas sānu grupas, tas ir, aminoskābes, piemēram, tirozīns, triptofāns un fenilalanīns.

Šī veida fermenta aktīvajā vietā (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) esošais serīns (Ser 195), iespējams, ir vissvarīgākais atlikums tā darbībai. Reakcijas mehānisms ir šāds:

- Himotripsīns sākotnēji ir “bez substrātiem” formā, kur katalītiskā “triāde” sastāv no aspartāta atlikuma (102) sānu karboksilgrupas, histidīna atlikuma (57) imidazola gredzena un serīna sānu hidroksilgrupa (195).

- Substrāts sakrīt ar enzīmu un saistās ar to, veidojot tipisku atgriezeniska enzīma-substrāta kompleksu (saskaņā ar Mycaelian modeli), kur katalītiskā “triāde” atvieglo nukleofīlijas uzbrukumu, aktivizējot serīna atlikuma hidroksilgrupu.

- Reakcijas mehānisma galveno punktu veido daļējas saites veidošanās, kuras rezultātā rodas hidroksilgrupas polarizācija, kas ir pietiekama reakcijas paātrināšanai.

- Pēc nukleofīlijas uzbrukuma karboksilgrupa kļūst par tetraedrisku oksianiona starpproduktu, kuru stabilizē divas ūdeņraža saites, kuras veido Gly 193 un Ser 195 atlikumu N un H grupas.

- Oksianjons spontāni "pārkārtojas" un veido fermenta starpproduktu, kam pievienota acilgrupa (acilēts enzīms).

- Reakcija turpinās ar ūdens molekulas ienākšanu aktīvajā vietā - molekulā, kas veicina jaunu nukleofīlo uzbrukumu, kā rezultātā veidojas otrs tetraedrisks starpprodukts, kuru arī stabilizē ūdeņraža saites.

- Reakcija beidzas, kad šis otrais starpprodukts atkal pārkārtojas un atkal veido enzīma-substrāta mikāēlijas kompleksu, kur fermenta aktīvo vietu aizņem produkts, kas satur karboksilgrupu.

Atsauces

1. Appel, W. (1986). Himotripsīns: molekulārās un katalītiskās īpašības. Klīniskā bioķīmija, 19 (6), 317-322.
2. Benders, ML, Kīlfērs, JV, un Koens, S. (1973). Himotripsīns. CRC kritiski pārskati bioķīmijā, 1 (2), 149–199.
3. Blow, DM (1971). 6 Himotripsīna struktūra. In Enzīmi (3. sēj., 185.-212. Lpp.). Akadēmiskā prese.
4. Blow, DM (1976). Himotripsīna struktūra un mehānisms. Ķīmisko pētījumu pārskati, 9. (4), 145. – 152.
5. Nelsons, DL, Lehingers, AL, & Cox, MM (2008). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.
6. Polgārs, L. (2013). Serīna un treonīna peptidāžu katalītiskie mehānismi. Proteolītisko enzīmu rokasgrāmatā (2524.-2534. Lpp.). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Hipotēze par himotripsīna darbības mehānismu. Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti, 43 (11), 969.