HIMOTRIPSIN: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE, MEHANIZEM DELOVANJA - BIOLOGIJA - 2026

Himotripsin je drugi najpogostejši prebavnega beljakovin po trebušna slinavka izloča v tanko črevo. Je encim, ki spada v družino serinskih proteaz in je specializiran za hidrolizo peptidnih vezi med aminokislinami, kot so tirozin, fenilalanin, triptofan, metionin in levcin, ki so prisotni v velikih beljakovinah.

Ime "kimotripsin" dejansko združuje skupino encimov, ki jih proizvaja trebušna slinavka in aktivno sodelujejo pri črevesni prebavi beljakovin pri živalih. Beseda izhaja iz delovanja, podobnega reninu, ki ga ima ta encim na želodčni vsebini ali na „šimenu“.

Struktura kimotripsina (Vir: Uporabnik: Mattyjenjen prek Wikimedia Commons)

Čeprav ni točno znano, kako široka je njihova razširjenost v živalskem kraljestvu, velja, da so ti encimi prisotni vsaj v vseh hordatih in obstajajo poročila o njihovi prisotnosti v "bolj primitivni phyli", kot so členonožci. in enakovrednih.

Pri živalih, ki imajo trebušno slinavko, je ta organ glavno mesto proizvodnje kimotripsina, pa tudi druge proteaze, encimski inhibitorji in predhodniki ali zimogeni.

Himotripsini so najbolj raziskani in najbolje označeni encimi, ne le glede na njihovo biosintezo, temveč tudi zaradi njihove aktivacije iz zimogena, njihovih encimskih lastnosti, inhibicije, njihovih kinetičnih in katalitičnih lastnosti ter njihove splošne strukture.

Značilnosti in struktura

Himotripsini so endopeptidaze, torej so proteaze, ki hidrolizirajo peptidne vezi aminokislin na "notranjih" položajih drugih proteinov; čeprav se je tudi pokazalo, da lahko hidrolizirajo estre, amide in arilamide, čeprav z manj selektivnosti.

Imajo povprečno molekulsko maso približno 25 kDa (245 aminokislin) in nastanejo iz predhodnih sestavin, znanih kot kimotripsinogeni.

Iz trebušne slinavke goveda so očistili dve vrsti kimotripsinogenov, A in B. Tretji kimotripsinogen je bil opisan v modelu prašičev, kimotripsinogen C. Vsak od teh treh zimogenov je odgovoren za proizvodnjo kimotripsinov A, B. in C, oz.

Himotripsin A je sestavljen iz treh polipeptidnih verig, ki so kovalentno povezane med seboj preko mostov ali disulfidnih vezi med ostanki cisteina. Pomembno pa je omeniti, da ga mnogi avtorji menijo za monomerni encim (sestavljen iz ene same podenote).

Te verige sestavljajo strukturo z elipsoidno obliko, v kateri so skupine, ki imajo elektromagnetne naboje, nameščene proti površini (razen aminokislin, ki sodelujejo v katalitičnih funkcijah).

Kimotripsini so na splošno zelo aktivni pri kislih pH, ​​čeprav so tisti, ki so bili opisani in očiščeni od žuželk in drugih nevretenčarjev, stabilni pri pH 8-11 in izredno nestabilni pri nižjih pH.

Funkcije kimotripsina

Ko se zunanji trebušni slinavki stimulirajo bodisi s hormoni bodisi z električnimi impulzi, ta organ sprosti sekretorne granule, bogate s kimotripsinogenom, ki se, ko doseže tanko črevo, razreže z drugo proteazo med ostanki 15 in 16 in se nato " samo-predelana ", da dobimo popolnoma aktivni protein.

Morda je glavna funkcija tega encima, da deluje skupaj z drugimi proteazami, ki se izločajo v prebavni sistem, za prebavo ali razgradnjo beljakovin, zaužitih s hrano.

Produkti omenjene proteolize posledično služijo kot vir ogljika in energije s pomočjo katabolizma aminokislin ali pa jih je mogoče "reciklirati" neposredno za tvorbo novih celičnih beljakovin, ki bodo na fiziološki ravni izvajale več in raznolike funkcije.

Mehanizem delovanja

Himotripsini izvajajo svoje delovanje šele po aktiviranju, saj nastajajo v obliki "predhodnika" (zimogenih), ki se imenujejo kimotripsinogeni.

Mehanizem reakcije kimotripsina (Vir: Hbf878 prek Wikimedia Commons)

Usposabljanje

Kimotripsin zimogeni sintetizirajo akinarne celice trebušne slinavke, nato pa se selijo iz endoplazemskega retikuluma v kompleks Golgi, kjer se pakirajo znotraj membranskih kompleksov ali sekretornih granul.

Te granule se kopičijo na koncih akinijev in se sprostijo kot odgovor na hormonske dražljaje ali živčne impulze.

Aktivacija

Odvisno od pogojev aktivacije lahko najdemo več vrst kimotripsinov, vendar vsi vključujejo proteolitično "cepitev" peptidne vezi v zimogenu, kimotripsinogenu, ki ga katalizira encim tripsin.

Aktivacijska reakcija se najprej sestoji iz cepitve peptidne vezi med aminokislinama 15 in 16 kimotripsinogena, s katero nastane π-kimotripsin, ki je sposoben „samopredelave“ in dokončanja aktivacije z avtokatalizo.

Delovanje slednjega encima spodbuja nastajanje nadaljnjih peptidov, povezanih z disulfidnimi vezmi, ti pa so znani kot veriga A (iz N-končne regije in ostankov 1-14), veriga B (ostanki 16 do 146) in verigo C (C-terminalno območje, začenši z ostankom 149).

Deli, ki ustrezajo ostankom 14-15 in 147-148 (dva dipeptida), nimata katalitičnih funkcij in so ločeni od glavne strukture.

Katalitična aktivnost

Himotripsin je odgovoren za hidrolizo peptidnih vezi, pretežno napada karboksilni del aminokislin, ki imajo aromatične stranske skupine, torej aminokisline, kot so tirozin, triptofan in fenilalanin.

Serin (Ser 195) znotraj aktivnega mesta (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) te vrste encima je morda najpomembnejši ostanek za njegovo delovanje. Reakcijski mehanizem je naslednji:

- Himotripsin je sprva v obliki "brez substrata", kjer je katalitična "triada" sestavljena iz stranske karboksilne skupine ostanka aspartata (102), imidazolnega obroča ostanka histidina (57) in stranska hidroksilna skupina serina (195).

- Substrat izpolnjuje encim in se nanj veže, da tvori tipičen reverzibilni encimsko-substratni kompleks (po mikelijskem modelu), kjer katalitična "triada" olajša nukleofilni napad z aktiviranjem hidroksilne skupine serinskega ostanka.

- Ključna točka reakcijskega mehanizma je tvorba delne vezi, kar ima za posledico polarizacijo hidroksilne skupine, ki zadostuje za pospešitev reakcije.

- Po nukleofilnem napadu karboksilna skupina postane tetraedrski oksianionski intermediat, ki se stabilizira z dvema vodikovima vezema, tvorjenima N in H skupinama ostankov Gly 193 in Ser 195.

- oksianion se spontano "preuredi" in tvori se encimski intermediat, ki mu je bila dodana acilna skupina (acilirani encim).

- Reakcija se nadaljuje z vstopom molekule vode na aktivno mesto, molekule, ki spodbuja nov nukleofilni napad, ki povzroči nastanek drugega tetraedrskega vmesnega materiala, ki je prav tako stabiliziran z vodikovimi vezmi.

- Reakcija se konča, ko se ta drugi vmesni spoj znova preuredi in ponovno tvori micelijski kompleks encima-substrat, kjer aktivno mesto encima zasede proizvod, ki vsebuje karboksilno skupino.

Reference

1. Appel, W. (1986). Himotripsin: molekularne in katalitične lastnosti. Klinična biokemija, 19 (6), 317–322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Himotripsin. CRC kritični pregledi v biokemiji, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 Struktura kimotripsina. V encimih (Vol. 3, str. 185-212). Akademski tisk.
4. Blow, DM (1976). Struktura in mehanizem kimotripsina. Računi kemijskih raziskav, 9 (4), 145–152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Katalitični mehanizmi serinskih in treoninskih peptidaz. V Priročniku proteolitičnih encimov (str. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Hipoteza o mehanizmu delovanja kimotripsina. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike, 43 (11), 969.