Chymotrypsin הוא חלבון העיכול בשפע השני הכי המופרש מהלבלב למעי הדק. זהו אנזים השייך למשפחת הפרוטאזים הסריניים ומתמחה בהידרוליזה של קשרי פפטיד בין חומצות אמינו כמו טירוזין, פנילאלנין, טריפטופן, מתיונין ולוצין המצויים בחלבונים גדולים.
השם "צ'ימוטריפסין" מפגיש למעשה קבוצת אנזימים המיוצרים על ידי הלבלב ומשתתפים באופן פעיל בעיכול המעיים של חלבונים בבעלי חיים. המילה נובעת מהפעולה הדומה לרנין שיש לאנזים זה על תכולת הקיבה או ה"כיאמה ".
מבנה Chymotrypsin (מקור: משתמש: Mattyjenjen באמצעות ויקימדיה Commons)
למרות שלא ידוע בדיוק עד כמה רחוק תפוצתם בממלכת החיות, זה נחשב כי אנזימים אלה קיימים לפחות בכל האקורדים ויש דיווחים על הימצאותם ב"פילה פרימיטיבית יותר "כמו פרוקי רגליים. וזה של coelenterates.
אצל בעלי חיים שיש להם לבלב, איבר זה הוא האתר העיקרי בייצור chymotrypsin, כמו גם פרוטאזות אחרות, מעכבי אנזימים, ומבשרים או זימוגנים.
צ'ימוטריפסינים הם האנזימים הנחקרים והמאופיינים ביותר, לא רק ביחס לביוסינתזה שלהם, אלא גם עם הפעלתם מזימוגן, תכונותיהם האנזימטיות, עיכובם, תכונותיהם הקינטיות והקטליטיות והמבנה הכללי שלהם.
מאפיינים ומבנה
Chymotrypsins הם אנדופפטידים, כלומר הם פרוטאזים שממגבילים את קשרי הפפטיד של חומצות אמינו בתנוחות "פנימיות" של חלבונים אחרים; אף שהוכח כי הם יכולים להידרז אסתרים, amides ו- arylamides, אם כי עם פחות סלקטיביות.
יש להם משקל מולקולרי ממוצע של כ- 25 kDa (245 חומצות אמינו) ומופקים מקדימים המכונים צ'ימוטריפסינוגנים.
מהלבלב של בעלי חיים מעוברים, טוהרו 2 סוגים של צ'ימוטריפסינוגנים, A ו- B. במודל החזירית תואר צ'ימוטריפסינוגן שלישי, צ'ימוטריפסינוגן C. כל אחד משלושת הזימוגנים הללו אחראי על ייצור צ'ימוטריפסינים A, B ו- C בהתאמה.
Chymotrypsin A מורכב משלוש שרשראות פוליפפטיד המקושרות זה לזה דרך גשרים או קשרי דיסולפיד בין שאריות ציסטאין. עם זאת, חשוב להזכיר כי סופרים רבים רואים בכך אנזים מונומרי (המורכב מיחידה תת יחידה).
שרשראות אלה מרכיבות מבנה בעל צורה אליפסואידית, בהן הקבוצות שיש להן מטענים אלקטרומגנטיים ממוקמות אל פני השטח (למעט חומצות האמינו המשתתפות בפונקציות קטליטיות).
Chymotrypsins הם בדרך כלל פעילים מאוד ב- pH חומצי, אם כי אלה שתוארו וטוהרו מחרקים ובעלי חיים אחרים שאינם בעלי חוליות הם יציבים ב- pH 8-11 ואינם יציבים ביותר ב- pH נמוך.
פונקציות צ'ימוטריפסין
כאשר מגרים את הלבלב האקסוקריני, בין אם על ידי הורמונים או באמצעות דחפים חשמליים, איבר זה משחרר גרגרי הפרשה העשירים בצ'ימוטריפסינוגן, אשר ברגע שהוא מגיע למעי הדק נחתך על ידי פרוטאז אחר בין שאריות 15 ו -16 ואז הוא " מעובד עצמי "כדי להניב חלבון פעיל לחלוטין.
יתכן שתפקידו העיקרי של אנזים זה הוא לפעול בשיתוף עם שאר הפרוטאזים המופרשים במערכת העיכול לצורך עיכול או השפלה של חלבונים הנצרכים באוכל.
תוצרי הפרוטאוליזה האמורה משמשים לאחר מכן כמקור לפחמן ואנרגיה באמצעות קטבוליזם של חומצות אמינו, או שניתן יהיה למחזר אותם ישירות ליצירת חלבונים תאיים חדשים אשר יפעילו פונקציות מרובות ומגוונות ברמה הפיזיולוגית.
מנגנון פעולה
צ'ימוטריפסינים מפעילים את פעולותיהם רק לאחר הפעלתם, מכיוון שאלו מיוצרים כצורות "מבשר" (זימוגנים) הנקראים צ'ימוטריפסינוגנים.
מנגנון התגובה של צ'ימוטריפסין (מקור: Hbf878 דרך ויקימדיה Commons)
הַדְרָכָה
זימוגנים של צ'ימוטריפסין מסונתזים על ידי תאי האקינר של הלבלב, לאחר מכן הם נודדים מהרטיקולום האנדופלמסי למתחם גולגי, שם הם נארזים בתוך קומפלקסים ממברניים או גרגירי הפרשה.
גרגירים אלה מצטברים בקצות האסיני ומשתחררים כתגובה לגירויים הורמונליים או דחפים עצביים.
הַפעָלָה
בהתאם לתנאי ההפעלה, ניתן למצוא מספר סוגים של צ'ימוטריפסינים, אולם כולם כוללים את "המחשוף" הפרוטאוליטי של קשר פפטיד בזימוגן, הצ'ימוטריפסינוגן, תהליך שמסולל על ידי האנזים טריפסין.
תגובת ההפעלה מורכבת בתחילה מהסתימה של קשר הפפטיד בין חומצות אמינו 15 ו -16 של צ'ימוטריפסינוגן, איתו נוצר π-שימוטריפסין, המסוגל "לעבד את עצמו" ולהשלים את ההפעלה באמצעות autocatalysis.
פעולת האנזים האחרון מקדמת היווצרות של פפטידים עוקבים המקושרים על ידי קשרי דיסולפיד ואלו ידועים כשרשרת A (מאזור ה- N והטרמינל ומשקעים 1-14), שרשרת B (שאריות 16 עד 146) ו שרשרת C (אזור מסוף C, החל משאריות 149).
המנות המתאימות לשאריות 14-15 ו- 147-148 (שתי דיפפטידים) אינן בעלות פונקציות קטליטיות ומנותקות מהמבנה העיקרי.
פעילות קטליטית
Chymotrypsin אחראי על הידרוליזציה של קשרי פפטיד, ותוקף בעיקר את החלק הקרבוקסילי של חומצות אמינו שיש קבוצות צד ארומטיות, כלומר חומצות אמינו כמו טירוזין, טריפטופן ופנילאלנין.
סרין (Ser 195) באתר הפעיל (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) מסוג זה של אנזים הוא אולי המשקע החיוני ביותר לתפקודו. מנגנון התגובה הוא כדלקמן:
- צ'ימוטריפסין נמצא בתחילה בצורה "נטולת מצע", שם ה"טריאד "הקטליטי מורכב מקבוצת הקרבוקסיל הצדדית של שארית אספרטט (102), טבעת האמידזול של שארית היסטידין (57) והטבעת קבוצת הידרוקסיל צדדית של סרין (195).
- המצע פוגש את האנזים ונקשר אליו ויוצר קומפלקס אנזים-מצע הפיך טיפוסי (על פי המודל המיקאלי), שם ה"טריאד "הקטליטי מאפשר התקפה נוקלאופילית על ידי הפעלת קבוצת ההידרוקסיל של שאריות הסרין.
- נקודת המפתח של מנגנון התגובה מורכבת ביצירת קשר חלקי, המביא לקיטוב של קבוצת ההידרוקסיל, המספיקה בכדי להאיץ את התגובה.
- לאחר התקפה נוקלאופילית, קבוצת הקרבוקסיל הופכת לחומר ביניים אוקסיאניון טטרהדרלי, המייצב על ידי שני קשרי מימן הנוצרים על ידי קבוצות N ו- H של שאריות Gly 193 ו- Ser 195.
- האוקיאניון "מסדר מחדש" באופן ספונטני ויוצר מתווך אנזים אליו נוספה קבוצה של acyl (אנזים מצומם).
- התגובה נמשכת עם כניסת מולקולת מים לאתר הפעיל, מולקולה המקדמת התקף נוקלאופילי חדש שמביא להיווצרות של אמצע ביניים טטרהדרלי שני, שגם הוא מיוצב על ידי קשרי מימן.
- התגובה מסתיימת כאשר ביניים שני זה מסדר מחדש שוב ויוצר שוב את מתחם המיקלים האנזים-מצע, שם האתר הפעיל של האנזים תפוס על ידי המוצר המכיל את קבוצת הקרבוקסיל.
הפניות
- אפל, וו. (1986). Chymotrypsin: תכונות מולקולריות וקטליטיות. ביוכימיה קלינית, 19 (6), 317-322.
- בנדר, מ.ל., קילפהפר, ג'יי.וי וכהן, ש '(1973). צ'ימוטריפסין. ביקורות קריטיות של CRC בביוכימיה, 1 (2), 149-199.
- Blow, DM (1971). 6 מבנה הכימוטריפסין. באנזימים (כרך 3, עמ '185-212). עיתונות אקדמית.
- Blow, DM (1976). מבנה ומנגנון צ'ימוטריפסין. חשבונות של מחקר כימי, 9 (4), 145-152.
- נלסון, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). עקרונות הלינגר של הביוכימיה. מקמילן.
- Polgár, L. (2013). מנגנונים קטליטיים של peptidases סרין ותראונין. בחוברת האנזימים הפרוטאוליטיים (עמ '2524-2534). אלסביאר בע"מ
- ווסטהיימר, FH (1957). השערה למנגנון הפעולה של צ'ימוטריפסין. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית, 43 (11), 969.