CHIMOTRIPSINA: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII, MECANISM DE ACȚIUNE - BIOLOGIE - 2025

Chimotripsina este a doua proteine digestive abundent secretat de pancreas în intestinul subțire. Este o enzimă aparținând familiei proteazelor serine și este specializată în hidroliza legăturilor peptidice dintre aminoacizi, cum ar fi tirozina, fenilalanina, triptofanul, metionina și leucina, prezente în proteinele mari.

Numele „chimotripsină” reunește de fapt un grup de enzime care sunt produse de pancreas și care participă activ la digestia intestinală a proteinelor la animale. Cuvântul provine din acțiunea asemănătoare cu renina pe care o are această enzimă asupra conținutului gastric sau a „chimei”.

Structura chimotripsinei (Sursa: Utilizator: Mattyjenjen prin Wikimedia Commons)

Deși nu se știe cu exactitate cât de largă este distribuția lor în regnul animal, se consideră că aceste enzime sunt prezente cel puțin în toate acordurile și există rapoarte despre prezența lor în „fila mai primitivă”, cum ar fi artropodele. și cea a coelenteratelor.

La animalele care au pancreas, acest organ este principalul sit al producției de chimotripsină, precum și alte proteaze, inhibitori de enzime și precursori sau zimogeni.

Chimotripsinele sunt cele mai studiate și mai bine caracterizate enzime, nu numai în raport cu biosinteza lor, ci și pentru activarea lor de la zymogen, proprietățile enzimatice, inhibarea lor, caracteristicile lor cinetice și catalitice și structura lor generală.

Caracteristici și structură

Chimotripsinele sunt endopeptidase, adică sunt proteaze care hidrolizează legăturile peptidice ale aminoacizilor în poziții „interne” ale altor proteine; deși s-a demonstrat, de asemenea, că pot hidroliza esteri, amide și arilamide, deși cu o selectivitate mai mică.

Au o greutate moleculară medie de aproximativ 25 kDa (245 aminoacizi) și sunt produși de la precursori cunoscuți ca chimotripsinogeni.

Două tipuri de chimotripsinogeni, A și B, au fost purificate din pancreasul animalelor bovine.Un al treilea chimotripsinogen a fost descris în modelul porcin, chymotrypsinogen C. Fiecare dintre acești trei zimogeni este responsabil pentru producerea de chimotripsine A, B. respectiv C.

Chimotripsina A este formată din trei lanțuri polipeptidice care sunt legate covalent între ele prin punți sau legături disulfură între reziduurile de cisteină. Cu toate acestea, este important de menționat că mulți autori o consideră o enzimă monomerică (compusă dintr-o singură subunitate).

Aceste lanțuri alcătuiesc o structură care are o formă elipsoidă, în care grupurile care au sarcini electromagnetice sunt localizate spre suprafață (cu excepția aminoacizilor care participă la funcțiile catalitice).

Chimotripsinele sunt în general foarte active la pH-uri acide, deși cele care au fost descrise și purificate de insecte și alte animale non-vertebrate sunt stabile la pH 8-11 și extrem de instabile la pH mai scăzut.

Funcțiile chimotripsinei

Când pancreasul exocrin este stimulat, fie de hormoni, fie de impulsuri electrice, acest organ eliberează granule secretoare bogate în chimotripsinogen, care, odată ajuns în intestinul subțire, este tăiat de o altă protează între reziduurile 15 și 16 și apoi este " autoprocesat ”pentru a produce o proteină complet activă.

Poate că funcția principală a acestei enzime este să acționeze în concordanță cu celelalte proteaze excretate în sistemul gastrointestinal pentru digestia sau degradarea proteinelor consumate cu alimente.

Produsele proteolizei menționate servesc ulterior ca sursă de carbon și energie prin catabolismul aminoacizilor sau pot fi „reciclate” direct pentru formarea de noi proteine ​​celulare care vor exercita funcții multiple și variate la nivel fiziologic.

Mecanism de acțiune

Chimotripsinele își exercită acțiunile numai după ce sunt activate, deoarece acestea sunt produse sub formă de „precursor” (zimogeni) numiți chimotripsinogeni.

Mecanismul de reacție la chimotripsină (Sursa: Hbf878 prin Wikimedia Commons)

Instruire

Zimogeni de Chimotripsină sunt sintetizați de celulele acinare ale pancreasului, după care migrează de la reticulul endoplasmic la complexul Golgi, unde sunt ambalate în complexe membranoase sau granule secretoare.

Aceste granule se acumulează la capetele acinilor și sunt eliberate ca răspuns la stimuli hormonali sau impulsuri nervoase.

Activarea

În funcție de condițiile de activare, pot fi găsite mai multe tipuri de chimotripsine, cu toate acestea, toate implică „scindarea” proteolitică a unei legături peptidice în zimogen, chimotripsinogen, proces catalizat de enzimă trypsină.

Reacția de activare constă inițial în scindarea legăturii peptidice între aminoacizii 15 și 16 ai chimotripsinogenului, cu care este formată π-chimotripsina, capabilă să se „autoproceseze” și să completeze activarea prin autocataliză.

Acțiunea celei din urmă enzime promovează formarea peptidelor ulterioare legate prin legături disulfidice și acestea sunt cunoscute sub numele de lanț A (din regiunea N-terminal și reziduurile 1-14), lanțul B (reziduuri 16 până la 146) și lanțul C (regiunea C-terminal, care începe cu reziduul 149).

Porțiunile corespunzătoare reziduurilor 14-15 și 147-148 (două dipeptide) nu au funcții catalitice și sunt detașate de structura principală.

Activitate catalitică

Chimotripsina este responsabilă pentru hidrolizarea legăturilor peptidice, atacând preponderent porțiunea carboxilică a aminoacizilor care au grupe laterale aromatice, adică aminoacizi cum ar fi tirozina, triptofanul și fenilalanina.

O serină (Ser 195) din situsul activ (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) de acest tip de enzimă este poate cel mai esențial reziduu pentru funcționarea sa. Mecanismul de reacție este următorul:

- Chimotripsina este inițial într-o formă „fără substrat”, unde „triada” catalitică este formată din grupa carboxil laterală a unui reziduu de aspartat (102), inelul imidazol al unui reziduu de histidină (57) și grupa hidroxilă laterală a unei serine (195).

- Substratul se întâlnește cu enzima și se leagă de ea pentru a forma un complex tipic enzimă-substrat reversibil (conform modelului micelian), unde „triada” catalitică facilitează atacul nucleofil prin activarea grupării hidroxil a reziduului serin.

- Punctul cheie al mecanismului de reacție constă în formarea unei legături parțiale, ceea ce duce la polarizarea grupării hidroxil, care este suficientă pentru a accelera reacția.

- După atac nucleofil, gruparea carboxilică devine un intermediar oxianion tetraedric, care este stabilizat de două legături de hidrogen formate de grupările N și H ale reziduurilor din Gly 193 și Ser 195.

- Oxianionul „rearanjează” spontan și formează o enzimă intermediară căreia i s-a adăugat o grupare acil (enzimă acilată).

- Reacția continuă cu intrarea unei molecule de apă pe locul activ, o moleculă care promovează un nou atac nucleofil care are ca rezultat formarea unui al doilea intermediar tetraedric care este, de asemenea, stabilizat de legăturile de hidrogen.

- Reacția se încheie când acest al doilea intermediar se rearanjează din nou și formează din nou complexul micelian enzim-substrat, unde locul activ al enzimei este ocupat de produsul care conține grupa carboxil.

Referințe

1. Appel, W. (1986). Chimotripsina: proprietăți moleculare și catalitice. Biochimie clinică, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Chimotripsină. CRC recenzii critice în biochimie, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 Structura Chimotripsinei. În Enzime (Vol. 3, p. 185-212). Presă academică.
4. Blow, DM (1976). Structura și mecanismul chimotripsinei. Conturi de cercetare chimică, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Mecanisme catalitice ale peptidazelor serine și treonine. În Manualul enzimelor proteolitice (pp. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Ipoteză pentru mecanismul de acțiune al chimotripsinei. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (11), 969.