stringtranslate.com

Химотрипсин

Химотрипсин ( EC 3.4.21.1, химотрипсины A и B, альфа-химароофтальм, авазим, химар, химотест, энзеон, химар, химотраза, альфа-химар, альфа-химотрипсин A, альфа-химотрипсин) — пищеварительный ферментный компонент панкреатического сока , действующий в двенадцатиперстной кишке , где он осуществляет протеолиз , расщепление белков и полипептидов. [2] Химотрипсин преимущественно расщепляет пептидные амидные связи, где боковая цепь аминокислоты N-концевой по отношению к разрезаемой амидной связи (позиция P 1 ) представляет собой большую гидрофобную аминокислоту ( тирозин , триптофан и фенилаланин ). [3] Эти аминокислоты содержат ароматическое кольцо в своей боковой цепи , которое помещается в гидрофобный карман (позиция S 1 ) фермента. Он активируется в присутствии трипсина . Гидрофобность и комплементарность формы между боковой цепью пептидного субстрата P 1 и полостью связывания фермента S 1 обуславливают субстратную специфичность этого фермента. [4] [5] Химотрипсин также гидролизует другие амидные связи в пептидах с более низкой скоростью, особенно те, которые содержат лейцин в позиции P 1. [3]

Структурно это архетипическая структура для своего суперсемейства , клана протеаз PA .

Активация

Химотрипсин синтезируется в поджелудочной железе. Его предшественником является химотрипсиноген . Трипсин активирует химотрипсиноген, расщепляя пептидные связи в позициях Arg15 – Ile16 и образуя π-химотрипсин. В свою очередь, аминная группа (-NH3 + ) остатка Ile16 взаимодействует с боковой цепью Asp194, образуя «оксианионную дыру» и гидрофобный «карман S1». Более того, химотрипсин вызывает свою собственную активацию, расщепляя в позициях 14–15, 146–147 и 148–149, образуя α-химотрипсин (который более активен и стабилен, чем π-химотрипсин). [6] Полученная молекула представляет собой трехполипептидную молекулу , соединенную между собой дисульфидными связями .

Механизм действия и кинетика

Тетраэдрические промежуточные продукты химотрипсина
Молекулярный механизм катализируемого химотрипсином гидролиза пептидной связи . Одним из ключевых аспектов является тетраэдрический интермедиат Tet 1.

In vivo химотрипсин является протеолитическим ферментом ( сериновой протеазой ), действующим в пищеварительных системах многих организмов. Он способствует расщеплению пептидных связей посредством реакции гидролиза , которая, несмотря на то, что является термодинамически выгодной, происходит крайне медленно в отсутствие катализатора. Основными субстратами химотрипсина являются пептидные связи, в которых аминокислота N-концевая к связи является триптофаном, тирозином, фенилаланином или лейцином. Как и многие протеазы, химотрипсин также гидролизует амидные связи in vitro , что позволило использовать аналоги субстрата, такие как N-ацетил-L-фенилаланин п-нитрофениламид для ферментных анализов.

Химотрипсин расщепляет пептидные связи, атакуя нереакционноспособную карбонильную группу мощным нуклеофилом, остатком серина 195, расположенным в активном центре фермента, который на короткое время становится ковалентно связанным с субстратом, образуя промежуточное соединение фермент-субстрат. Наряду с гистидином 57 и аспарагиновой кислотой 102 этот остаток серина составляет каталитическую триаду активного центра. Эти результаты основаны на анализах ингибирования и изучении кинетики расщепления вышеупомянутого субстрата, используя тот факт, что промежуточное соединение фермент-субстрат п -нитрофенолят имеет желтый цвет, что позволяет измерять его концентрацию путем измерения поглощения света при 410 нм.

Химотрипсиновый катализ гидролиза белкового субстрата (красного цвета) выполняется в два этапа. Во-первых, нуклеофильность Ser-195 усиливается за счет общего основного катализа, в котором протон гидроксильной группы серина переносится на имидазольную часть His-57 во время его атаки на электронодефицитный карбонильный углерод основной цепи белкового субстрата (этап k1). Это происходит посредством согласованного действия трехаминокислотных остатков в каталитической триаде. Накопление отрицательного заряда на полученном тетраэдрическом промежуточном соединении стабилизируется в оксианионной дырке активного центра фермента за счет образования двух водородных связей с соседними амидными водородами основной цепи.

Образующийся на этапе k1 фрагмент имидазолия His-57 является общим кислотным катализатором для реакции k-1. Однако доказательства аналогичного общего кислотного катализа реакции k2 (Tet2) [7] были оспорены; [8] по-видимому, вода обеспечивает протон для уходящей аминогруппы.

Расщепление Tet1 (через k3) приводит к образованию ацильного фермента, который гидролизуется His-57, действующим как общее основание (kH2O), с образованием тетраэдрического промежуточного соединения, которое распадается с образованием гидроксильной группы серина, а также фрагмента белка с вновь образованным карбоксильным концом.

Использует

Медицинское применение

Химотрипсин использовался во время операции по удалению катаракты. [9] Он продавался под торговой маркой Zolyse. [10]

Изоферменты

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ PDB : 1CHG ; Freer ST, Kraut J, Robertus JD, Wright HT, Xuong NH (апрель 1970 г.). «Химотрипсиноген: кристаллическая структура размером 2,5 ангстрема, сравнение с альфа-химотрипсином и ее значение для активации зимогена». Биохимия . 9 (9): 1997–2009. doi : 10.1021/bi00811a022. PMID  5442169.
  2. ^ Wilcox PE (1970). "[5] Химотрипсиногены — химотрипсины". Химотрипсиногены — химотрипсины . Методы в энзимологии. Т. 19. С. 64–108. doi :10.1016/0076-6879(70)19007-0. ISBN 978-0-12-181881-4.
  3. ^ ab Cotten, Steven W. (2020-01-01), Clarke, William; Marzinke, Mark A. (ред.), «Глава 33 — Оценка экзокринной функции поджелудочной железы», Contemporary Practice in Clinical Chemistry (четвертое издание) , Academic Press, стр. 573–585, ISBN 978-0-12-815499-1, получено 2023-03-18
  4. ^ Appel W (декабрь 1986 г.). «Химотрипсин: молекулярные и каталитические свойства». Clin. Biochem . 19 (6): 317–22. doi :10.1016/S0009-9120(86)80002-9. PMID  3555886.
  5. ^ Бергер А., Шехтер И. (февраль 1970 г.). «Картирование активного центра папаина с помощью пептидных субстратов и ингибиторов». Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci . 257 (813): 249–64. Bibcode :1970RSPTB.257..249B. doi : 10.1098/rstb.1970.0024 . PMID  4399049. S2CID  6877875.
  6. ^ Филлипс, Джо (2019). Основы энзимологии . ЭДТЕХ. п. 117. ИСБН 9781839471605.
  7. ^ Фершт, АР; Рекена, И. (1971). «Механизм гидролиза амидов, катализируемого химотрипсином. Зависимость kc и Km от pH». J. Am. Chem. Soc . 93 (25): 7079–87. doi :10.1021/ja00754a066. PMID  5133099.
  8. ^ Zeeberg, B.; Caswell, M.; Caplow, M. (1973). «Относительно сообщенного изменения в этапе, определяющем скорость, в катализе химотрипсина». J. Am. Chem. Soc . 95 (8): 2734–5. doi :10.1021/ja00789a081. PMID  4694533.
  9. ^ REED H (апрель 1960). «Химотрипсин в хирургии катаракты». Журнал Канадской медицинской ассоциации . 82 (15): 767–70. PMC 1938008. PMID 14436866  . 
  10. ^ «Окончательный список отозванных заявок на биологические продукты, которые были удалены из Оранжевой книги 23 марта 2020 г. | FDA». www.fda.gov . Получено 5 апреля 2024 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки