stringtranslate.com

Энтеропептидаза

Энтеропептидаза (также называемая энтерокиназой ) — фермент, вырабатываемый клетками двенадцатиперстной кишки и участвующий в пищеварении у людей и других животных. Энтеропептидаза преобразует трипсиноген ( зимоген ) в его активную форму трипсин , что приводит к последующей активации пищеварительных ферментов поджелудочной железы . [1] [2] Отсутствие энтеропептидазы приводит к нарушению кишечного пищеварения. [3]

Энтеропептидаза — это сериновая протеаза ( EC 3.4.21.9), состоящая из тяжелой цепи 82–140 кДа, связанной дисульфидной связью, которая закрепляет энтерокиназу в мембране щеточной каемки кишечника , и легкой цепи 35–62 кДа, которая содержит каталитическую субъединицу. [4] Энтеропептидаза является частью химотрипсинового клана сериновых протеаз и структурно похожа на эти белки. [5]

Историческое значение

Энтеропептидаза была открыта Иваном Павловым , который был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 1904 года за свои исследования желудочно-кишечной физиологии . Это первый известный фермент, активирующий другие ферменты, и он остается замечательным примером того, как сериновые протеазы были созданы для регулирования метаболических путей. [6] Инертная функция пищеварительных ферментов в поджелудочной железе была известна по сравнению с их мощной активностью в кишечнике , но основа этого различия была неизвестна. В 1899 году ученик Павлова, Н. П. Щеповальников, продемонстрировал, что дуоденальные секреты собак резко стимулируют пищеварительную активность панкреатических ферментов, особенно трипсиногена. Активное начало было признано особым ферментом в кишечнике, который мог активировать другие ферменты. Павлов назвал его энтерокиназой. Спор о том, является ли энтерокиназа кофактором или ферментом, был разрешен Куницем, который показал, что активация трипсиногена энтерокиназой была каталитической. В 1950-х годах было показано, что трипсиноген крупного рогатого скота активируется автокаталитически путем расщепления N-концевого гексапептида . [7] Более точное название IUBMB энтеропептидаза существует с 1970 года. Однако первоначальное название «энтерокиназа» имеет долгую историю и остается общеупотребительным. [8]

Структура фермента

Энтеропептидаза — это трансмембранная сериновая протеаза II типа (TTSP), локализованная в щеточной каемке слизистой оболочки двенадцатиперстной и тощей кишки и синтезируемая как зимоген, проэнтеропептидаза, которая требует активации дуоденазой или трипсином. [9] TTSP синтезируются как одноцепочечные зимогены с N-концевыми пропептидными последовательностями различной длины. Эти ферменты активируются путем расщепления на карбоксильной стороне остатков лизина или аргинина , присутствующих в высококонсервативном мотиве активации. Предполагается, что после активации TTSP остаются связанными с мембраной через консервативную дисульфидную связь, связывающую про- и каталитические домены. [10]

В случае энтеропептидазы крупного рогатого скота первичный продукт трансляции включает 1035 остатков с ожидаемой массой 114,9 кДа. [11] Обнаруженная кажущаяся масса около 160 кДа согласуется с указанным содержанием углеводов 30 - 40%, с равным количеством нейтральных и аминосахаров . [12] [13] Сайт расщепления активации после Lys800 расщепляет тяжелые и легкие цепи зрелой энтеропептидазы крупного рогатого скота. Существует 17 потенциальных участков N-связанного гликозилирования в тяжелой цепи и три в легкой цепи; большинство из них сохраняются у других видов. Тяжелая цепь имеет гидрофобный участок вблизи N-конца, который поддерживает трансмембранный якорь. [14] [15] Тяжелая цепь влияет на специфичность энтеропептидазы. Нативная энтеропептидаза устойчива к ингибитору трипсина сои. Однако изолированная легкая цепь является тонкой, независимо от того, получена ли она путем ограниченного восстановления природного белка [16] или путем мутагенеза и экспрессии в клетках COS . [17] Нативная энтеропептидаза и изолированная легкая цепь имеют схожую активность по отношению к Gly-(Asp)4-Lys-NHNap, но изолированная легкая цепь имеет отчетливо сниженную активность по отношению к трипсиногену. Аналогичный селективный дефект в распознавании трипсиногена может быть получен в двухцепочечной энтеропептидазе путем нагревания или ацетилирования. [18] Такое поведение подразумевает, что каталитический центр и один или несколько вторичных участков связывания субстрата необходимы для оптимального распознавания трипсиногена.

Человеческая энтеропептидаза - легкая цепь

Активность

Несмотря на свое альтернативное название (энтерокиназа), энтеропептидаза является сериновой протеазой, которая катализирует гидролиз пептидных связей в белках и, в отличие от других киназ , не катализирует перенос фосфатных групп. Энтеропептидаза проявляет трипсиноподобную активность , расщепляя белки после лизина в определенном месте расщепления ( Asp -Asp-Asp-Asp-Lys). [19] Это расщепление приводит к трипси-независимой активации других панкреатических зимогенов, таких как химотрипсиноген, проэластаза, прокарбоксипептидаза и пролипаза в просвете кишечника. [20] Поскольку про-регион трипсиногена содержит эту последовательность, энтеропептидаза катализирует его активацию in vivo :

трипсиноген → трипсин + прорегион ( Val -Asp-Asp-Asp-Asp-Lys)

Генетика и значимость болезней

У людей энтеропептидаза кодируется геном TMPRSS15 (также известным как ENTK , а ранее как PRSS7 ) на хромосоме 21q21 . Некоторые бессмысленные мутации и мутации со сдвигом рамки считывания в этом гене приводят к редкому рецессивному расстройству, характеризующемуся тяжелой задержкой развития у пораженных младенцев из-за дефицита энтеропептидазы. [21] Экспрессия мРНК энтеропептидазы ограничена проксимальным отделом тонкого кишечника, а белок обнаруживается в энтероцитах двенадцатиперстной кишки и проксимального отдела тощей кишки. При секреции из поджелудочной железы в двенадцатиперстную кишку трипсиноген сталкивается с энтеропептидазой и активируется. Затем трипсин расщепляет и активирует другие зимогены сериновой протеазы поджелудочной железы (химотрипсиноген и проэластазы), зимогены металлопротеазы (прокарбоксипептидазы) и пролипазы. С помощью этого простого двухступенчатого каскада деструктивная активность этих пищеварительных гидролаз ограничивается просветом кишечника. Физиологическая важность этого пути демонстрируется тяжелой кишечной мальабсорбцией, вызванной врожденным дефицитом энтеропептидазы. [22] [23] Это состояние может быть опасным для жизни, но поддается лечению пероральным приемом панкреатического экстракта.

Приложения

Специфичность энтеропептидазы делает ее идеальным инструментом в биохимических приложениях; слитый белок, содержащий C-концевую аффинную метку (такую ​​как поли- His ), связанную этой последовательностью, может быть расщеплен энтеропептидазой для получения целевого белка после очистки белка . [19] Наоборот, N-концевая пропоследовательность протеаз, которая должна быть расщеплена перед активацией, может быть мутирована для обеспечения активации с помощью энтеропептидазы. [24]

Ссылки

  1. ^ Куниц М. (март 1939 г.). «Образование трипсина из кристаллического трипсиногена с помощью энтерокиназы». J. Gen. Physiol . 22 ( 4): 429–46. doi :10.1085/jgp.22.4.429. PMC  2141988. PMID  19873112.
  2. ^ Kiel B (1971). «Трипсин». В Boyer PS (ред.). Ферменты, 3: Гидролиз — Пептидные связи . Амстердам: Elsevier. С. 249–75. ISBN 978-0-12-122703-6.
  3. ^ Лайт А, Янска Х (14 марта 1989 г.). «Энтерокиназа (энтеропептидаза): сравнительные аспекты». Trends Biochem. Sci . 14 (3): 110–2. doi :10.1016/0968-0004(89)90133-3. PMID  2658218.
  4. ^ Хуан Л., Руан Х., Гу В., Сюй З., Цен П., Фань Л. (2007). «Функциональная экспрессия и очистка легкой цепи бычьей энтерокиназы в рекомбинантной Escherichia coli». Prep. Biochem. Biotechnol . 37 (3): 205–17. doi :10.1080/10826060701386695. PMID  17516250. S2CID  25387669.
  5. ^ Rawlings ND, Barrett AJ (февраль 1993 г.). «Эволюционные семейства пептидаз». Biochem. J . 290 (1): 205–18. doi :10.1042/bj2900205. PMC 1132403 . PMID  8439290. 
  6. ^ Lu D, Fütterer K, Korolev S, Zheng X, Tan K, Waksman G, Sadler JE (17 сентября 1999 г.). «Кристаллическая структура комплекса легкой цепи энтеропептидазы с аналогом пептида активации трипсиногена». J Mol Biol . 292 (2): 361–73. doi :10.1006/jmbi.1999.3089. PMID  10493881.
  7. ^ Ямашина И. (май 1956 г.). «Действие энтерокиназы на трипсиноген» (PDF) . Biochim Biophys Acta . 20 (2): 433–4. doi :10.1016/0006-3002(56)90329-8. PMID  13328891.
  8. ^ Роулингс НД, Сальвесен Г (2013). Справочник протеолитических ферментов (3-е изд.). Academic Press. ISBN 978-0-12-382219-2. Получено 20 февраля 2014 г. .
  9. ^ Замолодчикова ТС, Соколова ЕА, Лу Д, Садлер ДжЕ (28 января 2000 г.). «Активация рекомбинантной проэнтеропептидазы дуоденазой». FEBS Lett . 466 (2–3): 295–9. doi : 10.1016/s0014-5793(00)01092-9 . PMID  10682847. S2CID  254189.
  10. ^ Hooper JD, Clements JA, Quiqley JP, Antalis TM (12 января 2001 г.). «Трансмембранные сериновые протеазы типа II. Взгляд на новый класс протеолитических ферментов клеточной поверхности». J Biol Chem . 276 (2): 857–60. doi : 10.1074/jbc.r000020200 . PMID  11060317.
  11. ^ Kitamoto Y, Yuan X, Wu Q, McCourt DW, Sadler JE (2 августа 1994 г.). «Энтерокиназа, инициатор кишечного пищеварения, является мозаичной протеазой, состоящей из отличительного набора доменов». Proc Natl Acad Sci USA . 91 (16): 7588–92. Bibcode :1994PNAS...91.7588K. doi : 10.1073/pnas.91.16.7588 . PMC 44447 . PMID  8052624. 
  12. ^ Anderson LE, Walsh KA, Neurath H (26 июля 1977 г.). «Бычья энтерокиназа. Очистка, специфичность и некоторые молекулярные свойства». Биохимия . 16 (15): 3354–60. doi :10.1021/bi00634a011. PMID  889800.
  13. ^ Liepnieks JJ, Light A (10 марта 1979 г.). «Подготовка и свойства бычьей энтерокиназы». J Biol Chem . 254 (5): 1677–83. doi : 10.1016/S0021-9258(17)37826-2 . PMID  762166.
  14. ^ Фонсека П., Лайт А. (10 марта 1983 г.). «Включение бычьей энтерокиназы в восстановленные фосфолипидные везикулы сои». J Biol Chem . 258 (5): 3069–74. doi : 10.1016/S0021-9258(18)32831-X . PMID  6338012.
  15. ^ Lu D, Yuan X, Zheng X, Sadler JE (12 декабря 1997 г.). «Бычья проэнтероптидаза активируется трипсином, а специфичность энтеропептидазы зависит от тяжелой цепи». J Biol Chem . 272 ​​(50): 31293–300. doi : 10.1074/jbc.272.50.31293 . PMID  9395456.
  16. ^ Light A, Fonseca P (10 ноября 1984 г.). «Подготовка и свойства каталитической субъединицы бычьей энтерокиназы». J Biol Chem . 259 (21): 13195–8. doi : 10.1016/S0021-9258(18)90676-9 . PMID  6386810.
  17. ^ ЛаВалли Э.Р., Рехемтулла А., Рэйси Л.А., ДиБлазио Э.А., Ференц С., Грант К.Л., Лайт А., Маккой Дж.М. (5 ноября 1993 г.). «Клонирование и функциональная экспрессия кДНК, кодирующей каталитическую субъединицу бычьей энтерокиназы». J Биол Хим . 268 (31): 23311–7. дои : 10.1016/S0021-9258(19)49464-7 . ПМИД  8226855.
  18. ^ Baratti J, Maroux S (8 декабря 1976 г.). «О каталитических и связывающих участках свиной энтеропептидазы». Biochim Biophys Acta . 452 (2): 488–96. doi :10.1016/0005-2744(76)90199-6. PMID  12810.
  19. ^ ab Terpe K (2003). "Обзор слияний теговых белков: от молекулярных и биохимических основ до коммерческих систем" (PDF) . Appl Microbiol Biotechnol . 60 (5): 523–33. doi :10.1007/s00253-002-1158-6. PMID  12536251. S2CID  206934268.
  20. ^ Куниц М., Нортроп Дж. Х. (20 июля 1936 г.). «Выделение из говяжьей поджелудочной железы кристаллического трипсиногена, трипсина, ингибитора трипсина и ингибиторно-трипсинового соединения». J Gen Physiol . 19 (6): 991–1007. doi :10.1085/jgp.19.6.991. PMC 2141477. PMID 19872978  . 
  21. ^ Holzinger A, Maier EM, Bück C, Mayerhofer PU, Kappler M, Haworth JC, Moroz SP, Hadorn HB, Sadler JE, Roscher AA (январь 2002 г.). «Мутации в гене проэнтеропептидазы являются молекулярной причиной врожденного дефицита энтеропептидазы». Am. J. Hum. Genet . 70 (1): 20–5. doi :10.1086/338456. PMC 384888 . PMID  11719902. 
  22. ^ Hadorn B, Tarlow MJ, Lloyd JK, Wolff OH (19 апреля 1969 г.). «Дефицит кишечной энтерокиназы». Lancet . 1 (7599): 812–3. doi :10.1016/s0140-6736(69)92071-6. PMID  4180366.
  23. ^ Haworth JC, Gourley B, Hadorn B, Sumida C (март 1971 г.). «Нарушение всасывания и роста из-за дефицита кишечной энтерокиназы». J. Pediatr . 78 (3): 481–90. doi :10.1016/s0022-3476(71)80231-7. PMID  4322674.
  24. ^ Wang ZM, Rubin H, Schechter NM (ноябрь 1995 г.). «Производство активной рекомбинантной человеческой химазы из конструкции, содержащей сайт расщепления энтерокиназой трипсиногена вместо нативной пропептидной последовательности». Biol Chem Hoppe-Seyler . 376 (11): 681–84. doi :10.1515/bchm3.1995.376.11.681. PMID  8962677.

Внешние ссылки