CHYMOTRYPSIN: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTIONEN, WIRKMECHANISMUS - BIOLOGIE - 2024

Das Chymotrypsin ist das zweithäufigste Verdauungsprotein, das von der Bauchspeicheldrüse in den Dünndarm ausgeschieden wird. Es ist ein Enzym aus der Familie der Serinproteasen und auf die Hydrolyse von Peptidbindungen zwischen Aminosäuren wie Tyrosin, Phenylalanin, Tryptophan, Methionin und Leucin spezialisiert, die in großen Proteinen vorhanden sind.

Der Name „Chymotrypsin“ vereint tatsächlich eine Gruppe von Enzymen, die von der Bauchspeicheldrüse produziert werden und aktiv an der Darmverdauung von Proteinen bei Tieren beteiligt sind. Das Wort leitet sich von der reninartigen Wirkung ab, die dieses Enzym auf den Mageninhalt oder den „Chymus“ hat.

Chymotrypsin-Struktur (Quelle: Benutzer: Mattyjenjen über Wikimedia Commons)

Obwohl nicht genau bekannt ist, wie weit ihre Verbreitung im Tierreich ist, wird angenommen, dass diese Enzyme zumindest in allen Akkordaten vorhanden sind, und es gibt Berichte über ihre Anwesenheit in "primitiveren Phyla" wie Arthropoden. und das der Coelenterate.

Bei Tieren mit Bauchspeicheldrüse ist dieses Organ der Hauptort der Chymotrypsinproduktion sowie anderer Proteasen, Enzyminhibitoren und Vorläufer oder Zymogene.

Chymotrypsine sind die am besten untersuchten und am besten charakterisierten Enzyme, nicht nur in Bezug auf ihre Biosynthese, sondern auch auf ihre Aktivierung aus Zymogen, ihre enzymatischen Eigenschaften, ihre Hemmung, ihre kinetischen und katalytischen Eigenschaften und ihre allgemeine Struktur.

Eigenschaften und Struktur

Chymotrypsine sind Endopeptidasen, dh sie sind Proteasen, die Peptidbindungen von Aminosäuren in "internen" Positionen anderer Proteine ​​hydrolysieren; obwohl auch gezeigt wurde, dass sie Ester, Amide und Arylamide hydrolysieren können, wenn auch mit geringerer Selektivität.

Sie haben ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 25 kDa (245 Aminosäuren) und werden aus Vorläufern hergestellt, die als Chymotrypsinogene bekannt sind.

Aus der Bauchspeicheldrüse von Rindern wurden 2 Arten von Chymotrypsinogenen gereinigt, A und B. Im Schweinemodell wurde ein drittes Chymotrypsinogen beschrieben, Chymotrypsinogen C. Jedes dieser drei Zymogene ist für die Produktion der Chymotrypsine A, B verantwortlich bzw. C.

Chymotrypsin A besteht aus drei Polypeptidketten, die über Brücken oder Disulfidbindungen zwischen Cysteinresten kovalent miteinander verbunden sind. Es ist jedoch wichtig zu erwähnen, dass viele Autoren es als monomeres Enzym betrachten (bestehend aus einer einzelnen Untereinheit).

Diese Ketten bilden eine ellipsoide Struktur, in der sich die Gruppen mit elektromagnetischen Ladungen zur Oberfläche hin befinden (mit Ausnahme der Aminosäuren, die an katalytischen Funktionen beteiligt sind).

Chymotrypsine sind im Allgemeinen bei sauren pH-Werten hoch aktiv, obwohl diejenigen, die von Insekten und anderen Nicht-Wirbeltieren beschrieben und gereinigt wurden, bei pH 8-11 stabil und bei niedrigerem pH-Wert sehr instabil sind.

Chymotrypsin-Funktionen

Wenn die exokrine Bauchspeicheldrüse entweder durch Hormone oder durch elektrische Impulse stimuliert wird, setzt dieses Organ chymotrypsinogenreiche sekretorische Körnchen frei, die, sobald sie den Dünndarm erreichen, von einer anderen Protease zwischen den Resten 15 und 16 geschnitten werden und dann " selbst verarbeitet “, um ein voll aktives Protein zu erhalten.

Möglicherweise besteht die Hauptfunktion dieses Enzyms darin, zusammen mit den anderen Proteasen, die in das Magen-Darm-System ausgeschieden werden, für die Verdauung oder den Abbau von Proteinen, die mit der Nahrung aufgenommen werden, zu wirken.

Die Produkte dieser Proteolyse dienen anschließend als Kohlenstoff- und Energiequelle durch den Abbau von Aminosäuren oder können direkt zur Bildung neuer zellulärer Proteine ​​"recycelt" werden, die auf physiologischer Ebene vielfältige Funktionen ausüben.

Wirkmechanismus

Chymotrypsine üben ihre Wirkung erst nach Aktivierung aus, da diese als "Vorläufer" -Formen (Zymogene) produziert werden, die als Chymotrypsinogene bezeichnet werden.

Chymotrypsin-Reaktionsmechanismus (Quelle: Hbf878 über Wikimedia Commons)

Ausbildung

Chymotrypsin-Zymogene werden von den Azinuszellen der Bauchspeicheldrüse synthetisiert. Danach wandern sie vom endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Komplex, wo sie in Membrankomplexen oder sekretorischen Granulaten verpackt sind.

Diese Körnchen sammeln sich an den Enden der Acini an und werden als Reaktion auf hormonelle Reize oder Nervenimpulse freigesetzt.

Aktivierung

Abhängig von den Aktivierungsbedingungen können verschiedene Arten von Chymotrypsinen gefunden werden, die jedoch alle die proteolytische „Spaltung“ einer Peptidbindung im Zymogen Chymotrypsinogen beinhalten, ein Prozess, der durch das Enzym Trypsin katalysiert wird.

Die Aktivierungsreaktion besteht zunächst darin, die Peptidbindung zwischen den Aminosäuren 15 und 16 von Chymotrypsinogen zu schneiden, wodurch π-Chymotrypsin gebildet wird, das in der Lage ist, sich selbst zu verarbeiten und die Aktivierung durch Autokatalyse abzuschließen.

Die Wirkung des letzteren Enzyms fördert die Bildung nachfolgender Peptide, die durch Disulfidbindungen verbunden sind, und diese sind als Kette A (aus der N-terminalen Region und den Resten 1 bis 14), Kette B (Reste 16 bis 146) und bekannt die C-Kette (C-terminale Region, beginnend mit Rest 149).

Die Teile, die den Resten 14-15 und 147-148 (zwei Dipeptide) entsprechen, haben keine katalytischen Funktionen und sind von der Hauptstruktur abgelöst.

Katalytische Aktivität

Chymotrypsin ist für die Hydrolyse von Peptidbindungen verantwortlich und greift vorwiegend den Carbonsäureanteil von Aminosäuren mit aromatischen Seitengruppen an, dh Aminosäuren wie Tyrosin, Tryptophan und Phenylalanin.

Ein Serin (Ser 195) im aktiven Zentrum (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) dieses Enzymtyps ist möglicherweise der wichtigste Rest für seine Funktion. Der Reaktionsmechanismus ist wie folgt:

- Chymotrypsin liegt zunächst in einer "substratfreien" Form vor, wobei die katalytische "Triade" aus der Seitencarboxylgruppe eines Aspartatrests (102), dem Imidazolring eines Histidinrests (57) und dem besteht Seitenhydroxylgruppe eines Serins (195).

- Das Substrat trifft auf das Enzym und bindet sich unter Bildung eines typischen reversiblen Enzym-Substrat-Komplexes (nach dem mycaelianischen Modell), wobei die katalytische "Triade" den nukleophilen Angriff durch Aktivierung der Hydroxylgruppe des Serinrests erleichtert.

- Der Kernpunkt des Reaktionsmechanismus besteht in der Bildung einer Teilbindung, die zur Polarisation der Hydroxylgruppe führt, die ausreicht, um die Reaktion zu beschleunigen.

- Nach einem nukleophilen Angriff wird die Carboxylgruppe zu einem tetraedrischen Oxyanion-Zwischenprodukt, das durch zwei Wasserstoffbrücken stabilisiert wird, die durch die N- und H-Gruppen des Rests von Gly 193 und Ser 195 gebildet werden.

- Das Oxyanion "ordnet sich spontan um" und bildet ein Enzymzwischenprodukt, zu dem eine Acylgruppe (acyliertes Enzym) hinzugefügt wurde.

- Die Reaktion wird mit dem Eintritt eines Wassermoleküls in das aktive Zentrum fortgesetzt, ein Molekül, das einen neuen nukleophilen Angriff fördert, der zur Bildung eines zweiten tetraedrischen Intermediats führt, das ebenfalls durch Wasserstoffbrücken stabilisiert wird.

- Die Reaktion endet, wenn sich dieses zweite Zwischenprodukt wieder umlagert und wieder den Enzym-Substrat-Glimmerkomplex bildet, in dem das aktive Zentrum des Enzyms von dem Produkt besetzt ist, das die Carboxylgruppe enthält.

Verweise

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