CHYMOTRYPSINE: KENMERKEN, STRUCTUUR, FUNCTIES, WERKINGSMECHANISME - BIOLOGIE - 2026

De chymotrypsine is het tweede meest voorkomende spijsverteringseiwit dat door de alvleesklier in de dunne darm wordt uitgescheiden. Het is een enzym dat behoort tot de familie van serineproteasen en is gespecialiseerd in de hydrolyse van peptidebindingen tussen aminozuren zoals tyrosine, fenylalanine, tryptofaan, methionine en leucine aanwezig in grote eiwitten.

De naam “chymotrypsine” brengt eigenlijk een groep enzymen samen die worden geproduceerd door de alvleesklier en die actief deelnemen aan de intestinale vertering van eiwitten bij dieren. Het woord is afgeleid van de renine-achtige werking die dit enzym heeft op de maaginhoud of de "chymus".

Chymotrypsinestructuur (Bron: Gebruiker: Mattyjenjen via Wikimedia Commons)

Hoewel het niet precies bekend is hoe breed hun verspreiding in het dierenrijk is, wordt aangenomen dat deze enzymen ten minste in alle chordaten aanwezig zijn en er zijn meldingen van hun aanwezigheid in "meer primitieve phyla" zoals geleedpotigen. en dat van de darmholten.

Bij die dieren met een pancreas is dit orgaan de belangrijkste plaats van chymotrypsineproductie, evenals andere proteasen, enzymremmers en voorlopers of zymogenen.

Chymotrypsines zijn de meest bestudeerde en best gekarakteriseerde enzymen, niet alleen met betrekking tot hun biosynthese, maar ook met betrekking tot hun activering door zymogeen, hun enzymatische eigenschappen, hun remming, hun kinetische en katalytische eigenschappen en hun algemene structuur.

Kenmerken en structuur

Chymotrypsines zijn endopeptidasen, dat wil zeggen, het zijn proteasen die peptidebindingen van aminozuren hydrolyseren op "interne" posities van andere eiwitten; hoewel ook is aangetoond dat ze esters, amiden en arylamiden kunnen hydrolyseren, zij het met minder selectiviteit.

Ze hebben een gemiddeld molecuulgewicht van ongeveer 25 kDa (245 aminozuren) en worden geproduceerd uit precursors die bekend staan ​​als chymotrypsinogenen.

Van de alvleesklier van runderen zijn 2 soorten chymotrypsinogenen gezuiverd, A en B. In het varkensmodel werd een derde chymotrypsinogeen beschreven, chymotrypsinogeen C. Elk van deze drie zymogenen is verantwoordelijk voor de productie van chymotrypsine A, B en C, respectievelijk.

Chymotrypsine A bestaat uit drie polypeptideketens die covalent met elkaar zijn verbonden via bruggen of disulfidebindingen tussen cysteïneresiduen. Het is echter belangrijk om te vermelden dat veel auteurs het als een monomeer enzym beschouwen (samengesteld uit een enkele subeenheid).

Deze ketens vormen een structuur met een ellipsoïde vorm, waarbij de groepen met elektromagnetische ladingen zich naar het oppervlak bevinden (met uitzondering van de aminozuren die deelnemen aan katalytische functies).

Chymotrypsinen zijn in het algemeen zeer actief bij zure pH's, hoewel die welke zijn beschreven en gezuiverd van insecten en andere niet-gewervelde dieren stabiel zijn bij pH 8-11 en extreem onstabiel bij lagere pH.

Chymotrypsine-functies

Wanneer de exocriene alvleesklier wordt gestimuleerd, hetzij door hormonen, hetzij door elektrische impulsen, geeft dit orgaan secretoire korrels vrij die rijk zijn aan chymotrypsinogeen, dat, zodra het de dunne darm bereikt, wordt afgesneden door een ander protease tussen residuen 15 en 16 en dan wordt " zelf verwerkt ”om een ​​volledig actief eiwit op te leveren.

Misschien is de belangrijkste functie van dit enzym om samen te werken met de andere proteasen die worden uitgescheiden in het maagdarmstelsel voor de vertering of afbraak van eiwitten die met voedsel worden geconsumeerd.

De producten van genoemde proteolyse dienen vervolgens als een bron van koolstof en energie door het katabolisme van aminozuren of ze kunnen direct worden "gerecycled" voor de vorming van nieuwe cellulaire eiwitten die meerdere en gevarieerde functies zullen uitoefenen op fysiologisch niveau.

Werkingsmechanisme

Chymotrypsinen oefenen hun werking pas uit nadat ze zijn geactiveerd, aangezien deze worden geproduceerd als "precursor" -vormen (zymogenen) die chymotrypsinogenen worden genoemd.

Reactiemechanisme van chymotrypsine (Bron: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Opleiding

Chymotrypsine-zymogenen worden gesynthetiseerd door de acinaire cellen van de pancreas, waarna ze migreren van het endoplasmatisch reticulum naar het Golgi-complex, waar ze worden verpakt in vliezige complexen of secretoire korrels.

Deze korrels hopen zich op aan de uiteinden van de acini en worden vrijgegeven als reactie op hormonale stimuli of zenuwimpulsen.

Activering

Afhankelijk van de activeringscondities kunnen verschillende soorten chymotrypsines worden gevonden, maar ze omvatten allemaal de proteolytische "splitsing" van een peptidebinding in het zymogeen, chymotrypsinogeen, een proces dat wordt gekatalyseerd door het enzym trypsine.

De activeringsreactie bestaat aanvankelijk uit de splitsing van de peptidebinding tussen aminozuren 15 en 16 van chymotrypsinogeen, waarmee π-chymotrypsine wordt gevormd, dat in staat is tot 'zelfverwerking' en de activering door autokatalyse voltooit.

De werking van het laatste enzym bevordert de vorming van volgende peptiden die zijn verbonden door disulfidebindingen en deze staan ​​bekend als keten A (van het N-terminale gebied en residuen 1-14), keten B (residuen 16 tot 146) en de C-keten (C-terminale regio, beginnend met residu 149).

De porties die overeenkomen met residuen 14-15 en 147-148 (twee dipeptiden) hebben geen katalytische functies en worden losgemaakt van de hoofdstructuur.

Katalytische activiteit

Chymotrypsine is verantwoordelijk voor het hydrolyseren van peptidebindingen, waarbij het voornamelijk het carboxylgedeelte van aminozuren met aromatische zijgroepen aantast, dat wil zeggen aminozuren zoals tyrosine, tryptofaan en fenylalanine.

Een serine (Ser 195) binnen de actieve plaats (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) van dit type enzym is misschien wel het meest essentiële residu voor zijn werking. Het reactiemechanisme is als volgt:

- Chymotrypsine is aanvankelijk in een ‘substraatvrije’ vorm, waarbij de katalytische ‘triade’ bestaat uit de carboxylgroep aan de zijkant van een aspartaatresidu (102), de imidazoolring van een histidineresidu (57) en de zijhydroxylgroep van een serine (195).

- Het substraat ontmoet het enzym en bindt eraan om een ​​typisch omkeerbaar enzym-substraatcomplex te vormen (volgens het mycaelische model), waar de katalytische "triade" nucleofiele aanval vergemakkelijkt door de hydroxylgroep van het serineresidu te activeren.

- Het belangrijkste punt van het reactiemechanisme is de vorming van een partiële binding, wat resulteert in de polarisatie van de hydroxylgroep, wat voldoende is om de reactie te versnellen.

- Na nucleofiele aanval wordt de carboxylgroep een tetraëdrische oxyaniontussenproduct, dat wordt gestabiliseerd door twee waterstofbruggen gevormd door de N- en H-groepen van het residu van Gly 193 en Ser 195.

- Het oxyanion 'herschikt' spontaan en er wordt een enzymtussenproduct gevormd waaraan een acylgroep (geacyleerd enzym) is toegevoegd.

- De reactie gaat verder met het binnendringen van een watermolecuul naar de actieve plaats, een molecuul dat een nieuwe nucleofiele aanval bevordert die resulteert in de vorming van een tweede tetraëdrische tussenproduct dat ook wordt gestabiliseerd door waterstofbruggen.

- De reactie eindigt wanneer dit tweede tussenproduct opnieuw herschikt en weer het enzym-substraat micaeliumcomplex vormt, waar de actieve plaats van het enzym wordt ingenomen door het product dat de carboxylgroep bevat.

Referenties

1. Appel, W. (1986). Chymotrypsine: moleculaire en katalytische eigenschappen. Klinische biochemie, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Chymotrypsin. CRC kritische beoordelingen in biochemie, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 De structuur van chymotrypsine. In The enzymen (deel 3, pp. 185-212). Academische pers.
4. Blow, DM (1976). Structuur en mechanisme van chymotrypsine. Accounts of chemisch onderzoek, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL en Cox, MM (2008). Lehninger principes van biochemie. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Katalytische mechanismen van serine- en threonine-peptidasen. In Handbook of Proteolytic Enzymes (pp. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Hypothese voor het werkingsmechanisme van chymotrypsine. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (11), 969.