يعتبر الكيموتريبسين ثاني أكثر بروتينات هضمية وفرة يفرزها البنكرياس في الأمعاء الدقيقة. وهو إنزيم ينتمي إلى عائلة سيرين بروتياز وهو متخصص في التحلل المائي للروابط الببتيدية بين الأحماض الأمينية مثل التيروزين والفينيل ألانين والتربتوفان والميثيونين والليوسين الموجودة في البروتينات الكبيرة.
يجمع اسم "كيموتريبسين" في الواقع مجموعة من الإنزيمات التي ينتجها البنكرياس والتي تشارك بنشاط في هضم الأمعاء للبروتينات في الحيوانات. الكلمة مشتقة من الفعل الشبيه بالرينين الذي يمتلكه هذا الإنزيم على محتويات المعدة أو "الكيموس".
هيكل الكيموتريبسين (المصدر: المستخدم: Mattyjenjen عبر ويكيميديا كومنز)
على الرغم من أنه من غير المعروف بالضبط مدى اتساع انتشارها في المملكة الحيوانية ، إلا أنه يعتبر أن هذه الإنزيمات موجودة على الأقل في جميع الحبليات وهناك تقارير عن وجودها في "الشعب البدائية" مثل المفصليات. وتلك من تجاويف الأمعاء.
في تلك الحيوانات التي لديها بنكرياس ، هذا العضو هو الموقع الرئيسي لإنتاج الكيموتريبسين ، بالإضافة إلى البروتياز ومثبطات الإنزيم والسلائف أو الزيموجينات.
الكيموتريبسين هي الإنزيمات الأكثر دراسة وأفضل وصفًا ، ليس فقط فيما يتعلق بتكوينها الحيوي ، ولكن أيضًا لتنشيطها من الزيموجين ، وخصائصها الأنزيمية ، وتثبيطها ، وخصائصها الحركية والحافزة ، وهيكلها العام.
الخصائص والهيكل
الكيموتريبسين عبارة عن ببتيدات داخلية ، أي أنها بروتياز تحلل روابط الببتيد من الأحماض الأمينية في المواضع "الداخلية" للبروتينات الأخرى ؛ على الرغم من أنه قد ثبت أيضًا أنه يمكنهم تحلل الاسترات والأميدات والأريلاميد ، على الرغم من انتقائية أقل.
يبلغ متوسط وزنها الجزيئي حوالي 25 كيلو دالتون (245 من الأحماض الأمينية) ويتم إنتاجها من السلائف المعروفة باسم الكيموتريبسينوجينات.
من بنكرياس حيوانات الأبقار ، تمت تنقية نوعين من الكيموتربسينوجينات ، أ و ب. في نموذج الخنازير ، تم وصف كيموتربسينوجين ثالث ، كيموتربسينوجين ج. و C على التوالي.
يتكون Chymotrypsin A من ثلاث سلاسل متعددة الببتيد مرتبطة تساهميًا مع بعضها البعض من خلال الجسور أو روابط ثاني كبريتيد بين بقايا السيستين. ومع ذلك ، من المهم أن نذكر أن العديد من المؤلفين يعتبرونه إنزيمًا أحاديًا (يتكون من وحدة فرعية واحدة).
تشكل هذه السلاسل بنية لها شكل إهليلجي ، حيث توجد المجموعات ذات الشحنات الكهرومغناطيسية باتجاه السطح (باستثناء الأحماض الأمينية التي تشارك في الوظائف التحفيزية).
تكون الكيموتريبسين بشكل عام نشطة للغاية عند الأس الهيدروجيني الحمضي ، على الرغم من أن تلك التي تم وصفها وتنقيتها من الحشرات والحيوانات الأخرى غير الفقارية مستقرة عند درجة الحموضة 8-11 وغير مستقرة للغاية عند درجة الحموضة المنخفضة.
وظائف كيموتربسين
عندما يتم تحفيز البنكرياس الخارجي ، إما عن طريق الهرمونات أو عن طريق النبضات الكهربائية ، فإن هذا العضو يطلق حبيبات إفرازية غنية بالكيموتريبسينوجين ، والتي بمجرد وصولها إلى الأمعاء الدقيقة ، يتم قطعها بواسطة بروتياز آخر بين المخلفات 15 و 16 ثم يتم " معالج ذاتيًا "لإنتاج بروتين نشط بالكامل.
ربما تكون الوظيفة الرئيسية لهذا الإنزيم هي العمل بالتنسيق مع البروتياز الأخرى التي تفرز في الجهاز الهضمي من أجل هضم أو تدهور البروتينات المستهلكة مع الطعام.
تعمل منتجات تحلل البروتين المذكور لاحقًا كمصدر للكربون والطاقة من خلال هدم الأحماض الأمينية أو يمكن "إعادة تدويرها" مباشرة لتكوين بروتينات خلوية جديدة من شأنها أن تمارس وظائف متعددة ومتنوعة على المستوى الفسيولوجي.
آلية العمل
تمارس Chymotrypsins أفعالها فقط بعد تنشيطها ، حيث يتم إنتاجها كأشكال "سليفة" (zymogens) تسمى chymotrypsinogens.
آلية تفاعل كيموتربسين (المصدر: Hbf878 عبر ويكيميديا كومنز)
تدريب
يتم تصنيع زيموجينات الكيموتربسين بواسطة خلايا البنكرياس أسينار ، وبعد ذلك تهاجر من الشبكة الإندوبلازمية إلى مجمع جولجي ، حيث يتم تعبئتها داخل مجمعات غشائية أو حبيبات إفرازية.
تتراكم هذه الحبيبات في نهايات الأسيني ويتم إطلاقها استجابة للمنبهات الهرمونية أو النبضات العصبية.
التنشيط
اعتمادًا على ظروف التنشيط ، يمكن العثور على عدة أنواع من الكيموتريبسين ، ومع ذلك ، تشتمل جميعها على "الانقسام" التحلل للبروتين لرابطة الببتيد في الزيموجين ، كيموتربسينوجين ، وهي عملية يحفزها إنزيم التربسين.
يتكون تفاعل التنشيط مبدئيًا من انقسام رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية 15 و 16 من الكيموتربسينوجين ، والذي يتكون من π-chymotrypsin ، القادر على "المعالجة الذاتية" وإكمال التنشيط بواسطة التحفيز الذاتي.
يعزز عمل الإنزيم الأخير تكوين الببتيدات اللاحقة المرتبطة بروابط ثاني كبريتيد وتعرف هذه بالسلسلة A (من منطقة N-terminal والمخلفات 1-14) ، السلسلة B (المخلفات من 16 إلى 146) و السلسلة C (المنطقة الطرفية C ، بدءًا من البقايا 149).
لا تحتوي الأجزاء المقابلة للمخلفات 14-15 و147-148 (ثنائي الببتيدات) على وظائف تحفيزية ويتم فصلها عن الهيكل الرئيسي.
النشاط التحفيزي
الكيموتريبسين مسؤول عن التحلل المائي للروابط الببتيدية ، ويهاجم في الغالب الجزء الكربوكسيلي من الأحماض الأمينية التي تحتوي على مجموعات جانبية عطرية ، أي الأحماض الأمينية مثل التيروزين والتربتوفان والفينيل ألانين.
ربما يكون سيرين (Ser 195) داخل الموقع النشط (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) لهذا النوع من الإنزيم هو البقايا الأكثر أهمية لعمله. آلية التفاعل كالتالي:
- يكون الكيموتريبسين مبدئيًا في صورة "خالية من الركيزة" ، حيث يتكون "ثالوث" الحفاز من مجموعة الكربوكسيل الجانبية لبقايا الأسبارتات (102) ، وحلقة الإيميدازول لبقايا الهيستيدين (57) و مجموعة هيدروكسيل جانبية لسيرين (195).
- تلتقي الركيزة بالإنزيم وترتبط به لتكوين مركب ركيزة إنزيم عكسي نموذجي (وفقًا لنموذج mycaelian) ، حيث يسهل "الثلاثي" التحفيزي الهجوم المحب للأنوية عن طريق تنشيط مجموعة الهيدروكسيل من بقايا السيرين.
- تتمثل النقطة الرئيسية في آلية التفاعل في تكوين رابطة جزئية ، مما يؤدي إلى استقطاب مجموعة الهيدروكسيل ، وهو ما يكفي لتسريع التفاعل.
- بعد هجوم محبة النواة ، تتحول مجموعة الكربوكسيل إلى وسيط أكسانيون رباعي السطوح ، والذي يتم تثبيته بواسطة رابطتين هيدروجينيتين تشكلهما مجموعتي N و H من بقايا Gly 193 و Ser 195.
- "يعيد ترتيب" الأوكسانيون تلقائيًا ويتم تكوين إنزيم وسيط أضيف إليه مجموعة أسيل (إنزيم مؤلَّف).
- يستمر التفاعل مع دخول جزيء الماء إلى الموقع النشط ، وهو الجزيء الذي يعزز هجومًا جديدًا محبًا للنواة يؤدي إلى تكوين وسيط رباعي السطوح يتم تثبيته أيضًا بواسطة روابط هيدروجينية.
- ينتهي التفاعل عندما يعاد ترتيب هذا الوسيط الثاني مرة أخرى ويشكل مركب الركيزة الإنزيمية مرة أخرى ، حيث يشغل المنتج الذي يحتوي على مجموعة الكربوكسيل الموقع النشط للإنزيم.
المراجع
- أبيل ، و. (1986). كيموتربسين: الخصائص الجزيئية والحفازة. الكيمياء الحيوية السريرية، 19 (6) ، 317-322.
- بندر ، إم إل ، كيلهيفر ، جي في ، وكوهين ، إس. (1973). كيموتربسين. مراجعات CRC النقدية في الكيمياء الحيوية ، 1 (2) ، 149-199.
- ضربة ، DM (1971). 6 هيكل كيموتربسين. في الإنزيمات (المجلد 3 ، ص 185-212). الصحافة الأكاديمية.
- ضربة ، DM (1976). هيكل وآلية كيموتربسين. حسابات البحوث الكيميائية، 9 (4) ، 145-152.
- نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.
- بولغار ، إل (2013). الآليات التحفيزية لبيبتيدات سيرين وثريونين. في كتيب الإنزيمات المحللة للبروتين (ص 2524-2534). Elsevier Ltd.
- ويستهايمر ، FH (1957). فرضية عن آلية عمل كيموتربسين. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية ، 43 (11) ، 969.