- ลักษณะและโครงสร้าง
- ฟังก์ชัน Chymotrypsin
- กลไกการออกฤทธิ์
- การอบรม
- การเปิดใช้งาน
- กิจกรรมเร่งปฏิกิริยา
- อ้างอิง
chymotrypsinเป็นโปรตีนที่ย่อยอาหารที่อุดมสมบูรณ์มากที่สุดที่สองที่หลั่งมาจากตับอ่อนเข้าสู่ลำไส้เล็ก เป็นเอนไซม์ที่อยู่ในตระกูลโปรตีเอสซีรีนและเชี่ยวชาญในการย่อยสลายพันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโนเช่นไทโรซีนฟีนิลอะลานีนทริปโตเฟนเมไทโอนีนและลิวซีนที่มีอยู่ในโปรตีนขนาดใหญ่
ชื่อ“ ไคโมทริปซิน” เป็นกลุ่มของเอนไซม์ที่ผลิตโดยตับอ่อนและมีส่วนร่วมในการย่อยโปรตีนในลำไส้ในสัตว์ คำนี้เกิดจากการทำงานที่คล้ายกับเรนินที่เอนไซม์นี้มีต่อเนื้อหาในกระเพาะอาหารหรือ“ chyme”
โครงสร้าง Chymotrypsin (ที่มา: ผู้ใช้: Mattyjenjen ผ่าน Wikimedia Commons)
แม้ว่าจะไม่ทราบแน่ชัดว่าการกระจายพันธุ์ของพวกมันในอาณาจักรสัตว์นั้นกว้างเพียงใด แต่ก็ถือว่าเอนไซม์เหล่านี้มีอยู่อย่างน้อยในโคร์เดตทั้งหมดและมีรายงานว่ามีอยู่ใน "ไฟลาดึกดำบรรพ์" เช่นสัตว์ขาปล้อง และของ coelenterates
ในสัตว์เหล่านั้นที่มีตับอ่อนอวัยวะนี้เป็นที่ตั้งหลักของการผลิตไคโมทริปซินเช่นเดียวกับโปรตีเอสอื่น ๆ สารยับยั้งเอนไซม์และสารตั้งต้นหรือไซโมเจน
Chymotrypsins เป็นเอนไซม์ที่ได้รับการศึกษามากที่สุดและมีลักษณะเฉพาะที่ดีที่สุดไม่เพียง แต่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการกระตุ้นจากไซโมเจนคุณสมบัติของเอนไซม์การยับยั้งลักษณะทางจลศาสตร์และการเร่งปฏิกิริยาและโครงสร้างทั่วไป
ลักษณะและโครงสร้าง
Chymotrypsins เป็นเอนโดเปปไทเดสกล่าวคือเป็นโปรตีเอสที่ไฮโดรไลซ์พันธะเปปไทด์ของกรดอะมิโนในตำแหน่ง "ภายใน" ของโปรตีนอื่น ๆ แม้ว่าจะมีการแสดงให้เห็นว่าสามารถไฮโดรไลซ์เอสเทอร์เอไมด์และอะริลาไมด์ได้แม้ว่าจะมีการคัดเลือกน้อย
มีน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยประมาณ 25 kDa (245 กรดอะมิโน) และผลิตจากสารตั้งต้นที่เรียกว่า chymotrypsinogens
ไคโมทริปซิโนเจน 2 ชนิดคือ A และ B ได้รับการทำให้บริสุทธิ์จากตับอ่อนของสัตว์ในวัวโดยมีการอธิบายไคโมทริปซิโนเจนตัวที่สามไว้ในแบบจำลองของสุกรไคโมทริปซิโนเจนซีไซโมเจนทั้งสามชนิดนี้มีหน้าที่ในการผลิตไคโมทริปซิน A, B และ C ตามลำดับ
Chymotrypsin A ประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์สามสายที่เชื่อมโยงโควาเลนต์ซึ่งกันและกันผ่านสะพานหรือพันธะไดซัลไฟด์ระหว่างสารตกค้างของซิสเทอีน อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือต้องกล่าวถึงว่าผู้เขียนหลายคนคิดว่าเป็นเอนไซม์โมโนเมอริก (ประกอบด้วยหน่วยย่อยเดียว)
โซ่เหล่านี้ประกอบด้วยโครงสร้างที่มีรูปร่างเป็นวงรีซึ่งกลุ่มที่มีประจุแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งอยู่บนพื้นผิว (ยกเว้นกรดอะมิโนที่มีส่วนร่วมในการเร่งปฏิกิริยา)
Chymotrypsins โดยทั่วไปมีฤทธิ์สูงที่ pH ที่เป็นกรดแม้ว่าสารที่ได้รับการอธิบายและทำให้บริสุทธิ์จากแมลงและสัตว์อื่น ๆ ที่ไม่ใช่สัตว์มีกระดูกสันหลังจะมีความเสถียรที่ pH 8-11 และไม่เสถียรอย่างยิ่งที่ pH ต่ำกว่า
ฟังก์ชัน Chymotrypsin
เมื่อตับอ่อนภายนอกถูกกระตุ้นไม่ว่าจะโดยฮอร์โมนหรือโดยแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าอวัยวะนี้จะปล่อยเม็ดสารคัดหลั่งที่อุดมไปด้วยไคโมทริปซิโนเจนซึ่งเมื่อมาถึงลำไส้เล็กแล้วจะถูกโปรตีเอสอีกตัวตัดระหว่างส่วนที่เหลือ 15 และ 16 จากนั้นจึงเป็น " แปรรูปด้วยตัวเอง” เพื่อให้ได้โปรตีนที่ออกฤทธิ์เต็มที่
บางทีหน้าที่หลักของเอนไซม์นี้คือทำหน้าที่ร่วมกับโปรตีเอสอื่น ๆ ที่ถูกขับออกไปในระบบทางเดินอาหารเพื่อย่อยอาหารหรือย่อยสลายโปรตีนที่บริโภคกับอาหาร
ผลิตภัณฑ์ของโปรตีโอไลซิสดังกล่าวต่อมาทำหน้าที่เป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงานผ่านการเร่งปฏิกิริยาของกรดอะมิโนหรือสามารถ "รีไซเคิล" ได้โดยตรงสำหรับการสร้างโปรตีนเซลล์ใหม่ซึ่งจะทำหน้าที่หลายอย่างและหลากหลายในระดับทางสรีรวิทยา
กลไกการออกฤทธิ์
Chymotrypsins ออกแรงกระทำหลังจากเปิดใช้งานแล้วเท่านั้นเนื่องจากสิ่งเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบ "สารตั้งต้น" (zymogens) ที่เรียกว่า chymotrypsinogens
กลไกการเกิดปฏิกิริยา Chymotrypsin (ที่มา: Hbf878 ผ่าน Wikimedia Commons)
การอบรม
Chymotrypsin zymogens ถูกสังเคราะห์โดยเซลล์ acinar ของตับอ่อนหลังจากนั้นพวกมันจะย้ายจากเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกไปยัง Golgi complex ซึ่งบรรจุอยู่ในคอมเพล็กซ์เยื่อหรือเม็ดสารคัดหลั่ง
เม็ดเหล่านี้สะสมที่ส่วนปลายของอะซินีและถูกปล่อยออกมาเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าของฮอร์โมนหรือกระแสประสาท
การเปิดใช้งาน
ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการเปิดใช้งานสามารถพบไคโมทริปซินหลายชนิดอย่างไรก็ตามทั้งหมดเกี่ยวข้องกับ“ ความแตกแยก” ของโปรตีโอไลติกของพันธะเปปไทด์ในไซโมเจนไคโมทริปซิโนเจนซึ่งเป็นกระบวนการที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ทริปซิน
ปฏิกิริยากระตุ้นเริ่มต้นประกอบด้วยความแตกแยกของพันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโน 15 และ 16 ของไคโมทริปซิโนเจนซึ่งπ-chymotrypsin ถูกสร้างขึ้นซึ่งสามารถ "ประมวลผลตัวเอง" และดำเนินการกระตุ้นให้เสร็จสิ้นโดยการ autocatalysis
การทำงานของเอนไซม์หลังส่งเสริมการสร้างเปปไทด์ที่ตามมาซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์และสิ่งเหล่านี้เรียกว่าโซ่ A (จากบริเวณขั้ว N และส่วนที่เหลือ 1-14) โซ่ B (สารตกค้าง 16 ถึง 146) และ โซ่ C (บริเวณขั้ว C เริ่มต้นด้วยกาก 149)
ส่วนที่สอดคล้องกับสารตกค้าง 14-15 และ 147-148 (ไดเปปไทด์สองตัว) ไม่มีฟังก์ชันเร่งปฏิกิริยาและแยกออกจากโครงสร้างหลัก
กิจกรรมเร่งปฏิกิริยา
Chymotrypsin มีหน้าที่ในการไฮโดรไลซิงพันธะเปปไทด์โดยส่วนใหญ่จะโจมตีส่วนของคาร์บอกซิลิกของกรดอะมิโนที่มีกลุ่มอะโรมาติกนั่นคือกรดอะมิโนเช่นไทโรซีนทริปโตเฟนและฟีนิลอะลานีน
ซีรีน (Ser 195) ภายในไซต์ที่ใช้งานอยู่ (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) ของเอนไซม์ชนิดนี้อาจเป็นสารตกค้างที่จำเป็นที่สุดสำหรับการทำงานของมัน กลไกการเกิดปฏิกิริยามีดังนี้:
- Chymotrypsin เริ่มแรกอยู่ในรูปแบบ "ปราศจากสารตั้งต้น" โดยที่ตัวเร่งปฏิกิริยา "triad" ประกอบด้วยกลุ่มคาร์บอกซิลด้านข้างของสารตกค้างแอสพาเทต (102) วงแหวนอิมิดาโซลของสารตกค้างฮิสติดีน (57) และ กลุ่มไฮดรอกซิลด้านข้างของซีรีน (195)
- สารตั้งต้นพบกับเอนไซม์และจับตัวกับมันเพื่อสร้างสารประกอบเชิงซ้อนของเอนไซม์ - สารตั้งต้นที่ผันกลับได้โดยทั่วไป (ตามแบบจำลองไมคาเอเลียน) โดยตัวเร่งปฏิกิริยา "ไตร" ช่วยให้เกิดการโจมตีของนิวคลีโอฟิลิกโดยกระตุ้นกลุ่มไฮดรอกซิลของสารตกค้างซีรีน
- จุดสำคัญของกลไกการเกิดปฏิกิริยาประกอบด้วยการสร้างพันธะบางส่วนซึ่งส่งผลให้เกิดโพลาไรเซชันของหมู่ไฮดรอกซิลซึ่งเพียงพอที่จะเร่งปฏิกิริยา
- หลังจากการโจมตีของนิวคลีโอฟิลิกกลุ่มคาร์บอกซิลจะกลายเป็นตัวกลาง tetrahedral oxyanion ซึ่งถูกทำให้เสถียรโดยพันธะไฮโดรเจนสองตัวที่เกิดจากกลุ่ม N และ H ของส่วนที่เหลือของ Gly 193 และ Ser 195
- oxyanion "จัดเรียงใหม่" ตามธรรมชาติและตัวกลางของเอนไซม์จะถูกสร้างขึ้นซึ่งมีการเพิ่มกลุ่มอะซิล (เอนไซม์อะซิลเลต)
- ปฏิกิริยายังคงดำเนินต่อไปโดยการเข้าสู่โมเลกุลของน้ำไปยังไซต์ที่ใช้งานอยู่ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ส่งเสริมการโจมตีนิวคลีโอฟิลิกใหม่ซึ่งส่งผลให้เกิดตัวกลางเตตระฮีดที่สองซึ่งถูกทำให้เสถียรโดยพันธะไฮโดรเจนด้วย
- ปฏิกิริยาจะสิ้นสุดลงเมื่อตัวกลางที่สองนี้จัดเรียงใหม่อีกครั้งและสร้างไมคาเอเลียนคอมเพล็กซ์สารตั้งต้นของเอนไซม์อีกครั้งโดยที่ไซต์ที่ใช้งานของเอนไซม์ถูกครอบครองโดยผลิตภัณฑ์ที่มีหมู่คาร์บอกซิล
อ้างอิง
- แอพเพล, W. (1986). Chymotrypsin: คุณสมบัติทางโมเลกุลและตัวเร่งปฏิกิริยา ชีวเคมีคลินิก, 19 (6), 317-322.
- Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). ไคโมทริปซิน. บทวิจารณ์ที่สำคัญของ CRC ในชีวเคมี, 1 (2), 149-199
- ระเบิด DM (1971) 6 โครงสร้างของ Chymotrypsin ในเอนไซม์ (Vol. 3, pp. 185-212). สำนักพิมพ์วิชาการ.
- ระเบิด DM (1976) โครงสร้างและกลไกของไคโมทริปซิน บัญชีของการวิจัยทางเคมี, 9 (4), 145-152.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008) หลักการทางชีวเคมีของ Lehninger Macmillan
- Polgár, L. (2013). กลไกการเร่งปฏิกิริยาของเปปไทด์ซีรีนและ ธ รีโอนีน ในคู่มือเอนไซม์โปรตีโอไลติก (หน้า 2524-2534). Elsevier Ltd.
- เวสต์ไฮเมอร์ FH (2500) สมมติฐานสำหรับกลไกการออกฤทธิ์ของไคโมทริปซิน Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (11), 969.