CHYMOTRYPSIN: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, CHỨC NĂNG, CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG - SINH HỌC - 2026

Các chymotrypsin là protein tiêu hóa dồi dào nhất thứ hai được tiết ra từ tuyến tụy vào ruột non. Nó là một loại enzyme thuộc họ serine protease và chuyên về quá trình thủy phân các liên kết peptide giữa các axit amin như tyrosine, phenylalanine, tryptophan, methionine và leucine có trong các protein lớn.

Tên “chymotrypsin” thực sự tập hợp một nhóm các enzym được sản xuất bởi tuyến tụy và tham gia tích cực vào quá trình tiêu hóa protein ở động vật trong ruột. Từ này bắt nguồn từ hoạt động giống như renin mà enzym này có đối với các chất trong dạ dày hoặc “chyme”.

Cấu trúc Chymotrypsin (Nguồn: Người dùng: Mattyjenjen qua Wikimedia Commons)

Mặc dù người ta không biết chính xác mức độ phân bố của chúng trong giới động vật, nhưng người ta coi rằng các enzym này có mặt ít nhất trong tất cả các hợp âm và có báo cáo về sự hiện diện của chúng trong "phyla nguyên thủy hơn" như động vật chân đốt. và của các đồng nghiệp.

Ở những động vật có tuyến tụy, cơ quan này là nơi sản xuất chymotrypsin chính, cũng như các protease khác, chất ức chế enzym và tiền chất hoặc hợp tử.

Chymotrypsin là các enzym được nghiên cứu nhiều nhất và có đặc điểm tốt nhất, không chỉ liên quan đến quá trình sinh tổng hợp mà còn liên quan đến sự hoạt hóa của chúng từ zymogen, các đặc tính enzym, sự ức chế của chúng, các đặc điểm động học và xúc tác cũng như cấu trúc chung của chúng.

Đặc điểm và cấu trúc

Chymotrypsin là endopeptidase, nghĩa là, chúng là các protease thủy phân các liên kết peptit của các axit amin ở vị trí "bên trong" của các protein khác; mặc dù nó cũng đã được chứng minh rằng chúng có thể thủy phân các este, amit và arylamit, mặc dù với độ chọn lọc kém hơn.

Chúng có trọng lượng phân tử trung bình khoảng 25 kDa (245 axit amin) và được sản xuất từ ​​các tiền chất được gọi là chymotrypsinogens.

Từ tuyến tụy của động vật bò, 2 loại chymotrypsinogens đã được tinh chế, A và B. Trong mô hình lợn, một chymotrypsinogen thứ ba đã được mô tả, chymotrypsinogen C. Mỗi trong số ba zymogens này chịu trách nhiệm sản xuất chymotrypsins A, B và C, tương ứng.

Chymotrypsin A được tạo thành từ ba chuỗi polypeptit liên kết cộng hóa trị với nhau thông qua các cầu nối hoặc liên kết disulfua giữa các gốc cystein. Tuy nhiên, điều quan trọng cần đề cập là nhiều tác giả coi nó là một enzyme đơn phân (cấu tạo bởi một tiểu đơn vị duy nhất).

Các chuỗi này tạo nên một cấu trúc có dạng ellipsoid, trong đó các nhóm mang điện từ nằm về phía bề mặt (ngoại trừ các axit amin tham gia vào chức năng xúc tác).

Chymotrypsin thường hoạt động mạnh ở pH axit, mặc dù những chất đã được mô tả và tinh chế từ côn trùng và động vật không có xương sống khác ổn định ở pH 8-11 và cực kỳ không ổn định ở pH thấp hơn.

Chức năng chymotrypsin

Khi tuyến tụy ngoại tiết bị kích thích, bằng hormone hoặc bằng xung điện, cơ quan này sẽ tiết ra các hạt chế tiết giàu chymotrypsinogen, khi đến ruột non, sẽ bị cắt bởi một protease khác giữa các chất cặn 15 và 16 và sau đó là " tự xử lý ”để tạo ra một protein hoạt động hoàn toàn.

Có lẽ chức năng chính của enzyme này là hoạt động cùng với các protease khác được bài tiết vào hệ tiêu hóa để tiêu hóa hoặc phân hủy protein được tiêu thụ cùng với thức ăn.

Các sản phẩm của quá trình phân giải protein nói trên sau đó đóng vai trò là nguồn cung cấp carbon và năng lượng thông qua quá trình dị hóa các axit amin hoặc chúng có thể được "tái chế" trực tiếp để hình thành các protein tế bào mới sẽ thực hiện nhiều chức năng khác nhau ở cấp độ sinh lý.

Cơ chế hoạt động

Chymotrypsins chỉ phát huy tác dụng sau khi được kích hoạt, vì chúng được tạo ra dưới dạng "tiền chất" (zymogens) được gọi là chymotrypsinogens.

Cơ chế phản ứng Chymotrypsin (Nguồn: Hbf878 qua Wikimedia Commons)

Đào tạo

Các hợp tử chymotrypsin được tổng hợp bởi các tế bào acinar của tuyến tụy, sau đó chúng di chuyển từ lưới nội chất đến phức hợp Golgi, nơi chúng được đóng gói trong phức hợp màng hoặc hạt tiết.

Các hạt này tích tụ ở các đầu của acini và được giải phóng để đáp ứng với các kích thích nội tiết tố hoặc xung thần kinh.

Kích hoạt

Tùy thuộc vào điều kiện hoạt hóa, một số loại chymotrypsin có thể được tìm thấy, tuy nhiên, tất cả chúng đều liên quan đến sự “phân cắt” của liên kết peptit trong zymogen, chymotrypsinogen, một quá trình được xúc tác bởi enzym trypsin.

Phản ứng hoạt hóa ban đầu bao gồm sự phân cắt liên kết peptit giữa các axit amin 15 và 16 của chymotrypsinogen, trong đó π-chymotrypsin được hình thành, có khả năng “tự xử lý” và hoàn thành quá trình hoạt hóa bằng cách tự phân giải.

Hoạt động của enzym thứ hai thúc đẩy sự hình thành các peptit tiếp theo được liên kết bởi các liên kết disulfua và chúng được gọi là chuỗi A (từ vùng tận cùng N và các gốc từ 1-14), chuỗi B (các gốc 16 đến 146) và chuỗi C (vùng tận cùng C, bắt đầu với cặn 149).

Các phần tương ứng với dư 14-15 và 147-148 (hai đipeptit) không có chức năng xúc tác và bị tách ra khỏi cấu trúc chính.

Hoạt động xúc tác

Chymotrypsin chịu trách nhiệm thủy phân các liên kết peptit, chủ yếu tấn công phần cacboxylic của các axit amin có nhóm bên thơm, nghĩa là các axit amin như tyrosine, tryptophan và phenylalanin.

Một serine (Ser 195) trong vị trí hoạt động (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) của loại enzyme này có lẽ là chất cặn cần thiết nhất cho hoạt động của nó. Cơ chế phản ứng như sau:

- Chymotrypsin ban đầu ở dạng “không có cơ chất”, trong đó “bộ ba” xúc tác bao gồm nhóm cacboxyl bên của gốc aspartat (102), vòng imidazol của gốc histidin (57) và nhóm hydroxyl bên của một serine (195).

- Cơ chất gặp enzyme và liên kết với nó để tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất thuận nghịch điển hình (theo mô hình mycaelian), tại đây “bộ ba” xúc tác tạo điều kiện cho nucleophilic tấn công bằng cách hoạt hóa nhóm hydroxyl của cặn serine.

- Điểm mấu chốt của cơ chế phản ứng bao gồm sự hình thành liên kết một phần, dẫn đến sự phân cực của nhóm hydroxyl, đủ để đẩy nhanh phản ứng.

- Sau khi tấn công nucleophin, nhóm cacboxyl trở thành chất trung gian oxyanion tứ diện, được ổn định bởi hai liên kết hydro được hình thành bởi các nhóm N và H trong phần dư của Gly 193 và Ser 195.

- Oxyanion tự động "sắp xếp lại" và tạo thành một chất trung gian enzyme mà một nhóm acyl (enzyme acyl hóa) đã được thêm vào.

- Phản ứng tiếp tục với sự xâm nhập của một phân tử nước vào vị trí hoạt động, một phân tử thúc đẩy một cuộc tấn công nucleophin mới dẫn đến sự hình thành chất trung gian tứ diện thứ hai cũng được ổn định bởi các liên kết hydro.

- Phản ứng kết thúc khi chất trung gian thứ hai này sắp xếp lại và hình thành phức hợp micaelian của enzym-cơ chất một lần nữa, nơi vị trí hoạt động của enzym bị chiếm bởi sản phẩm chứa nhóm cacboxyl.

Người giới thiệu

1. Appel, W. (1986). Chymotrypsin: tính chất phân tử và xúc tác. Hóa sinh lâm sàng, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Chymotrypsin. Các đánh giá quan trọng của CRC về hóa sinh, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 Cấu trúc của Chymotrypsin. Trong Các enzym (Tập 3, trang 185-212). Báo chí Học thuật.
4. Blow, DM (1976). Cấu trúc và cơ chế của chymotrypsin. Tài khoản nghiên cứu hóa học, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Cơ chế xúc tác của peptidase serine và threonine. Trong Handbook of Proteolytic Enzyme (pp. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Giả thuyết về cơ chế hoạt động của chymotrypsin. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, 43 (11), 969.