Trypsyna
| Trypsyna | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
.png)
Struktura krystaliczna trypsyny bydlęcej .
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Trypsyna | ||||||||
| Pfam | PF00089 | ||||||||
| InterPro | IPR001254 | ||||||||
| MĄDRY | SM00020 | ||||||||
| PROZYTA | PDOC00124 | ||||||||
| MEROPY | S1 | ||||||||
| SCOP2 | 1c2g / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||
| CDD | cd00190 | ||||||||
| |||||||||
Trypsyna to enzym w pierwszym odcinku jelita cienkiego, który rozpoczyna trawienie cząsteczek białka poprzez cięcie długich łańcuchów aminokwasów na mniejsze kawałki. Jest to proteaza serynowa z nadrodziny klanu PA , występująca w przewodzie pokarmowym wielu kręgowców , gdzie hydrolizuje białka . Trypsyna powstaje w jelicie cienkim , gdy jej proenzym tworzy trypsynogen wytwarzany przez trzustkę , jest aktywowany. Trypsyna przecina peptydowe głównie po stronie karboksylowej aminokwasów lizyny lub argininy . Znajduje zastosowanie w wielu biotechnologicznych . Proces ten jest powszechnie określany jako proteoliza trypsyny lub trypsynizacja , a białka, które zostały strawione/traktowane trypsyną, uważa się za trypsynizowane. Trypsyna została odkryta w 1876 roku przez Wilhelma Kühne i została nazwana od starożytnej Grecji słowo oznaczające pocieranie, ponieważ zostało po raz pierwszy wyizolowane przez pocieranie trzustki gliceryną .
| Identyfikatory | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| trypsyny | |||||||||
| nr WE | 3.4.21.4 | ||||||||
| nr CAS | 9002-07-7 | ||||||||
| Bazy danych | |||||||||
| IntEnz | Widok IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Wpis BRENDY | ||||||||
| ExPASy | Widok NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Wpis KEGG | ||||||||
| MetaCyc | szlak metaboliczny | ||||||||
| PRYM | profil | ||||||||
| Struktury PDB | RCSB PDB PDBe PDB suma | ||||||||
| Ontologia genów | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Funkcjonować
W dwunastnicy trypsyna katalizuje hydrolizę wiązań peptydowych , rozkładając białka na mniejsze peptydy . Produkty peptydowe są następnie dalej hydrolizowane do aminokwasów przez inne proteazy, dzięki czemu są dostępne do wchłaniania do krwioobiegu. Trawienie trypsyną jest niezbędnym etapem wchłaniania białka, ponieważ białka są na ogół zbyt duże, aby mogły zostać wchłonięte przez wyściółkę jelita cienkiego .
Trypsyna jest wytwarzana jako nieaktywny zymogen trypsynogen w trzustce. Kiedy trzustka jest stymulowana przez cholecystokininę , jest ona następnie wydzielana do pierwszej części jelita cienkiego (dwunastnicy ) przez przewód trzustkowy . W jelicie cienkim enzym enterokinaza (zwany także enteropeptydazą) aktywuje trypsynogen do trypsyny poprzez cięcie proteolityczne . Trypsyna następnie aktywuje dodatkową trypsynę, chymotrypsynę i karboksypeptydazę.
Mechanizm
Mechanizm enzymatyczny jest podobny do mechanizmu innych proteaz serynowych. Enzymy te zawierają triadę katalityczną składającą się z histydyny -57, asparaginianu -102 i seryny -195. Ta katalityczna triada była wcześniej nazywana układem przekaźnika ładunku, co oznacza abstrakcję protonów z seryny do histydyny i z histydyny do asparaginianu, ale dzięki dowodom dostarczonym przez NMR, że powstała postać alkoholanu seryny miałaby znacznie silniejsze przyciąganie protonu niż czy pierścień imidazolowy histydyny, obecne myślenie utrzymuje zamiast tego, że seryna i histydyna mają faktycznie równy udział protonu, tworząc z nimi krótkie wiązania wodorowe o niskiej barierze . [ potrzebna strona ] W ten sposób nukleofilowość miejsca aktywnego seryna jest zwiększona, ułatwiając jej atak na węgiel amidowy podczas proteolizy. Reakcja enzymatyczna, którą katalizuje trypsyna, jest termodynamicznie korzystna, ale wymaga znacznej energii aktywacji (jest „ kinetycznie niekorzystna”). Ponadto trypsyna zawiera „dziurę oksyanionową” utworzoną przez szkieletowe atomy wodoru amidu Gly-193 i Ser-195, które poprzez wiązanie wodorowe stabilizują ładunek ujemny, który gromadzi się na tlenie amidowym po ataku nukleofilowym na płaszczyznę węgiel amidowy przez tlen serynowy powoduje, że węgiel przyjmuje geometrię tetraedryczną.Taka stabilizacja tego tetraedrycznego związku pośredniego pomaga zmniejszyć barierę energetyczną jego powstawania i towarzyszy obniżeniu energii swobodnej stanu przejściowego.Preferencyjne wiązanie przejścia stan jest kluczową cechą chemii enzymów.
Ujemna reszta asparaginianu (Asp 189) zlokalizowana w kieszeni katalitycznej (S1) trypsyny jest odpowiedzialna za przyciąganie i stabilizację dodatnio naładowanej lizyny i/lub argininy, a tym samym odpowiada za specyficzność enzymu. Oznacza to, że trypsyna rozszczepia białka głównie po stronie karboksylowej (lub „ stronie C-końcowej ”) aminokwasów lizyny i argininy, z wyjątkiem sytuacji, gdy którykolwiek z nich jest związany z C-końcową proliną , chociaż dane z wielkoskalowej spektrometrii mas sugerują, że cięcie zachodzi nawet z proliną. Trypsyna jest uważana za endopeptydaza , tj. cięcie zachodzi w obrębie łańcucha polipeptydowego, a nie na końcowych aminokwasach znajdujących się na końcach polipeptydów .
Nieruchomości
Ludzka trypsyna ma optymalną temperaturę roboczą około 37°C. W przeciwieństwie do tego dorsz atlantycki ma kilka rodzajów trypsyn, dzięki którym ryby poikilotherm mogą przetrwać w różnych temperaturach ciała. Trypsyny z dorsza obejmują trypsynę I o zakresie aktywności od 4 do 65 ° C (40 do 150 ° F) i maksymalną aktywność w temperaturze 55 ° C (130 ° F), a także trypsynę Y o zakresie od 2 do 30 ° C ( 36 do 86 ° F) i maksymalną aktywność w temperaturze 21 ° C (70 ° F).
Jako białko trypsyna ma różne masy cząsteczkowe w zależności od źródła. Na przykład, dla trypsyny pochodzącej ze źródeł bydlęcych i świńskich podano masę cząsteczkową 23,3 kDa.
Na aktywność trypsyny nie ma wpływu inhibitor enzymu tosylofenyloalanylochlorometyloketon, TPCK , który dezaktywuje chymotrypsynę .
Trypsynę należy przechowywać w bardzo niskich temperaturach (od -20 do -80 ° C), aby zapobiec autolizie , której może również przeciwdziałać przechowywanie trypsyny w pH 3 lub stosowanie trypsyny modyfikowanej przez redukcyjną metylację. Kiedy pH wraca do pH 8, aktywność powraca.
izozymy
Te ludzkie geny kodują białka o aktywności enzymatycznej trypsyny:
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Inne izoformy trypsyny można również znaleźć w innych organizmach.
Znaczenie kliniczne
Aktywacja trypsyny z proteolitycznego rozszczepienia trypsynogenu w trzustce może prowadzić do szeregu zdarzeń, które powodują samotrawienie trzustki, powodując zapalenie trzustki . Jedną z konsekwencji choroby mukowiscydozy dziedziczonej autosomalnie recesywnie jest niedobór transportu trypsyny i innych enzymów trawiennych z trzustki. Prowadzi to do zaburzenia określanego jako niedrożność smółkowa , która obejmuje niedrożność jelit ( niedrożność jelit ) spowodowaną zbyt gęstą smółką , która normalnie jest rozkładana przez trypsynę i inne proteazy, a następnie wydalana z kałem.
Aplikacje
Trypsyna jest dostępna w dużych ilościach w trzustkach i może być dość łatwo oczyszczona. Dlatego jest szeroko stosowany w różnych procesach biotechnologicznych.
W laboratorium hodowli tkankowej trypsyna jest używana do ponownego zawieszania komórek przylegających do ściany naczynia do hodowli komórkowej podczas procesu zbierania komórek. Niektóre typy komórek przylegają do ścianek i dna szalki podczas hodowli in vitro . Trypsyna jest używana do rozszczepiania białek utrzymujących hodowane komórki na szalce, tak aby komórki mogły zostać usunięte z płytek.
Trypsynę można również stosować do dysocjacji wypreparowanych komórek (na przykład przed utrwalaniem i sortowaniem komórek).
Trypsyna może być używana do rozkładania kazeiny w mleku matki. Jeśli trypsyna zostanie dodana do roztworu mleka w proszku, rozkład kazeiny powoduje, że mleko staje się półprzezroczyste . Szybkość reakcji można zmierzyć na podstawie czasu potrzebnego do uzyskania przezroczystości mleka.
Trypsyna jest powszechnie stosowana w badaniach biologicznych podczas eksperymentów proteomicznych do trawienia białek do peptydów do analizy spektrometrii masowej, np. trawienia w żelu . Szczególnie nadaje się do tego trypsyna, ponieważ ma bardzo dobrze zdefiniowaną specyficzność, ponieważ hydrolizuje tylko wiązania peptydowe, w których grupa karbonylowa jest wniesiona przez resztę argininy lub lizyny.
Trypsyna może być również stosowana do rozpuszczania skrzepów krwi w jej postaci mikrobiologicznej i leczenia stanów zapalnych w jej postaci trzustkowej.
W medycynie weterynaryjnej trypsyna jest składnikiem produktów w sprayu do ran, takich jak Debrisol, do rozpuszczania martwej tkanki i ropy w ranach u koni, bydła, psów i kotów.
W jedzeniu
Komercyjne preparaty proteazy zwykle składają się z mieszaniny różnych enzymów proteazy, która często zawiera trypsynę. Preparaty te znajdują szerokie zastosowanie w przetwórstwie spożywczym:
- jako enzym piekarski poprawiający urabialność ciasta
- w ekstrakcji przypraw i aromatów z białek roślinnych lub zwierzęcych oraz w produkcji sosów
- do kontrolowania powstawania aromatu w serze i produktach mlecznych
- w celu poprawy tekstury produktów rybnych
- do zmiękczenia mięsa
- podczas zimnej stabilizacji piwa
- na przykład w produkcji hipoalergicznej żywności, gdzie proteazy rozkładają określone alergenne białka na niealergiczne peptydy, na przykład proteazy są wykorzystywane do produkcji hipoalergicznej żywności dla dzieci z mleka krowiego, zmniejszając w ten sposób ryzyko rozwoju alergii na mleko u niemowląt .
Inhibitor trypsyny
Aby zapobiec działaniu aktywnej trypsyny w trzustce, które może być wysoce szkodliwe, obecne są inhibitory, takie jak BPTI i SPINK1 w trzustce oraz α1-antytrypsyna w surowicy, jako element obrony przed jej niewłaściwą aktywacją. Każda przedwcześnie utworzona trypsyna z nieaktywnego trypsynogenu jest następnie wiązana przez inhibitor. Interakcja białko-białko między trypsyną i jej inhibitorami jest jedną z najściślej powiązanych, a trypsyna jest wiązana przez niektóre z jej inhibitorów trzustkowych prawie nieodwracalnie. W przeciwieństwie do prawie wszystkich znanych zespołów białkowych, niektóre kompleksy trypsyny związane przez jej inhibitory nie dysocjują łatwo po traktowaniu 8M mocznikiem.
Alternatywy trypsyny
Trawienie macierzy zewnątrzkomórkowej trypsyną jest powszechną praktyką w hodowli komórkowej, jednak ta enzymatyczna degradacja komórek może negatywnie wpływać na żywotność komórek i markery powierzchniowe, zwłaszcza w komórkach macierzystych. Istnieją łagodniejsze alternatywy niż trypsyna, takie jak Accutase™, które nie wpływają na markery powierzchniowe, takie jak cd14, cd117, cd49f, cd292. Accutase™ można nabyć od StemPro™, PELOBiotech GmbH i thermofisher . Chociaż Accutase™ zmniejsza poziomy powierzchniowe receptorów FasL i Fas na makrofagach , receptory te są związane z cytotoksycznością komórkową w układzie odpornościowym, a także może ułatwiać śmierć komórki związaną z apoptozą .
Zobacz też
Dalsza lektura
-
Brosens JJ, Salker MS, Teklaburg G, Nautiyal J, Salter S, Lucas ES i in. (Luty 2014). „Selekcja macicy embrionów ludzkich podczas implantacji” . Raporty naukowe . 4 : 3894. Bibcode : 2014NatSR...4E3894B . doi : 10.1038/srep03894 . PMC 3915549 . PMID 24503642 . Numer artykułu 3894 . Źródło 15 marca 2019 r . Artykuł dotyczący roli trypsyny w implantacji embrionów ludzkich.
{{ cite journal }}: CS1 maint: postscript ( link )
Linki zewnętrzne
- MEROPS dotycząca peptydaz i ich inhibitorów: Trypsyna 1 S01.151 , Trypsyna 2 S01.258 , Trypsyna 3 S01.174
- Inhibitory trypsyny i metoda oznaczania trypsyny w firmie Sigma-Aldrich
- Trypsyna w US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)