QUIMOTRIPSINA: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, FUNCIONS, MECANISME D'ACCIÓ - BIOLOGIA - 2025

La quimotripsina és la segona proteïna digestiva més abundant secretada pel pàncrees cap a l'intestí prim. És un enzim que pertany a la família de les serín-proteases i s'especialitza en la hidròlisi dels enllaços peptídics entre aminoàcids com la tirosina, la fenilalanina, el triptòfan, la metionina i la leucina presents en proteïnes de grans dimensions.

El nom "quimiotripsina" reuneix, en realitat, a un grup d'enzims que són produïdes pel pàncrees i que participen activament de la digestió intestinal de proteïnes en els animals. La paraula deriva de l'acció tipus renina que té aquest enzim sobre els continguts gàstrics o el "quim".

Estructura de la quimotripsina (Font: User: Mattyjenjen via Wikimedia Commons)

Tot i que no se sap amb exactitud què tan àmplia és la seva distribució en el regne animal, es considera que aquests enzims són presents a el menys en tots els cordats i hi informes de la seva presència a "talls més primitius" com el dels artròpodes i el dels celenterats.

En aquells animals que posseeixen pàncrees, tal òrgan és el principal lloc de producció de quimotripsinas, així com d'altres proteases, inhibidors enzimàtics i precursors o zimògens.

Les quimotripsinas són els enzims més estudiades i millor caracteritzades, no només en relació al seu biosíntesi, sinó també amb la seva activació a partir de l'zimògen, les seves propietats enzimàtiques, la seva inhibició, les seves característiques cinètiques i catalítiques i la seva estructura general.

Característiques i estructura

Les quimotripsinas són endopeptidasas, és a dir, són proteases que hidrolitzen enllaços peptídics d'aminoàcids en posicions "internes" d'altres proteïnes; encara que també s'ha demostrat que poden hidrolitzar esters, amides i arilamidas, encara que amb menor selectivitat.

Tenen un pes molecular mitjana d'uns 25 kDa (245 aminoàcids) i són produïdes a partir de precursors que es coneixen com quimiotripsinógenos.

De el pàncrees d'animals bovins s'han purificat 2 tipus de quimiotripsinógenos, l'A i el B. En el model porcí es va descriure un tercer quimiotripsinógeno, el quimotripsinogen C. Cada un d'aquests tres zimògens és responsable de la producció de les quimotripsinas A, B i C, respectivament.

La quimotripsina A està formada per tres cadenes polipeptídiques que estan unides entre si covalentment a través de ponts o enllaços disulfur entre residus de cisteïna. No obstant això, és important esmentar que molts autors la consideren un enzim monomèrica (composta per una sola subunitat).

Aquestes cadenes componen una estructura que té forma d'el·lipsoide, en la qual els grups que posseeixen càrregues electromagnètiques es situen cap a la superfície (a excepció dels aminoàcids que participen en les funcions catalítiques).

Generalment les quimotripsinas són summament actives a pH àcids, encara que aquelles que han estat descrites i purificades d'insectes i d'altres animals no vertebrats són estables a pH entre 8 i 11 i summament inestables a pH més baixos.

Funcions de la quimiotripsina

Quan el pàncrees exocrí és estimulat, bé sigui per hormones o per impulsos elèctrics, aquest òrgan allibera uns grànuls secretorios rics en quimiotripsinógeno, el qual, un cop arriba al intestí prim és tallat per una altra proteasa entre els residus 15 i 16 i després és " acte processada "per retre una proteïna completament activa.

Potser la funció principal d'aquest enzim és actuar en concert amb les altres proteases excretades cap al sistema gastrointestinal per a la digestió o degradació de les proteïnes consumides amb els aliments.

Els productes d'aquesta proteòlisi serveixen, posteriorment, com a font de carboni i energia a través de l'catabolisme d'aminoàcids o poden ser "reciclats" directament per a la conformació de noves proteïnes cel·lulars que exerciran múltiples i variades funcions a nivell fisiològic.

Mecanisme d'acció

Les quimotripsinas exerceixen les seves accions només després de ser activades, ja que aquestes són produïdes com unes formes "precursores" (zimògens) denominades quimiotripsinógenos.

Mecanisme de reacció de la quimotripsina (Font: Hbf878 via Wikimedia Commons)

formació

Els zimògens de la quimotripsina són sintetitzats per les cèl·lules acinars de pàncrees, després de la qual cosa migren des del reticle endoplàsmic cap al complex de Golgi, on són empaquetades dins de complexos membranosos o grànuls secretorios.

Aquests grànuls s'acumulen en els extrems dels acinos i són alliberats en resposta a estímuls hormonals o impulsos nerviosos.

activació

Depenent de les condicions d'activació es poden trobar diversos tipus de quimotripsinas, però, totes impliquen el "tall" proteolític d'un enllaç peptídic al zimógeno, el quimotripsinogen, procés catalitzat per l'enzim tripsina.

La reacció d'activació consisteix inicialment en el tall de l'enllaç peptídic entre els aminoàcids 15 i 16 de l'quimotripsinogen, de manera que es forma la π-quimotripsina, capaç de "acte processar" i completar l'activació per autocatálisis.

L'acció d'aquesta última enzim promou la formació de després de pèptids units mitjançant enllaços disulfurs i aquests es coneixen com la cadena A (de la regió N-terminal i els residus 1-14), la cadena B (residus de l'16 a l'146) i la cadena C (regió C-terminal, que comença amb el residu 149).

Les porcions corresponents als residus 14-15 i 147-148 (dos dipèptids) no tenen funcions catalítiques i es desprenen de l'estructura principal.

activitat catalítica

La quimotripsina s'encarrega de hidrolitzar enllaços peptídics, atacant predominantment la porció carboxílica dels aminoàcids que posseeixen grups laterals aromàtics, és a dir, aminoàcids com la tirosina, el triptòfan i la fenilalanina.

Una serina (Ser 195) dins el lloc actiu (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) d'aquest tipus d'enzims és potser el residu més essencial per al seu funcionament. El mecanisme de reacció és el següent:

- La quimotripsina inicialment es troba en una forma "lliures de substrat", on la "tríada" catalítica consisteix en el grup carboxil lateral d'un residu d'aspartat (102), l'anell de imidazol d'un residu d'histidina (57) i el grup hidroxil lateral d'una serina (195).

- El substrat es troba amb l'enzim i s'uneix a aquesta per formar un complex reversible enzim-substrat típic (segons el model de micaeliano), on la "tríada" catalítica facilita l'atac nucleofílic a l'activar el grup hidroxil de l'residu de serina.

- El punt clau de l'mecanisme de reacció consisteix en la formació d'un enllaç parcial, el que resulta en la polarització de el grup hidroxil, que és suficient per accelerar la reacció.

- Després de l'atac nucleofílic, el grup carboxil es converteix en un intermediari oxianión tetraèdric, el qual és estabilitzat per dos ponts d'hidrogen formats pels grups N i H de l'residu de Gly 193 i Ser 195.

- El oxianión es "reacomoda" espontàniament i es forma un intermediari enzimàtic a el qual se li ha afegit un grup acil (enzim acilada).

- La reacció continua amb l'entrada d'un molècula d'aigua a el lloc actiu, molècula que promou un nou atac nucleofílic que resulta en la formació d'un segon intermediari tetraèdric que també és estabilitzat per uns ponts d'hidrogen.

- La reacció acaba quan aquest segon intermediari es reacomoda novament i forma una altra vegada el complex micaeliano enzim-substrat, on el lloc actiu de l'enzim està ocupat pel producte que conté el grup carboxil.

referències

1. Appel, W. (1986). Chymotrypsin: molecular and catalytic properties. Clinical biochemistry, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV, & Cohen, S. (1973). Chymotrypsin. CRC critical reviews in biochemistry, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 The Structure of Chymotrypsin. In The enzymes (Vol. 3, pp. 185-212). Academic Press.
4. Blow, DM (1976). Structure and mechanism of chymotrypsin. Accounts of chemical research, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, A EL, & Cox, MM (2008). Lehninger principles of biochemistry. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Catalytic mechanisms of serine and threonine peptidases. In Handbook of Proteolytic Enzymes (pp. 2524-2534). Elsevier Ltd
7. Westheimer, FH (1957). Hypothesis for the mechanism of action of chymotrypsin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (11), 969.