Трипсин
| Трипсин | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.4.21.4 | ||
| Номер CAS. | 9002-07-7 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
| Трипсин | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Трипсин | ||
| Пфам | PF00089 | ||
| ИнтерПро | ИПР001254 | ||
| УМНЫЙ | SM00020 | ||
| PROSITE | PDOC00124 | ||
| МЕРОПС | С1 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1c2g / СКОПе / СУПФАМ | ||
| CDD | cd00190 | ||
| |||
Трипсин — это фермент в первом отделе тонкой кишки, который начинает переваривание белковых молекул, разрезая длинные цепи аминокислот на более мелкие кусочки. Это сериновая протеаза из надсемейства клана PA , обнаруженная в пищеварительной системе многих позвоночных животных , где она гидролизует белки . [ 2 ] [ 3 ] Трипсин образуется в тонком кишечнике при его проферментной формы — трипсиногена , вырабатываемого поджелудочной железой активации . Трипсин разрезает пептидные цепи преимущественно на карбоксильной стороне аминокислот лизина или аргинина . Он используется во многих биотехнологических процессах. Этот процесс обычно называют протеолизом трипсиногена или трипсинизацией , а белки, которые были переварены/обработаны трипсином, считаются трипсинизированными. [ 4 ]
Трипсин был открыт в 1876 году Вильгельмом Кюне . [ 5 ] Хотя во многих источниках говорится, что Кюне назвал трипсин от древнегреческого слова «трипсис», обозначающего растирание, поскольку фермент был впервые выделен путем протирания поджелудочной железы стеклянным порошком и спиртом, на самом деле Кюне назвал трипсин от древнегреческого слова «трипто», которое означает «Я ломаюсь» или «Я распадаюсь на части». [ 6 ]
Функция
[ редактировать ]В двенадцатиперстной кишке пептидных связей , трипсин катализирует гидролиз расщепляя белки на более мелкие пептиды. Пептидные продукты затем гидролизуются до аминокислот с помощью других протеаз, что делает их доступными для всасывания в кровоток. Триптическое переваривание является необходимым этапом всасывания белков, поскольку белки обычно слишком велики, чтобы всасываться через слизистую оболочку тонкой кишки . [ 7 ]
Трипсин вырабатывается в виде неактивного зимогена в поджелудочной железе трипсиногена. Когда поджелудочная железа стимулируется холецистокинином , он затем секретируется в первую часть тонкой кишки ( двенадцатиперстную кишку ) через проток поджелудочной железы . Попадая в тонкий кишечник, фермент энтерокиназа (также называемый энтеропептидазой) активирует трипсиноген в трипсин путем протеолитического расщепления . Затем трипсин активирует дополнительный трипсин, химотрипсин и карбоксипептидазу .
Механизм
[ редактировать ]Ферментативный механизм аналогичен механизму других сериновых протеаз. Эти ферменты содержат каталитическую триаду, состоящую из гистидина -57, аспартата -102 и серина -195. [ 8 ] Эту каталитическую триаду раньше называли системой реле заряда, подразумевая отрыв протонов от серина к гистидину и от гистидина к аспартату, но благодаря данным ЯМР, что образующаяся в результате алкоксидная форма серина будет иметь гораздо более сильное притяжение к протону, чем является ли имидазольное кольцо гистидина, современные взгляды вместо этого утверждают, что каждый серин и гистидин имеют фактически равную долю протона, образуя короткий низкобарьерный водород облигации с ним. [ 9 ] [ нужна страница ] Таким образом, нуклеофильность серина активного центра увеличивается, что облегчает его атаку на амидный углерод во время протеолиза. Ферментативная реакция, которую катализирует трипсин, термодинамически выгодна, но требует значительной энергии активации (она « кинетически невыгодна»). Кроме того, трипсин содержит «оксианионную дырку», образованную атомами водорода основной цепи амида Gly-193 и Ser-195, которые посредством водородных связей стабилизируют отрицательный заряд, который накапливается на кислороде амида после нуклеофильной атаки на плоский амидный углерод со стороны кислород серина заставляет этот углерод принимать тетраэдрическую геометрию. Такая стабилизация этого тетраэдрического интермедиата способствует снижению энергетического барьера его образования и сопровождается понижением свободной энергии переходного состояния. Предпочтительное связывание переходного состояния является ключевой особенностью химии ферментов.
Отрицательный остаток аспартата (Asp 189), расположенный в каталитическом кармане (S1) трипсина, отвечает за привлечение и стабилизацию положительно заряженного лизина и/или аргинина и, таким образом, отвечает за специфичность фермента. Это означает, что трипсин преимущественно расщепляет белки на карбоксильной стороне (или « С-концевой стороне») аминокислот лизина и аргинина, за исключением случаев, когда любой из них связан с С-концевым пролином . [ 10 ] хотя данные крупномасштабной масс-спектрометрии предполагают, что расщепление происходит даже с пролином. [ 11 ] Трипсин считается эндопептидазой , т. е. расщепление происходит внутри полипептидной цепи, а не по концевым аминокислотам, расположенным на концах полипептидов .
Характеристики
[ редактировать ]Человеческий трипсин имеет оптимальную рабочую температуру около 37 °C. [ 12 ] Напротив, атлантическая треска имеет несколько типов трипсинов, позволяющих пойкилотермным рыбам выжить при разных температурах тела. Трипсины трески включают трипсин I с диапазоном активности от 4 до 65 °C (от 39 до 149 °F) и максимальной активностью при 55 °C (131 °F), а также трипсин Y с диапазоном активности от 2 до 30 °C ( от 36 до 86 °F) и максимальная активность при 21 °C (70 °F). [ 13 ]
Как белок, трипсин имеет различную молекулярную массу в зависимости от источника. Например, для трипсина из бычьего и свиного происхождения сообщается о молекулярной массе 23,3 кДа.
На активность трипсина не влияет ингибитор фермента тозилфенилаланилхлорметилкетон, TPCK , который дезактивирует химотрипсин .
Трипсин следует хранить при очень низких температурах (между -20 и -80 °C), чтобы предотвратить аутолиз , которому также может препятствовать хранение трипсина при pH 3 или использование трипсина, модифицированного восстановительным метилированием . Когда pH возвращается к pH 8, активность возвращается.
изоферменты
[ редактировать ]Эти человеческие гены кодируют белки с ферментативной активностью трипсина:
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Другие изоформы трипсина также могут быть обнаружены у других организмов.
Клиническое значение
[ редактировать ]Активация трипсина в результате протеолитического расщепления трипсиногена в поджелудочной железе может привести к ряду событий, которые вызывают самопереваривание поджелудочной железы, что приводит к панкреатиту . Одним из последствий аутосомно-рецессивного заболевания муковисцидозом является дефицит транспорта трипсина и других пищеварительных ферментов из поджелудочной железы. Это приводит к расстройству, называемому мекониевой непроходимостью кишечника , которая включает кишечную непроходимость ( илеус ) из-за слишком густого мекония , который обычно расщепляется трипсином и другими протеазами, а затем выделяется с калом. [ 14 ]
Приложения
[ редактировать ]Трипсин имеется в поджелудочной железе в больших количествах и его довольно легко очистить. Следовательно, он широко используется в различных биотехнологических процессах.
В лаборатории тканевых культур трипсин используется для ресуспендирования клеток, прилипших к стенкам чашки для культуры клеток в процессе сбора клеток. [ 15 ] Некоторые типы клеток прилипают к стенкам и дну чашки при культивировании in vitro . Трипсин используется для расщепления белков, удерживающих культивируемые клетки на чашке, чтобы клетки можно было удалить из чашек.
Трипсин также можно использовать для диссоциации рассеченных клеток (например, перед их фиксацией и сортировкой).
Трипсин можно использовать для расщепления казеина в грудном молоке. Если к раствору сухого молока добавить трипсин, распад казеина приведет к тому, что молоко станет прозрачным . Скорость реакции можно измерить, используя количество времени, необходимое для того, чтобы молоко стало прозрачным.
Трипсин обычно используется в биологических исследованиях во время протеомных экспериментов для переваривания белков в пептиды для масс-спектрометрического анализа, например, расщепления в геле . Для этого особенно подходит трипсин, поскольку он обладает очень четко определенной специфичностью, поскольку гидролизует только те пептидные связи, в которых карбонильная группа представлена остатком аргинина или лизина.
Трипсин также можно использовать для растворения тромбов в микробной форме и лечения воспаления в панкреатической форме.
В ветеринарии трипсин входит в состав спреев для ран, таких как Дебризол, для растворения омертвевших тканей и гноя в ранах у лошадей, крупного рогатого скота, собак и кошек. [ 16 ]
В еде
[ редактировать ]Коммерческие препараты протеаз обычно состоят из смеси различных ферментов протеаз, которая часто включает трипсин. Эти препараты широко используются в пищевой промышленности: [ 17 ]
- в качестве хлебопекарного фермента для улучшения обрабатываемости теста
- при экстракции приправ и ароматизаторов из растительных или животных белков и при производстве соусов
- для контроля образования аромата в сыре и молочных продуктах
- для улучшения текстуры рыбных продуктов
- чтобы смягчить мясо
- при холодной стабилизации пива
- при производстве гипоаллергенных продуктов питания, где протеазы расщепляют специфические аллергенные белки на неаллергенные пептиды, например, протеазы используются для производства гипоаллергенного детского питания из коровьего молока, тем самым снижая риск развития аллергии на молоко у младенцев .
Ингибитор трипсина
[ редактировать ]Чтобы предотвратить действие активного трипсина на поджелудочную железу, которое может быть очень разрушительным, такие ингибиторы, как BPTI и SPINK1 в поджелудочной железе и α1-антитрипсин в качестве защиты от его нежелательной активации присутствуют в сыворотке. Любой трипсин, преждевременно образовавшийся из неактивного трипсиногена, затем связывается ингибитором. Белково-белковое взаимодействие между трипсином и его ингибиторами является одним из наиболее тесно связанных, причем трипсин связывается с некоторыми из его ингибиторов поджелудочной железы почти необратимо. [ 18 ] В отличие от почти всех известных белковых комплексов, некоторые комплексы трипсина, связанные с его ингибиторами, не легко диссоциируют после обработки 8М мочевиной. [ 19 ]
Ингибиторы трипсина могут служить инструментами при лечении метаболических нарушений и ожирения. Известно, что метаболические нарушения, ожирение и избыточный вес увеличивают распространенность неинфекционных хронических заболеваний. [ 20 ] В политике общественного здравоохранения представляет интерес изучение различных способов смягчения этого явления, включая использование ингибиторов трипсина. Эти ингибиторы обладают способностью снижать риск рака толстой кишки, молочной железы, кожи и простаты посредством радиозащитной и антиканцерогенной активности. Ингибиторы трипсина могут действовать как регуляторные механизмы, контролируя высвобождение протеаз нейтрофилов и предотвращая значительное повреждение тканей. [ 20 ] Что касается сердечно-сосудистых заболеваний, связанных с непродуктивной активностью сериновых протеаз, ингибиторы трипсина могут блокировать их активность в агрегации тромбоцитов, фибринолизе, коагуляции и свертывании крови.
Многофункциональность ингибиторов трипсина включает в себя то, что они являются потенциальными ингибиторами протеазы активности АМФ. [ 21 ] Хотя механизмы антибактериального действия ингибиторов трипсина неясны, исследования были направлены на изучение их механизмов как потенциального применения при лечении бактериальных инфекций. [ 21 ] Исследования и сканирующая микроскопия показали антибактериальное воздействие на мембраны бактерий Staphylococcus aureus . [ 21 ] Ингибиторы трипсина из кожи амфибий способствуют гибели бактерий, что влияет на клеточную стенку и мембрану Staphylococcus aureus . [ 21 ] В исследованиях также анализировались антибактериальные действия пептидов-ингибиторов трипсина, белков и кишечной палочки . Результаты показали достаточную профилактику роста бактерий. Однако ингибиторы трипсина должны соответствовать определенным критериям, чтобы их можно было использовать в пищевых продуктах и медицинских целях. [ 21 ]
Альтернативы трипсину
[ редактировать ]Переваривание трипсином внеклеточного матрикса является обычной практикой в культуре клеток. Однако эта ферментативная деградация клеток может отрицательно влиять на жизнеспособность клеток и поверхностные маркеры, особенно на стволовые клетки. Существуют более щадящие альтернативы трипсину, такие как Accutase, которые не влияют на поверхностные маркеры, такие как cd14, cd117, cd49f, cd292. [ 22 ] [ 23 ] Однако аккутаза снижает поверхностные уровни рецепторов FasL и Fas на макрофагах . Эти рецепторы связаны с клеточной цитотоксичностью в иммунной системе и могут также способствовать гибели клеток, связанной с апоптозом . [ 24 ]
Проаланаза также может служить альтернативой трипсину в протеомных приложениях. [ 25 ] ProAlanase — это протеаза гриба Aspergillus niger , которая может достигать высокой протеолитической активности и специфичности пищеварения при правильных условиях. [ 25 ] ProAnalase, кислая пролилэндопептидаза протеаза, ранее изученная как An-PEP, наблюдалась в различных экспериментах для определения ее специфичности. [ 25 ] ProAnalase оптимально показала себя при использовании ЖХ-МС с коротким временем расщепления и очень кислым pH. [ 25 ]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ ВВП : 1УТН ; Лейрос Х.К., Брандсдал Б.О., Андерсен О.А., Ос В., Лейрос И., Хелланд Р. и др. (апрель 2004 г.). «Специфичность трипсина, подтвержденная расчетами LIE, рентгеновскими структурами и измерениями констант ассоциации» . Белковая наука . 13 (4): 1056–70. дои : 10.1110/ps.03498604 . ПМК 2280040 . ПМИД 15044735 .
- ^ Роулингс Н.Д., Барретт А.Дж. (1994). «[2] Семейства сериновых пептидаз» . Семейства сериновых пептидаз . Методы энзимологии. Том. 244. стр. 19–61. дои : 10.1016/0076-6879(94)44004-2 . ISBN 978-0-12-182145-6 . ПМЦ 7133253 . ПМИД 7845208 .
- ^ Немецкий физиолог Вильгельм Кюне (1837-1900) открыл трипсин в 1876 году. См.: Кюне В. (1877). «О трипсине (ферменте поджелудочной железы)» . Переговоры Ассоциации естествознания и медицины в Гейдельберге . новая серия. 1 (3): 194–198 - через Google Книги.
- ^ Энгелькинг ЛР (01 января 2015 г.). «Глава 7 — Переваривание белков». Учебник ветеринарной физиологической химии (Третье изд.). Бостон: Академическая пресса. стр. 39–44. дои : 10.1016/B978-0-12-391909-0.50007-4 . ISBN 978-0-12-391909-0 .
- ^ Кюне В. (6 марта 1876 г.). «О трипсине (ферменте поджелудочной железы)». В Медицинской ассоциации естествознания (ред.). естественной истории медицины в Гейдельберге ( Переговоры Ассоциации на немецком языке). Гейдельберг, Германия: Университетский книжный магазин Карла Винтера (опубликовано в 1877 г.). стр. 194–8 - через Archive.org.
- ^ Джиролами Г.С. (2024). «Происхождение и вероятная этимология слова трипсин» . Бык. Хист. Хим . 49 (1): 59–60.
- ^ «Переваривание белков» . Курс по выбору (Клиническая биохимия) . Тернопольский национальный медицинский университет. 14 июля 2015 года. Архивировано из оригинала 8 августа 2020 года . Проверено 11 апреля 2020 г.
- ^ Полгар Л. (октябрь 2005 г.). «Каталитическая триада сериновых пептидаз» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 62 (19–20): 2161–72. дои : 10.1007/s00018-005-5160-x . ПМЦ 11139141 . ПМИД 16003488 . S2CID 3343824 .
- ^ Фут D, Фут JG (2011). Биохимия (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-57095-1 . OCLC 690489261 .
- ^ «Модифицированный трипсин для секвенирования» (PDF) . promega.com. 01 апреля 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) 19 мая 2003 г. Проверено 8 февраля 2009 г.
- ^ Родригес Дж., Гупта Н., Смит Р.Д., Певзнер П.А. (январь 2008 г.). «Трипсин расщепляется раньше, чем пролин?» (PDF) . Журнал исследований протеома . 7 (1): 300–5. CiteSeerX 10.1.1.163.4052 . дои : 10.1021/pr0705035 . ПМИД 18067249 . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2020 г. Проверено 25 октября 2017 г.
- ^ Челулей Чейсон С., Брэнд Дж., Либ Э., Кулозик У. (март 2011 г.). «Анализ влияния изменений температуры в сочетании с различным щелочным pH на характер гидролиза β-лактоглобулина трипсином с использованием MALDI-TOF-MS/MS». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 59 (5): 1572–81. дои : 10.1021/jf1039876 . ПМИД 21319805 .
- ^ Гудмундсдоттир А, Палсдоттир Х.М. (2005). «Трипсины атлантической трески: от фундаментальных исследований к практическому применению». Морская биотехнология . 7 (2): 77–88. Бибкод : 2005МарБт...7...77Г . дои : 10.1007/s10126-004-0061-9 . ПМИД 15759084 . S2CID 42480996 .
- ^ Нун П.Г., Чжоу З., Сильверман Л.М., Джоуэлл П.С., Ноулз М.Р., Кон Дж.А. (декабрь 2001 г.). «Мутации гена муковисцидоза и риск панкреатита: связь с эпителиальным транспортом ионов и мутациями гена ингибитора трипсина» . Гастроэнтерология . 121 (6): 1310–9. дои : 10.1053/gast.2001.29673 . ПМИД 11729110 .
- ^ «Трипсин-ЭДТА (0,25%)» . Технологии стволовых клеток . Проверено 23 февраля 2012 г.
- ^ «Дебризол» . наркотики.com.
- ^ «Протеаза — база данных ГМО» . ГМО Компас . Евросоюз. 10 июля 2010 г. Архивировано из оригинала 24 февраля 2015 г. Проверено 1 января 2012 г.
- ^ Фут D, Фут JG (1995). Биохимия (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 396–400 . ISBN 978-0-471-58651-7 .
- ^ Левилье Н., Перон М., Аррио Б., Пудлес Дж. (октябрь 1970 г.). «О механизме действия протеолитических ингибиторов. IV. Влияние 8 М мочевины на стабильность трипсина в комплексах трипсин-ингибитор». Архив биохимии и биофизики . 140 (2): 474–83. дои : 10.1016/0003-9861(70)90091-3 . ПМИД 5528741 .
- ^ Jump up to: а б Кристина Оливейра де Лима В., Пьювезам Г., Леаль Лима Масиэль Б., Хелонеида де Араужо Мораис А (декабрь 2019 г.). «Ингибиторы криптопсина: многообещающие сатиетогенные белки в качестве дополнительного лечения ожирения и метаболических нарушений?» . Журнал ингибирования ферментов и медицинской химии . 34 (1): 405–419. дои : 10.1080/14756366.2018.1542387 . ПМК 6327991 . ПМИД 30734596 .
- ^ Jump up to: а б с д и де Соуза Насименту А.М., де Оливейра Второй В.Х., Фелипе Камело Агиар А.Дж., Пьювезам Дж., Соуза Пассос Т., Флорентино да Силва Чавес Дамасцено К.С. и др. (декабрь 2022 г.). «Механизмы антибактериального действия и механизм действия ингибиторов трипсина: систематический обзор» . Журнал ингибирования ферментов и медицинской химии . 37 (1): 749–759. дои : 10.1080/14756366.2022.2039918 . ПМЦ 8856033 . ПМИД 35168466 .
- ^ Цюань Ю, Ян Ю, Ван Х, Фу Ц, Ван В, Ву Дж и др. (2012). «Влияние клеточной диссоциации на идентификацию стволовых клеток рака молочной железы». Биомаркеры рака . 12 (3): 125–33. дои : 10.3233/CBM-130300 . ПМИД 23481571 .
- ^ Ског М., Сивлер П., Стейнвалл И., Айли Д., Сьоберг Ф., Эльмасри М. (май 2019 г.). «Влияние ферментативного пищеварения на культивируемые эпителиальные аутотрансплантаты» . Трансплантация клеток . 28 (5): 638–644. дои : 10.1177/0963689719833305 . ПМК 7103596 . ПМИД 30983404 .
- ^ Лай Т.Ю., Цао Дж., Оу-Янг П., Цай С.И., Линь С.В., Чен С.С. и др. (апрель 2022 г.). «Различные методы отделения прикрепившихся клеток и их влияние на экспрессию рецептора Fas и лиганда Fas на клеточной поверхности» . Научные отчеты . 12 (1): 5713. Бибкод : 2022NatSR..12.5713L . дои : 10.1038/s41598-022-09605-y . ПМЦ 8983651 . ПМИД 35383242 .
- ^ Jump up to: а б с д Самодова Д., Хосфилд С.М., Крамер К.Н., Джулии М.В., Каппеллини Е., Франсиоза Г. и др. (декабрь 2020 г.). «Проаланаза является эффективной альтернативой трипсину для приложений протеомики и картирования дисульфидных связей» . Молекулярная и клеточная протеомика . 19 (12): 2139–2157. дои : 10.1074/mcp.tir120.002129 . ПМК 7710147 . ПМИД 33020190 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бросенс Дж.Дж., Салкер М.С., Текленбург Г., Наутиял Дж., Солтер С., Лукас Э.С. и др. (февраль 2014 г.). «Маточная селекция эмбрионов человека при имплантации» . Научные отчеты . 4 : 3894. Бибкод : 2014NatSR...4E3894B . дои : 10.1038/srep03894 . ПМЦ 3915549 . ПМИД 24503642 . Артикул 3894 . Проверено 15 марта 2019 г. Статья о роли трипсина при имплантации эмбрионов человека.
{{cite journal}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Онлайн-база данных MEROPS 5 апреля 2008 по пептидазам и их ингибиторам: Трипсин 1 S01.151. Архивировано г. в Wayback Machine . Трипсин 2 S01.258. Архивировано 19 сентября 2019 г. в Wayback Machine . Трипсин 3 S01.174. Архивировано в 2019 г. 09-19 в Wayback Machine
- Ингибиторы трипсина и метод анализа трипсина в Sigma-Aldrich
- Трипсин Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)