Панкреатическая эластаза
| Панкреатическая эластаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.4.21.36 | ||
| Номер CAS. | 848900-32-3 | ||
| 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 | ||
| |||
| Панкреатическая эластаза II | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.4.21.71 | ||
| Номер CAS. | 75603-19-9 | ||
| 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 | ||
| |||
| Панкреатическая эндопептидаза Е | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.4.21.70 | ||
| Номер CAS. | 68073-27-8 | ||
| 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 | ||
| |||
Эластаза поджелудочной железы является формой эластазы , которая продуцируется в ацинарных клетках поджелудочной железы , первоначально продуцируемой как неактивный зимоген , а затем активированный в двенадцатиперстной кишке трипсином . Эластазы образуют подсемейство сериновых протеаз , характеризующихся отличительной структурой, состоящей из двух бета -бочек , сходящихся в активном месте, которые гидролизуют амиды и эфиры среди многих белков в дополнение к эластину , типу соединительной ткани, которая содержит органы вместе. Поджелудочная эластаза 1 представляет собой серин -эндопептидазу, специфический тип протеазы, которая имеет аминокислотный серин в своем активном сайте. Хотя рекомендуемое название является панкреатической эластазой, его также можно назвать эластазой-1, панкреатопептидазой, PE или сериновой эластазой.
Первоначально считалось, что первый изозим , панкреатическая эластаза 1, экспрессируется в поджелудочной железе. Однако позже было обнаружено, что это единственная химотрипсиноподобная эластаза, которая не экспрессируется в поджелудочной железе. Фактически, поджелудочная эластаза экспрессируется в базальных слоях эпидермиса (на уровне белка). Следовательно, поджелудочная эластаза 1 была переименована в Elastase 1 (ELA1) или химотрипсин-подобное семейство эластазы, член 1 ( Cela1 ). [ 1 ] В течение определенного периода времени считалось, что ELA1 / Cela1 не был транскрибирован в белок. [ 2 ] Однако позже было обнаружено, что он был выражен в кератиноцитах кожи . [ 3 ]
Клиническая литература, описывающая активность эластазы 1 человека в поджелудочной железе или фекалиях, на самом деле относится к семейству химотрипсиноподобных эластаз, члену 3B ( CELA3B ). [ 1 ]
Структура
[ редактировать ]Панкреатическая эластаза представляет собой компактный глобулярный белок с гидрофобным ядром. Этот фермент образуется тремя субъединицами. Каждая субъединица связывает один ион кальция ( кофактор ). есть три важных сайта связывания металлов В аминокислотах 77, 82, 87. [ 4 ] Каталитическая триада , расположенная в активном участке, образуется тремя водородными аминокислотными остатками (H71, D119, S214), и играет важную роль в способности расщепления всех протеаз. Он состоит из одной пептидной цепи из 240 аминокислот и содержит 4 дисульфидных моста. Он имеет высокую степень идентичности последовательности с эластазами поджелудочной железы, которые соответствуют другим видам, например, крысам, с которыми он разделяет 86% своей последовательности. [ 5 ] Его ферментативная активность является результатом конкретной трехмерной конформации, которую принимает его отдельная полипептидная цепь, и, следовательно, активность теряется путем денатурации и/или конформационных изменений. [ нужна ссылка ]
Ингибиторы
[ редактировать ]Elafin, the skin-derived elastase inhibitor, has been shown to be a potent and specific inhibitor of both the porcine homolog of ELA1 and human leukocyte elastase in vitro. Elafin is expressed by epidermal keratinocytes under hyperproliferative conditions such as psoriasis and wound healing. It has also been reported to be present in many other adult epithelia that are exposed to environmental stimuli: tongue, plate, lingual tonsils, gingiva, pharynx, epiglottis, vocal fold, esophagus, uterine cervix, vagina, and hair follicles. In all these tissues, the presence of inflammatory cells is physiologic and elafin expression is believed to protect against leukocyte proteases, thereby helping to maintain epithelial integrity.[citation needed]
Elafin on the contrary has never been found in the basal layer in any type of epithelial tissue. Indeed, elafin is virtually absent in normal human epidermis. The other known elastase inhibitor, SLPI, however, has been reported to be expressed in the basal keratinocytes suggesting that this may be the major elastase inhibitor in normal epidermis.[citation needed]
Alpha 1-antitrypsin and alpha-2-macroglobulin are human serum protease inhibitors that completely inhibit the general proteolytic activity of pancreatic elastase 1 and 2. It has been observed that a protease must be active in order to bind to these two inhibitors. Studies proved that the activity of elastase 2 was enhanced in 25-250 mM NaCl. The activity of elastase 2 in NaCl approached approximately twice the activity without NaCl. Elastase 1 is slightly inhibited above 150 mM NaCl[6]
Clinical significance
[edit]Mutations of the CELA1 gene were suspected to be associated with diffuse nonepidermolytic palmoplantar keratoderma (diffuse NEPPK).[3] However the suspected sequence variant was fully functional and did not strongly associate with the disease. More recently, a specific mutation in the KRT6C gene has been linked to some cases of diffuse NEPPK.[7]
A possible polymorphism of the CELA1 gene coding this protein was found. On a secondary structure level, this polymorphism manifests itself in an excision of a short sequence of CELA1. The disappeared sequence carries the key amino acid residues Val-227 and Thr-239, which contribute to the substrate specificity of elastase I (highlighted in Figure 3), as well as five of the eight amino acids involved in the primary contact of the elafin(inhibitor)/elastase complex formation. These observations imply that the sequence variant might modify the substrate specificity of the enzyme and abolish the inhibitor binding capability. Though there were no obvious pathogenic epidermal abnormalities associated with the truncated ELA1 variant, it is possible that carriers of the polymorphism may be at greater risk of developing the common skin diseases such as psoriasis and eczema (genetic and histologic studies will be required to investigate the role of ELA1 in these common epidermal disorders.).[3]
Biosynthesis
[edit]Pancreatic elastase is formed by activation of proelastase from mammalian pancreas by trypsin. After processing to proelastase, it is stored in the zymogen granules and then activated to elastase in the duodenum by the tryptic cleavage of a peptide bond in the inactive form of the precursor molecule.[8] This process results in the removal of an activation peptide from the N-terminal, that enables the enzyme to adopt its native conformation.[citation needed]
Isozymes
[edit]Humans have five chymotrypsin-like elastase genes which encode the structurally similar proteins:
| Family | Gene symbol | Protein name | EC number | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Approved | Previous | Approved | Previous | ||
| chymotrypsin- like |
CELA1 | ELA1 | chymotrypsin-like elastase family, member 1 | elastase 1, pancreatic | EC 3.4.21.36 |
| CELA2A | ELA2A | chymotrypsin-like elastase family, member 2A | elastase 2A, pancreatic | EC 3.4.21.71 | |
| CELA2B | ELA2B | chymotrypsin-like elastase family, member 2B | elastase 2B, pancreatic | EC 3.4.21.71 | |
| CELA3A | ELA3A | chymotrypsin-like elastase family, member 3A | elastase 3A, pancreatic | EC 3.4.21.70 | |
| CELA3B | ELA3B | chymotrypsin-like elastase family, member 3B | elastase 3B, pancreatic | EC 3.4.21.70 | |
Post-translational modifications
[edit]Glycosylation at Asn79 and Asn233.[9]
Gene
[edit]The gene that codes for pancreatic elastase 1 is CELA1 (synonym: ELA1) Pancreatic elastase 1 is encoded by a single genetic locus on chromosome 12. Studies of human pancreatic elastase 1 have shown that this serine protease maps to the chromosomal region 12q13[10] and it is close to a locus for an autosomal dominant skin disease, Diffuse nonepidermolytic palmoplantar keratoderma.[3]
Reactions
[edit]
The hydrolysis that elastases bring about occur in several steps, starting with the formation of a complex between elastase and its substrate, with the carbonyl carbon positioned near the nucleophilic serine, followed by a nucleophillic attack that forms an acyl-enzyme intermediate (a pair of electrons from the double bond of the carbonyl oxygen moves to the oxygen) while the first product is released. The intermediate is then hydrolyzed in a deacylation step, regenerating the active enzyme and resulting in the release of the second product ( the electron-deficient carbonyl carbon re-forms the double bond with the oxygen and the C-terminus of the peptide is released. It preferentially cleaves peptide bonds at the carbonyl end of amino acid residues with small hydrophobic side chains such as glycine, valine, leucine, isoleucine and alanine. The wide specificity of elastases for non-aromatic uncharged side chains can explain its ability to break down native elastin.[11]
Use in diagnostic tests
[edit]Human pancreatic elastase 1 (E1) is not degraded in intestinal transit, so that its concentration in feces reflects exocrine pancreatic function. In inflammation of the pancreas, E1 is released into the bloodstream. Thus the quantification of pancreatic elastase 1 in serum allows diagnosis or exclusion of acute pancreatitis.[12]
Main indications:
- Diagnosis and exclusion of exocrine pancreatic insufficiency caused by, e.g., chronic pancreatitis, cystic fibrosis, diabetes mellitus, cholelithiasis (gallstones), failure to thrive, pancreatic cancer, papillary stenosis
- Follow-up monitoring of patients with mild or moderate pancreatic insufficiency
- Diagnosis and exclusion of pancreatic involvement in, e.g., gastrointestinal symptoms, abdominal pain, osteoporosis.[13]
Method of detection:
- Sandwich ELISA with two monoclonal antibodies highly specific for human pancreatic elastase 1
- The ELISA kit is based on a microtiter plate (96 well format) with 12 breakable single strips x 8 wells suitable for up to 42 samples in duplicate
Reference concentration to interpret Pancreatic Elastase results: For adults and children after the first month of life
- Values > 200 μg elastase/g stool indicate normal exocrine pancreatic function
- Values of 100-200 μg elastase/g stool suggest mild to moderate pancreatic insuffiency
- Values < 100 μg elastase/g stool indicate exocrine pancreatic insufficiency.[14]
References
[edit]- ^ Jump up to: a b EntrezGene 1990
- ^ Rose SD, MacDonald RJ (June 1997). "Evolutionary silencing of the human elastase I gene (ELA1)". Hum. Mol. Genet. 6 (6): 897–903. doi:10.1093/hmg/6.6.897. PMID 9175736.
- ^ Jump up to: a b c d Talas U, Dunlop J, Khalaf S, Leigh IM, Kelsell DP (January 2000). "Human elastase 1: evidence for expression in the skin and the identification of a frequent frameshift polymorphism". J. Invest. Dermatol. 114 (1): 165–70. doi:10.1046/j.1523-1747.2000.00825.x. PMID 10620133.
- ^ Universal protein resource accession number Q9UNI1 at UniProt.
- ^ "Elastase". Worthington Enzyme Manual.
- ^ Largman C, Brodrick JW, Geokas MC (1976). "Purification and characterization of two human pancreatic elastases". Biochemistry. 15 (11): 2491–500. doi:10.1021/bi00656a036. PMID 819031.
- ^ Akasaka E, Nakano H, Nakano A, Toyomaki Y, Takiyoshi N, Rokunohe D, Nishikawa Y, Korekawa A, Matsuzaki Y, Mitsuhashi Y, Sawamura D (2011). "Diffuse and focal palmoplantar keratoderma can be caused by a keratin 6c mutation". Br. J. Dermatol. 165 (6): 1290–2. doi:10.1111/j.1365-2133.2011.10552.x. PMID 21801157. S2CID 36039184.
- ^ Gertler A, Birk Y (1970). "Isolation and characterization of porcine proelastase". Eur. J. Biochem. 12 (1): 170–6. doi:10.1111/j.1432-1033.1970.tb00835.x. PMID 5461547.
- ^ "CELA1 Gene". GeneCards.
- ^ Davies RL, Yoon SJ, Weissenbach J, Ward D, Krauter K, Kucherlapati R (October 1995). "Physical mapping of the human ELA1 gene between D12S361 and D12S347 on chromosome 12q13". Genomics. 29 (3): 766–8. doi:10.1006/geno.1995.9939. PMID 8575772.
- ^ Shotton DM (1970). "[7] Elastase". Elastase. Methods in Enzymology. Vol. 19. pp. 113–140. doi:10.1016/0076-6879(70)19009-4. ISBN 9780121818814.
- ^ Stein J, Schoonbroodt D, Jung M, Lembcke B, Caspary WF (1996). "Mesure de l'élastase fécale par immunoréactivité: une nouvelle approche indirecte de la fonction pancréatique" [Measurement of fecal elastase 1 by immunoreactivity: A new indirect test of the pancreatic function]. Gastroentérologie Clinique et Biologique (in French). 20 (5): 424–9. PMID 8761139.
- ^ Gonzales AC, Vieira SM, Maurer RL, Silva FA, Silveira TR (2011). "Use of monoclonal faecal elastase-1 concentration for pancreatic status assessment in cystic fibrosis patients". J Pediatr (Rio J). 87 (2): 157–62. doi:10.2223/JPED.2075. PMID 21503378.
- ^ Löser C, Möllgaard A, Fölsch UR (October 1996). "Faecal elastase 1: a novel, highly sensitive, and specific tubeless pancreatic function test". Gut. 39 (4): 580–6. doi:10.1136/gut.39.4.580. PMC 1383273. PMID 8944569.
External links
[edit]- Pancreatic+Elastase at the U.S. National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- Overview of all the structural information available in the PDB for UniProt: P00772 (Pancreatic elastase) at the PDBe-KB.
This article incorporates text from the United States National Library of Medicine, which is in the public domain.
