Химотрипсин — фермент поджелудочной железы¶

Химотрипсин — протеолитический (белковорасщепляющий) фермент класса сериновых протеаз, вырабатываемый поджелудочной железой млекопитающих и человека в форме неактивного предшественника — химотрипсиногена. В тонком кишечнике под действием энтерокиназы и трипсина химотрипсиноген активируется и превращается в химотрипсин, который участвует в переваривании белков пищи. Фермент широко применяется в биохимии, медицине и промышленности.

¶Открытие и изучение

Химотрипсин был открыт в 1934 году американским биохимиком Джоном Нортропом, который выделил его в кристаллическом виде из экстрактов поджелудочной железы. Нортроп, работавший совместно с Джеймсом Самнером и Уэнделлом Стэнли, установил, что химотрипсиноген, находящийся в секреторных клетках поджелудочной железы, сам по себе неактивен и активируется под действием трипсина. За работы по кристаллизации ферментов Нортроп, Самнер и Стэнли были удостоены Нобелевской премии по химии в 1946 году.

В 1951 году была определена первичная структура химотрипсина, а в дальнейшем — трёхмерная структура методом рентгеноструктурного анализа. Эти исследования позволили детально описать механизм каталитического действия фермента.

¶Структура и механизм действия

Химотрипсин относится к семейству S1 сериновых протеаз. Молекула фермента состоит из трёх полипептидных цепей, связанных дисульфидными мостиками, которые образуются в процессе активации из одноцепочечного химотрипсиногена путём отщепления двух пептидных фрагментов.

Активный центр химотрипсина включает так называемый каталитический триад — три аминокислотных остатка: серин-195, гистидин-57 и аспарагин-102. Механизм гидролиза пептидных связей основан на нуклеофильной атаке карбонильного углерода пептидной связи гидроксильной группой серина, активированной гистидином. В результате образуется ацилированный фермент, который затем гидролизуется с освобождением продукта.

Химотрипсин проявляет высокую специфичность: он гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических (фенилаланин, тирозин, триптофан) и крупных гидрофобных аминокислот. В отличие от трипсина, который расщепляет связи после аргинина и лизина, химотрипсин предпочитает расщеплять связи после остатков с крупными неполярными боковыми цепями.

¶Биосинтез и активация

Химотрипсин синтезируется в ацинарных клетках поджелудочной железы в виде неактивного профермента — химотрипсиногена (молекулярная масса около 25 кДа). Секреция неактивного предшественника защищает ткани поджелудочной железы от самопереваривания.

Активация происходит в просвете двенадцатиперстной кишки. Пищевой химус, поступающий из желудка, стимулирует высвобождение энтерокиназы (энтепептидазы) клетками слизистой оболочки кишки. Энтерокиназа преобразует трипсиноген в трипсин, а трипсин, в свою очередь, катализирует превращение химотрипсиногена в химотрипсин. Таким образом, активация представляет собой каскадный процесс, при котором небольшое количество энтерокиназы запускает цепную реакцию активации протеаз.

¶Роль в пищеварении

В тонком кишечнике химотрипсин обеспечивает дальнейшее расщепление пептидов, образованных в результате действия пепсина в желудке и панкреатических протеаз. Он гидролизует крупные пептиды до более коротких фрагментов, которые затем подвергаются окончательному расщеплению пептидазами щёточной каймы кишечного эпителия до аминокислот, всасываемых в кровь.

Нарушение выработки или активации химотрипсина и других панкреатических протеаз приводит к нарушению переваривания белков — мальдигестии, что наблюдается при хроническом панкреатите, муковисцидозе и других заболеваниях поджелудочной железы.

¶Применение

¶Медицина

В медицинской практике кристаллический химотрипсин применяется местно для расщепления некротизированных тканей, гнойных масс и фибринозных наложений. Он входит в состав ферментных препаратов, используемых для лечения гнойных ран, ожогов, трофических язв, а также в офтальмологии — для расслоения задней капсулы хрусталика после катарактоэктомии (капсулотомия). Препарат вводят интракапсулярно или парабульбарно.

¶Биохимия и молекулярная биология

Химотрипсин традиционно используется в лабораторной практике для расщепления белков при определении их первичной структуры (метод фрагментации), при подготовке образцов для масс-спектрометрии, а также в качестве реагента для модификации белков. Химотрипсин-агароза применяется в аффинной хроматографии.

¶Промышленность

Фермент находит применение в пищевой промышленности при производстве гидролизатов белка, в кожевенном производстве для снятия волос и обработки шкур, а также в некоторых биотехнологических процессах.

¶См. также

¶Источники

Нортроп Д. «Кристаллические ферменты» (1948)
Сtry J. «Enzyme Structure and Mechanism» (1979)
Ферменты: структура и функция / под ред. Т. Э. Питерса, — М.: Мир, 1982
Большая медицинская энциклопедия, 3-е издание

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru