Химотрипсин как пищеварительный фермент¶

Химотрипсин — сериновая протеаза (фермент класса гидролаз), расщепляющая пептидные связи в белках и полипептидах. В организме человека и животных вырабатывается в поджелудочной железе в виде неактивного предшественника — химотрипсиногена, который активируется в двенадцатиперстной кишке под действием трипсина. Относится к семейству химотрипсинподобных сериновых протеаз (класс S1, семейство PA). Молекулярная масса около 25 кДа, оптимум pH — 7,5–8,5.

¶История изучения

Химотрипсин был выделен и описан в 1930-х годах. В 1934 году американский биохимик Джон Хоуард Нортроп получил его в кристаллическом виде, что стало одним из первых доказательств белковой природы ферментов. За эту работу Нортроп совместно с Джеймсом Самнером и Уэнделлом Стэнли был удостоен Нобелевской премии по химии в 1946 году. В 1967 году американские исследователи Дэвид Блоу, Брайан Хартли и Роберт Ондрей установили пространственную структуру молекулы химотрипсина методом рентгеноструктурного анализа — это был один из первых белков, строение которого удалось определить с атомным разрешением.

¶Строение и механизм действия

Молекула химотрипсина состоит из трёх полипептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками. Активный центр образован так называемой каталитической триадой: остатками серина, гистидина и аспарагиновой кислоты. Механизм катализа включает нуклеофильную атаку гидроксильной группы серина на карбонильный углерод расщепляемой связи, образование тетраэдрического интермедиата и последующий гидролиз.

Химотрипсин преимущественно гидролизует связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокислот — тирозина, триптофана и фенилаланина, а также лейцина и метионина. Этим он отличается от трипсина, который расщепляет связи после лизина и аргинина.

¶Биологическая роль

В пищеварительной системе химотрипсин участвует в расщеплении белков пищи до коротких пептидов и аминокислот, которые затем всасываются в тонком кишечнике. Синтезируется ацинарными клетками поджелудочной железы в виде зимогена — химотрипсиногена, который секретируется в просвет двенадцатиперстной кишки и активируется трипсином путём отщепления короткого активационного пептида. Такая каскадная активация защищает ткань железы от самопереваривания.

¶Применение

¶Медицина

Химотрипсин применяется в офтальмологии для расщепления цинновой связки при экстракции катаракты, в хирургии — для обработки ран и разжижения вязких экссудатов, в пульмонологии — для разжижения мокроты. Используется также при лечении некоторых форм мастита и воспалительных процессов. В России препараты на основе химотрипсина выпускались в виде растворов для инъекций и местного применения.

¶Биохимия и биотехнология

Фермент широко используется в лабораторной практике: для фрагментирования белков при масс-спектрометрическом анализе, в методах пептидного картирования, для снятия клеток с подложек в культуральных работах. Химотрипсин служит модельным объектом в исследованиях ферментативного катализа и белковой инженерии.

¶Пищевая промышленность

Ограниченно применяется для гидролиза белков при производстве белковых гидролизатов и в сыроварении как заменитель сычужного фермента.

¶Ингибиторы и регуляция

Активность химотрипсина подавляется специфическими ингибиторами, в том числе соевым ингибитором трипсина, а также синтетическими соединениями — фенилметилсульфонилфторидом и N-тозил-L-фенилаланинхлорметилкетоном. В организме человека существует собственный ингибитор — α1-антитрипсин, контролирующий избыточную протеолитическую активность.

¶Клиническое значение

Повышение уровня химотрипсина в крови может наблюдаться при остром панкреатите и обострении хронического панкреатита. Недостаточность фермента приводит к нарушению переваривания белков и развитию синдрома мальабсорбции. Врождённый дефицит панкреатических ферментов, включая химотрипсин, встречается при муковисцидозе и некоторых редких генетических заболеваниях.

¶Сравнение с родственными ферментами

Все перечисленные ферменты синтезируются поджелудочной железой и действуют в щелочной среде тонкого кишечника.

¶Получение

Промышленно химотрипсин получают из поджелудочных желёз крупного рогатого скота и свиней. Сырьё экстрагируют, проводят солевое фракционирование, хроматографическую очистку и лиофилизацию. Препарат выпускается в виде порошка белого или слегка желтоватого цвета, хорошо растворимого в воде.

Источники: Нортроп Дж., Кунитц М., Херриот Р. «Кристаллические ферменты»; Страйер Л. «Биохимия»; Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. «Биологическая химия»; материалы базы данных UniProt (фермент CHT).