Трипсин как пищеварительный фермент¶

Трипсин — сериновая протеаза (фермент класса гидролаз), расщепляющая пептидные связи белков и пептидов. В организме человека и животных вырабатывается в поджелудочной железе в виде неактивного предшественника — трипсиногена, который активируется в двенадцатиперстной кишке. Относится к группе эндопептидаз: гидролизует внутренние связи полипептидной цепи, преимущественно после остатков основных аминокислот — лизина и аргинина. Трипсин — один из ключевых ферментов пищеварения, а также распространённый инструмент лабораторной и промышленной биотехнологии.

¶История изучения

Белковую природу трипсина и его роль в переваривании пищи установил в 1876 году немецкий физиолог Вильгельм Кюне, он же предложил название «трипсин» (от греч. thrypsis — разжижение). В 1931 году Джон Нортроп с сотрудниками получил фермент в кристаллическом виде и доказал, что это белок; за работы по ферментам Нортроп был удостоен Нобелевской премии по химии (1946). В 1960-х годах определена первичная структура бычьего трипсиногена, а затем — пространственная структура молекулы. В России исследования пищеварительных ферментов развивали физиологи Иван Павлов и его школа, изучавшие секрецию поджелудочного сока.

¶Химическая природа и механизм действия

Трипсин — глобулярный белок с молекулярной массой около 24 кДа, состоящий из одной полипептидной цепи. Его активный центр содержит «каталитическую триаду» из остатков гистидина, аспарагиновой кислоты и серина — отсюда отнесение к сериновым протеазам. Фермент гидролизует пептидную связь, атакуя карбонильный углерод; серин триады выступает нуклеофилом.

Ключевая особенность — высокая субстратная специфичность: трипсин разрезает связи, образованные карбоксильными группами лизина и аргинина. Оптимум действия — слабощелочная среда (pH 7,5–8,5), что соответствует условиям двенадцатиперстной кишки, куда поступает щелочной сок поджелудочной железы. При pH ниже 4–5 фермент необратимо инактивируется, поэтому в кислой среде желудка он не работает.

¶Активация и регуляция

Трипсин синтезируется в ацинарных клетках поджелудочной железы как трипсиноген — неактивный зимоген, что защищает саму железу от самопереваривания. В просвете двенадцатиперстной кишки кишечный фермент энтерокиназа (энтеропептидаза) отщепляет от трипсиногена короткий активационный пептид, превращая его в активный трипсин. Далее трипсин по механизму аутокатализа активирует новые молекулы трипсиногена, а также другие зимогены поджелудочного сока — химотрипсиноген, прокарбоксипептидазы, проэластазу.

Активность фермента регулируется белковыми ингибиторами. В поджелудочной железе и плазме крови присутствует ингибитор трипсина (в том числе α1-антитрипсин), предотвращающий преждевременное переваривание тканей. Нарушение этого баланса лежит в основе острого панкреатита.

¶Биологическая роль

В пищеварении трипсин вместе с химотрипсином и карбоксипептидазами расщепляет белки до коротких пептидов и свободных аминокислот, которые затем всасываются в тонкой кишке. Помимо пищеварительной функции, трипсин участвует в каскадах активации других ферментов, в процессах свёртывания крови и фибринолиза, в регуляции тонуса сосудов и в воспалительных реакциях.

¶Применение

¶В медицине и лабораторной практике

• Диагностика: определение активности трипсина и его предшественников в крови и кале используется для оценки функции поджелудочной железы; иммунореактивный трипсин новорождённых — маркер муковисцидоза при неонатальном скрининге.
• Клеточные технологии: трипсин применяют для открепления клеток от культуральной поверхности и разделения тканей при получении клеточных культур.
• Лекарственные средства: препараты трипсина использовались наружно для обработки ран, при ожогах и в офтальмологии; в РФ зарегистрированы комбинированные ферментные препараты для заместительной терапии при недостаточности поджелудочной железы.

¶В промышленности и биотехнологии

Трипсин используют в пищевой промышленности (гидролиз белков, производство белковых гидролизатов), в кожевенном производстве для мягчения кож, в производстве моющих средств и в молекулярной биологии — для «отпечатков» белков при масс-спектрометрическом анализе (триптический гидролиз). Фермент получают из поджелудочных желёз крупного рогатого скота и свиней.

¶Значение и перспективы

Трипсин — классический объект энзимологии; на его примере сформулированы представления о механизме действия сериновых протеаз, о зимогенной активации и о специфичности ферментов. В биотехнологии рекомбинантный трипсин рассматривается как более безопасная альтернатива препаратам животного происхождения, что снижает риск переноса инфекционных агентов. Изучение ингибиторов трипсина важно для терапии панкреатита и ряда воспалительных заболеваний.

Источники: учебники по биохимии (А. Ленинджер, Д. Нельсон и М. Кокс), руководства по энзимологии, материалы по физиологии пищеварения школы И. П. Павлова, справочные издания по лабораторной диагностике.