CHIMOTRIPSINA: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, FUNZIONI, MECCANISMO D'AZIONE - BIOLOGIA - 2025

La chimotripsina è la seconda proteina digestiva più abbondante secreta dal pancreas nell'intestino tenue. È un enzima appartenente alla famiglia delle serina proteasi ed è specializzato nell'idrolisi dei legami peptidici tra aminoacidi quali tirosina, fenilalanina, triptofano, metionina e leucina presenti nelle grandi proteine.

Il nome "chimotripsina" in realtà riunisce un gruppo di enzimi che sono prodotti dal pancreas e partecipano attivamente alla digestione intestinale delle proteine ​​negli animali. La parola deriva dall'azione renina-simile che questo enzima ha sul contenuto gastrico ovvero il “chimo”.

Struttura della chimotripsina (Fonte: Utente: Mattyjenjen tramite Wikimedia Commons)

Sebbene non si sappia esattamente quanto sia ampia la loro distribuzione nel regno animale, si ritiene che questi enzimi siano presenti almeno in tutti i cordati e ci sono segnalazioni della loro presenza in "phyla più primitivi" come gli artropodi. e quello dei celenterati.

In quegli animali che hanno un pancreas, questo organo è il sito principale della produzione di chimotripsina, così come altre proteasi, inibitori enzimatici e precursori o zimogeni.

Le chimotripsine sono gli enzimi più studiati e meglio caratterizzati, non solo in relazione alla loro biosintesi, ma anche per la loro attivazione da zimogeno, le loro proprietà enzimatiche, la loro inibizione, le loro caratteristiche cinetiche e catalitiche e la loro struttura generale.

Caratteristiche e struttura

Le chimotripsine sono endopeptidasi, cioè proteasi che idrolizzano i legami peptidici degli amminoacidi in posizioni "interne" di altre proteine; sebbene sia stato anche dimostrato che possono idrolizzare esteri, ammidi e arilammidi, sebbene con minore selettività.

Hanno un peso molecolare medio di circa 25 kDa (245 amminoacidi) e sono prodotti da precursori noti come chimotripsinogeni.

Dal pancreas di bovini sono stati purificati 2 tipi di chimotripsinogeni, A e B.Nel modello suino è stato descritto un terzo chimotripsinogeno, chimotripsinogeno C.Ognuno di questi tre zimogeni è responsabile della produzione di chimotripsine A, B e C, rispettivamente.

La chimotripsina A è costituita da tre catene polipeptidiche legate tra loro in modo covalente tramite ponti o legami disolfuro tra residui di cisteina. Tuttavia, è importante ricordare che molti autori lo considerano un enzima monomerico (composto da una singola subunità).

Queste catene compongono una struttura che ha una forma ellissoidale, in cui i gruppi che hanno cariche elettromagnetiche si trovano verso la superficie (ad eccezione degli amminoacidi che partecipano alle funzioni catalitiche).

Le chimotripsine sono generalmente altamente attive a pH acidi, sebbene quelle che sono state descritte e purificate da insetti e altri animali non vertebrati siano stabili a pH 8-11 ed estremamente instabili a pH inferiori.

Funzioni della chimotripsina

Quando il pancreas esocrino viene stimolato, sia da ormoni che da impulsi elettrici, questo organo rilascia granuli secretori ricchi di chimotripsinogeno che, una volta giunto nell'intestino tenue, viene tagliato da un'altra proteasi tra i residui 15 e 16 e poi viene " self-processing "per ottenere una proteina completamente attiva.

Forse la funzione principale di questo enzima è quella di agire di concerto con le altre proteasi escrete nel sistema gastrointestinale per la digestione o la degradazione delle proteine ​​consumate con il cibo.

I prodotti di detta proteolisi fungono successivamente da fonte di carbonio ed energia attraverso il catabolismo degli amminoacidi oppure possono essere "riciclati" direttamente per la formazione di nuove proteine ​​cellulari che eserciteranno molteplici e svariate funzioni a livello fisiologico.

Meccanismo di azione

Le chimotripsine esercitano la loro azione solo dopo essere state attivate, poiché vengono prodotte come forme "precursori" (zimogeni) chiamate chimotripsinogeni.

Meccanismo di reazione alla chimotripsina (Fonte: Hbf878 tramite Wikimedia Commons)

Formazione

Gli zimogeni della chimotripsina sono sintetizzati dalle cellule acinose del pancreas, dopo di che migrano dal reticolo endoplasmatico al complesso del Golgi, dove sono confezionati all'interno di complessi membranosi o granuli secretori.

Questi granuli si accumulano alle estremità degli acini e vengono rilasciati in risposta a stimoli ormonali o impulsi nervosi.

Attivazione

A seconda delle condizioni di attivazione, si possono trovare diversi tipi di chimotripsine, tuttavia, tutte comportano la "scissione" proteolitica di un legame peptidico nello zimogeno, chimotripsinogeno, un processo catalizzato dall'enzima tripsina.

La reazione di attivazione consiste inizialmente nella scissione del legame peptidico tra gli amminoacidi 15 e 16 del chimotripsinogeno, con cui si forma la π-chimotripsina, capace di “auto-processarsi” e di completare l'attivazione per autocatalisi.

L'azione di quest'ultimo enzima promuove la formazione di successivi peptidi legati da legami disolfuro e questi sono noti come catena A (dalla regione N-terminale e residui 1-14), catena B (residui da 16 a 146) e la catena C (regione C-terminale, che inizia con il residuo 149).

Le porzioni corrispondenti ai residui 14-15 e 147-148 (due dipeptidi) non hanno funzioni catalitiche e sono staccate dalla struttura principale.

Attività catalitica

La chimotripsina è responsabile dell'idrolizzazione dei legami peptidici, attaccando prevalentemente la porzione carbossilica degli amminoacidi che hanno gruppi laterali aromatici, cioè amminoacidi come tirosina, triptofano e fenilalanina.

Una serina (Ser 195) all'interno del sito attivo (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) di questo tipo di enzima è forse il residuo più essenziale per il suo funzionamento. Il meccanismo di reazione è il seguente:

- La chimotripsina è inizialmente in una forma "priva di substrato", dove la "triade" catalitica è costituita dal gruppo carbossilico laterale di un residuo di aspartato (102), dall'anello imidazolico di un residuo di istidina (57) e gruppo idrossile laterale di una serina (195).

- Il substrato incontra l'enzima e si lega ad esso per formare un tipico complesso enzima-substrato reversibile (secondo il modello miceliano), dove la "triade" catalitica facilita l'attacco nucleofilo attivando il gruppo idrossile del residuo serinico.

- Il punto chiave del meccanismo di reazione consiste nella formazione di un legame parziale, che si traduce nella polarizzazione del gruppo idrossile, che è sufficiente per accelerare la reazione.

- Dopo l'attacco nucleofilo, il gruppo carbossilico diventa un intermedio ossianionico tetraedrico, stabilizzato da due legami idrogeno formati dai gruppi N e H del residuo di Gly 193 e Ser 195.

- L'ossianione si “riorganizza” spontaneamente e si forma un intermedio enzimatico a cui è stato aggiunto un gruppo acilico (enzima acilato).

- La reazione prosegue con l'ingresso nel sito attivo di una molecola d'acqua, molecola che promuove un nuovo attacco nucleofilo che si traduce nella formazione di un secondo intermedio tetraedrico anch'esso stabilizzato da legami idrogeno.

- La reazione termina quando questo secondo intermedio si riorganizza e forma nuovamente il complesso enzima-substrato micaeliano, dove il sito attivo dell'enzima è occupato dal prodotto che contiene il gruppo carbossilico.

Riferimenti

1. Appel, W. (1986). Chimotripsina: proprietà molecolari e catalitiche. Biochimica clinica, 19 (6), 317-322.
2. Bender, ML, Killheffer, JV e Cohen, S. (1973). Chimotripsina. Revisioni critiche CRC in biochimica, 1 (2), 149-199.
3. Blow, DM (1971). 6 La struttura della chimotripsina. In Gli enzimi (Vol. 3, pp. 185-212). Academic Press.
4. Blow, DM (1976). Struttura e meccanismo della chimotripsina. Conti di ricerca chimica, 9 (4), 145-152.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL e Cox, MM (2008). Principi di biochimica di Lehninger. Macmillan.
6. Polgár, L. (2013). Meccanismi catalitici delle peptidasi serina e treonina. In Handbook of Proteolytic Enzymes (pp. 2524-2534). Elsevier Ltd.
7. Westheimer, FH (1957). Ipotesi per il meccanismo d'azione della chimotripsina. Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America, 43 (11), 969.