כימוטריפסין

כימוטריפסין הוא אנזים מערכת העיכול המזרז פירוק חלבונים באמצעות הידרוליזה, השייך למשפחת הסרין פרוטאזות. בדומה לפרוטאזות רבות אחרות, כימוטריפסין מחוץ לגוף גורם גם להידרוליזה של קשרים אסטרים והודות לכך מתאפשר שימוש בחומרים אנלוגים למצע כדוגמת N-אצטיל-L-פנילאלנין p-ניטרופניל אסטר למבחני פעילות אנזימטית. חלבונים מורכבים משרשראות של חומצות אמינו, הנקראות פפטידים, שלהן שני קצוות: קצה אמיני (NH2) וקצה קרבוקסילי (COOH). האנזים כימוטריפסין חותך פפטידים בצד הקרבוקסילי של חומצות אמינו, ובייחוד אחרי חומצות האמינו טירוזין, טריפטופן, מתיונין ופנילאלנין. חומצות אמינו אלו הן ארומטיות (חוץ ממתיונין), כלומר מכילות טבעות פחמן. לאורך זמן, האנזים גורם גם להידרוליזה של קשרים אמידים אחרים. בלבלב מיוצר הזימוגן כימוטריפסינוגן. זוהי מולקולה לא פעילה, אשר מבוקעת למולקולות על ידי האנזים טריפסין. בשלב זה האנזים פעיל באופן חלקי, ולאחר מכן הוא נחתך בשנית על ידי מולקולות כימוטריפסין אחרות, כדי להגיע לפעילות מלאה. טריפסין חותך את הכימוטריפסינוגן בין חומצה אמינית 15 ל-16. החלקים נותרים קשורים זה לזה באמצעות קשרי גופרית, מולקולות אלו מסוגלות לגרום להפעלה אחת של השנייה באמצעות הסרה של שני פפטידים קצרים. המולקולה הנוצרת בסופו של התהליך היא כימוטריפסין פעיל, מולקולה המורכבת משלושה פוליפפטידים הקשורים ביניהם בקשרים דיסולפידים. האתר הפעיל של האנזים מכוסה על ידי קטע של 6 חומצות אמינו, אשר מוסר כאשר הכימוטריפסינוגן מגיע אל חלל מערכת העיכול, ובא במגע עם הכימוטריפסין. שיטת שפעול זו היא חיונית ביותר למניעת פגיעה בלבלב, אשר בו הכימוטריפסינוגן מיוצר. כימוטריפסין מבקע קשרים פפטידים באמצעות השלשה הקטליטית Ser195, His57 ו-Asp102. האתר הפעיל עצמו הוא הידרופובי, ובעל כיס גדול יחסית שבעל זיקה גבוהה לחומצות אמינו ארומטיות. בסביבה בעלת תנאים פיזיולוגים סטנדרטים החמצן של סרין קשור למימן. עם זאת התכונות הכימיות של האתר הפעיל בכימוטרפסין מורידות את קבוע החומציות pKa (אנ') של סרין ומאפשרות לו למסור פרוטון, כלומר להתיינן, ביתר קלות. כמו כן סמוך לאתר הקשירה נמצא oxyanion hole. אתר זה מסוגל לייצב חמצן שעבר דה-פרוטונציה ולכן הוא עם מטען פורמלי שלילי. במקרה זה ה-oxyanion hole מורכב מGly193 והמימן שקשור לחנקן של Ser195 שמייצבים באמצעות קשרי מימן את המטעם הפורמלי השלילי. ניתן לחלק את המנגנון לשני שלבים מרכזיים שלב האצילציה ושלב הדה אצילציה. בשלב זה מתבקע הקשר הפפטידי H − C {\displaystyle {\ce {H-C}}} של השרשרת הפוליפפטידית. הקצה הפחמני המקורי של השרשרת מתנתק ויוצא לסבבה התאית ואילו החלק עם האמיני המקורי נשאר באתר הפעיל של האנזים, כאשר הקצה הפחמני שלו מקושר בקשר אסטרי ( R 1 − COO − R 2 {\displaystyle {\ce {R_1-COO-R_2}}} ) עם הכימוטריפסין כך שנוצר אציל (קבוצת O − R {\displaystyle {\ce {O - R}}} ) המחובר לאנזים. מתבצעת הידרוליזה של הקשר האסטרי ורגנרציה מחדש של האנזים. תחילה, הסובסטרט נקשר לאנזים. בשלב זה פרוטון עובר מ-Ser195 ל-His57, והסרין מבצע התקפה נוקלאופילית של קבוצת הקרבוניל של הסובסטרט. כתוצאה מהתקיפה מתקבל תוצר ביניים טטרהדראלי עם חמצן שעבר דה-פרוטונציה. חמצן זה מיוצב על ידי קשרי מימן ב-oxyanion hole.‏ תוצר הביניים מתפרק ונוצר בחזרה קשר כפול בין הפחמן הקרבונילי של הסובסטרט לחמצן. הקשר בין הקצה האמיני של החומצה האמינית הבאה לבין הפחמן הקרבונילי מתפרק, החנקן עובר פרוטונציה על ידי ההיסטידין והשרשרת הפפטידית בצד האמיני משתחררת. בשלב הבא, מולקולת מים מהתמיסה נקשרת להיסטידין, ומימן אחד עובר אליו. ההידרוקסיל נקשר לפחמן של הסובסטרט ושוב נוצר תוצר ביניים טטרהדראלי. הקשר עם הסרין נשבר, תוצר הביניים מתפרק, הסובסטרט עוזב את האנזים והאנזים יכול לקשור סובסטרט חדש. אנזים זה משתמש בתגובת חומצה בסיס לא ספציפית, כלומר תגובה אשר לא מערבת מולקולת מים. ניתן לראות זאת בשימוש הרב בפרוטונים המועברים ומוחזרים בין חומצות האמינו ובין הסובסטרט. כמו כן מתבצעת קטליזה קוולנטית על ידי הסרין שנקשר קוולנטית אל הסובסטרט כחלק מהתהליך. ולבסוף גם יש שימוש בתגובת חומצה בסיס ספציפית עם העברת הפרוטונים מהמים אל חומצות האמינו כחלק מתהליך הרגנרציה של האנזים. פרק זה לוקה בחסר. אנא תרמו לוויקיפדיה והשלימו אותו. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה. מדיה וקבצים בנושא כימוטריפסין בוויקישיתוף מצגת המסבירה את מנגנון הפעולה של האנזים באתר Sumanasinc (באנגלית)