Ішек ферменті: Ентеропептидазаның құрылымы мен қызметі
Enteropeptidase
Ентеропептидаза – ұйымдық фермент, ішектегі ас қорытуға жауапты. Трипсинге айналдырып, панкреатикалық ферменттерді белсендіреді. Құрамы мен қызметі туралы біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Энзимдер класы
Class of enzymes
Энтеропептидаза (сонымен қатар энтерокиназа деп те аталады) – он екі елі ішектің жасушаларымен өндірілетін және адамдар мен басқа жануарлардың ас қорытуына қатысатын фермент. Энтеропептидаза трипсиногенді (зимоген) оның белсенді түріне – трипсинге айналдырады, осының нәтижесінде ұйқы безінің ас қорыту ферменттері белсендіріледі. Энтеропептидазаның жетіспеуі ішектегі ас қорытудың нашарлауына әкеледі. Энтеропептидаза – 82 140 кДа дисульфидтік байланыс арқылы байланысқан ауыр тізбек пен 35–62 кДа жеңіл тізбектен тұратын серин протеаза болып табылады. Ауыр тізбек энтерокиназаны ішек қылқаламшасының мембранасына бекітеді, ал жеңіл тізбек каталитикалық суббірлікті қамтиды. Энтеропептидаза серин протеазалардың химотрипсин кланының құрамына кіреді және құрылымы жағынан осы ақуыздарға ұқсас.
Enteropeptidase (also called enterokinase) is an enzyme produced by cells of the duodenum and is involved in digestion in humans and other animals. Enteropeptidase converts trypsinogen (a zymogen) into its active form trypsin, resulting in the subsequent activation of pancreatic digestive enzymes. Absence of enteropeptidase results in intestinal digestion impairment. Enteropeptidase is a serine protease consisting of a disulfide linked heavy chain of 82 140 kDa that anchors enterokinase in the intestinal brush border membrane and a light chain of 35–62 kDa that contains the catalytic subunit. Enteropeptidase is a part of the chymotrypsin clan of serine proteases, and is structurally similar to these proteins.
Тарихи маңызы
Энтеропептидазаны 1904 жылы асқазан-ішек физиологиясын зерттегені үшін физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығын алған Иван Павлов ашқан. Бұл басқа ферменттерді белсендіретін алғашқы фермент және ол метаболизм жолдарын реттеу үшін серин протеазаларының қалай жасалғанына керемет мысал болып табылады. Асқазан асты безіндегі ас қорыту ферменттерінің инертті қызметі, олардың ішектегі күшті әрекетімен салыстырғанда белгілі болды, бірақ бұл айырмашылықтың себебі белгісіз болды. 1899 жылы Павловтың шәкірті Н. П. Шеповальников иттің он екі елі безінің секрециясы панкреатикалық ферменттердің, әсіресе трипсиногеннің ас қорыту белсенділігін айтарлықтай күшейтетінін көрсетті. Белсенді принцип ішектегі басқа ферменттерді де белсендіре алатын арнайы фермент ретінде танылды. Павлов оны энтерокиназа деп атады. Энтерокиназаның кофактор немесе фермент екендігі туралы дауды Куньиц шешті, ол энтерокиназаның трипсиногенді белсендіруінің каталитикалық екенін көрсетті. 1950 жылдары сиырдың трипсиногенінің N-терминалды гексапептидтің бөлінуі арқылы автокатализдік түрде белсендірілетіні дәлелденді. IUBMB ентеропептидаза деген дәлірек атау 1970 жылдан бері қолданыста. Дегенмен, энтерокиназа деген бастапқы атау ұзақ тарихқа ие және осы күнгі күнге дейін кеңінен қолданылуда.
Enteropeptidase was discovered by Ivan Pavlov, who was awarded the 1904 Nobel Prize in Physiology or Medicine for his studies of gastrointestinal physiology. It is the first known enzyme to activate other enzymes, and it remains a remarkable example of how serine proteases have been crafted to regulate metabolic pathways. The inert function of digestive enzymes within the pancreas was known, as compared to their potent activity within the intestine, but the basis of this difference was unknown. In 1899, Pavlov's student, N. P. Schepowalnikov, demonstrated that canine duodenal secretions dramatically stimulated the digestive activity of pancreatic enzymes, especially trypsinogen. The active principle was recognized as a special enzyme in the intestine that could activate other enzymes. Pavlov named it enterokinase. The debate of whether enterokinase was a cofactor or enzyme was resolved by Kunitz, who showed that the activation of trypsinogen by enterokinase was catalytic. In the 1950s, cattle trypsinogen was shown to be activated autocatalytically by cleavage of an N terminal hexapeptide. The more precise IUBMB name enteropeptidase has been in existence since 1970. However, the original name ‘enterokinase’ has a long history and remains in common use.
Фермент құрылымы
Энтеропептидаза – бұл ІІ типті трансмембраналық серин протеаза (ТТСП), ол он екі елі және жалқау ішектің шырышты қабығының қабықшасының шетіне орналасқан және дуоденаза немесе трипсинмен белсендірілуі қажет зимоген, проэнтеропептидаза ретінде синтезделеді. ТТСП-лар әртүрлі ұзындықтағы N-терминалды пропептидтік тізбектері бар бір тізбекті зимогендер ретінде синтезделеді. Бұл ферменттер лизин немесе аргинин қалдықтарының карбоксил жағындағы жоғары сақталған активация мотиві бойынша кесілу арқылы белсендіріледі. Белсендірілгеннен кейін ТТСП про- және каталитикалық домендерді байланыстыратын сақталған дисульфидтік байланыс арқылы мембранаға бекітілген күйде қалады деп болжанады. Ірі қара малдың энтеропептидазасы жағдайында бастапқы трансляциялық өнім 1035 қалдықтан тұрады және күтілетін массасы 114,9 кДа. Шамамен 160 кДа анықталған масса, 30-40% көмірсулардың болуымен сәйкес келеді, онда бейтарап және амин қанттары тең мөлшерде кездеседі. Lys800-ден кейін белсенділік кесілу орны есейген ірі қара энтеропептидазасының ауыр және жеңіл тізбектерін бөліп шығарады. Ауыр тізбекте 17 потенциалды N-байланысты гликозилдеу орны және жеңіл тізбекте 3 орны бар; олардың көпшілігі басқа түрлерде де сақталған. Ауыр тізбектің N-ұшына жақын гидрофобтық бөлігі трансмембраналық бекіткішті қолдайды. Ауыр тізбек энтеропептидазаның ерекшелігіне әсер етеді. Табиғи энтеропептидаза соя трипсин ингибиторына төзімді. Алайда, табиғи белокты шектеулі түрде азайту арқылы немесе COS жасушаларында мутагенез және экспрессия арқылы алынған оқшауланған жеңіл тізбек өте нәзік. Табиғи энтеропептидаза мен оқшауланған жеңіл тізбектің Gly (Asp)4 Lys NHNap-қа қатысты белсенділігі ұқсас, бірақ оқшауланған жеңіл тізбектің трипсиногенге қатысты белсенділігі айқын түрде төмендеген. Трипсиногенді танудағы ұқсас селективті ақау екі тізбекті энтеропептидазада қыздыру немесе ацетилдеу арқылы туындауы мүмкін. Бұл мінез-құлық каталитикалық орталықтың және бір немесе бірнеше екіншілік субстрат байланысу орындарының трипсиногенді оңтайлы тану үшін маңызды екенін көрсетеді.
Enteropeptidase is a type II transmembrane serine protease (TTSP) localized to the brush border of the duodenal and jejunal mucosa and synthesized as a zymogen, proenteropeptidase, which requires activation by duodenase or trypsin. TTSPs are synthesized as single chain zymogens with N terminal propeptide sequences of different lengths. These enzymes are activated by cleavage at the carboxyl side of lysine or arginine residues present in a highly conserved activation motif. Once activated, TTSPs are predicted to remain membrane bound through a conserved disulfide bond linking the pro and catalytic domains. In the case of cattle enteropeptidase the primary translation product comprises 1035 residues with an expected mass of 114.9 kDa. The detected apparent mass of about 160 kDa is consistent with the specified carbohydrate content of 30 40%, with equal amounts of neutral and amino sugars. The activation cleavage site after Lys800 splits the heavy and light chains of mature cattle enteropeptidase. There are 17 potential N linked glycosylation sites in the heavy chain and three in the light chain; most of these are conserved in other species. The heavy chain has a hydrophobic section near the N terminus that supports the transmembrane anchor. The heavy chain influences the specificity of enteropeptidase. Native enteropeptidase is resistant to soybean trypsin inhibitor. However, the isolated light chain is subtle whether prepared by limited reduction of the natural protein or by mutagenesis and expression in COS cells. Native enteropeptidase and the isolated light chain have similar activity toward Gly (Asp)4 Lys NHNap, but the secluded light chain has distinctly decreased activity toward trypsinogen An analogous selective defect in the recognition of trypsinogen can be produced in two chain enteropeptidase by heating or by acetylation. This behavior implies that the catalytic center and one or more secondary substrate binding sites are essential for optimal recognition of trypsinogen.
Генетика және аурудың маңыздылығы
Адамда энтеропептидаза 21q21 хромосомасындағы TMPRSS15 (сондай-ақ ENTK деп те белгілі, бұрын PRSS7) генімен кодталады. Бұл гендегі кейбір қате кодтаушы және фрейм-шифт мутациялары энтеропептидаза жетіспеушілігіне байланысты зардап шеккен нәрестелерде өсудің қанағаттандырмас деңгейімен сипатталатын сирек кездесетін рецессивті ауруға алып келеді. Энтеропептидазаның мРНК экспрессиясы тек жақын ішекте ғана шектеледі, ал ақуыз он екі елі ішектің және жақын ішектің энтероциттерінде табылады. Панкреастан он екі елі ішекке секрецияланғанда трипсиноген энтеропептидазамен кездеседі және белсендіріледі. Трипсин содан кейін басқа панкреатикалық серин протеазаларының (химотрипсиноген және проэластазалар), металлопротеазаларының (прокарбоксипептидазалар) және пролипазалардың цимогендерін кесіп, белсендіреді. Осы қарапайым екі қадамдық каскад арқылы осы ас қорыту гидролазаларының зиянды әрекеті ішектің люменімен шектеледі. Бұл жолдың физиологиялық маңыздылығы энтеропептидазаның туа біткен жетіспеушілігінен туындаған ішек мальабсорбциясымен дәлелденеді. Бұл жағдай өмірге қауіпті болуы мүмкін, бірақ панкреатикалық экстрактты ауызға қабылдау арқылы түзетіледі.
In humans, enteropeptidase is encoded by the TMPRSS15 gene (also known as ENTK, and previously as PRSS7) on chromosome 21q21. Some nonsense and frameshift mutations in this gene lead to a rare recessive disorder characterised by severe failure to thrive in affected infants, due to enteropeptidase deficiency. Enteropeptidase mRNA expression is limited to the proximal small intestine, and the protein is found in enterocytes of duodenum and proximal jejunum. Upon secretion from the pancreas into the duodenum, trypsinogen encounters enteropeptidase and is activated. Trypsin then cleaves and activates other pancreatic serine protease zymogens (chymotrypsinogen and proelastases), metalloprotease zymogens (procarboxypeptidases) and prolipases. By means of this simple two step cascade, the destructive activity of these digestive hydrolases is confined to the lumen of the intestine. The physiological importance of this pathway is demonstrated by the severe intestinal malabsorption caused by congenital deficiency of enteropeptidase. This condition can be life threatening, but responds to oral supplementation with pancreatic extract.
Қолданбалар
Энтеропептидазаның таңдаулылығы оны биохимиялық қолданулар үшін өте қолайлы құралға айналдырады; осы тізбек арқылы байланыстырылған C-терминалдық аффинитет таңбасы бар (мысалы, поли His) қосымша ақуызын энтеропептидазамен ақуыз тазалаудан кейін мақсатты ақуызды алу үшін кесуге болады.
Enteropeptidase's specificity makes it an ideal tool in biochemical applications; a fusion protein containing a C terminal affinity tag (such as poly His) linked by this sequence can be cleaved by enteropeptidase to obtain the target protein following protein purification.