Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ас қорыту ферменттерінің тобы
Family of digestive enzymes
Трипсин – ұсақ ішектің алғашқы бөліміндегі фермент, ол ақуыз молекулаларын ас қорыту процесін бастайды, ұзақ тізбекті аминқышқылдарды кішірек бөліктерге бөліп кеседі. Бұл ПА кланына жататын серин протеазасы, көптеген омыртқалы жануарлардың ас қорыту жүйесінде кездеседі және ақуыздарды гидролиздейді. Трипсин ұсақ ішекте, қан базғы безінен шығатын трипсиноген проферменті белсендірілген кезде түзіледі. Трипсин пептидтік тізбектерді негізінен лизин немесе аргинин аминқышқылдарының карбоксилдік жағынан кесіп тастайды. Ол көптеген биотехнологиялық процестерде қолданылады. Бұл процеске трипсиноген протеолизі немесе трипсинизация деп аталады, ал трипсинмен қорытылған/өңделген ақуыздар трипсинизацияланған деп есептеледі. Трипсин 1876 жылы Вильгельм Кюне ашқан. Ол алғаш рет глицеринмен қан базғы безін уқалау арқылы бөліп алынғандықтан, "уқалау" деген мағына беретін көне грек сөзінен аталған.
Trypsin is an enzyme in the first section of the small intestine that starts the digestion of protein molecules by cutting long chains of amino acids into smaller pieces. It is a serine protease from the PA clan superfamily, found in the digestive system of many vertebrates, where it hydrolyzes proteins. Trypsin is formed in the small intestine when its proenzyme form, the trypsinogen produced by the pancreas, is activated. Trypsin cuts peptide chains mainly at the carboxyl side of the amino acids lysine or arginine. It is used for numerous biotechnological processes. The process is commonly referred to as trypsinogen proteolysis or trypsinization, and proteins that have been digested/treated with trypsin are said to have been trypsinized. Trypsin was discovered in 1876 by Wilhelm Kühne and was named from the Ancient Greek word for rubbing since it was first isolated by rubbing the pancreas with glycerin.
Функция
Он екі елі ішекте трипсин пептидтік байланыстардың гидролизіне катализаторлық әсер етеді, нәтижесінде ақуыздар кіші пептидтерге ыдырайды. Пептидтердің түзілген өнімдері басқа протеазалардың әрекетімен аминқышқылдарына дейін гидролизденеді, бұл оларды қан ағынына сіңіруге мүмкіндік береді. Трипсинмен ас қорыту – ақуыздардың сіңірілуі үшін қажетті кезең, себебі ақуыздардың көлемі әдетте кіші ішектің қабырғасы арқылы сіңірілуге тым ірі болып келеді. Трипсин қызбада белсенді емес трипсиноген түрінде пайда болады. Холецистокининмен қозғанда, қызба безі трипсиногенді қызба арнасы арқылы жұқа ішектің алғашқы бөлігіне (он екі елі ішекке) бөліп шығарады. Жұқа ішекке енгеннен кейін, энтерокиназа ферменті (кейде энтеропептидаза деп те аталады) трипсиногенді протеолитикалық жарылым арқылы трипсинге айналдырады. Содан кейін трипсин қосымша трипсин, химотрипсин және карбоксипептидазаны белсендіреді.
In the duodenum, trypsin catalyzes the hydrolysis of peptide bonds, breaking down proteins into smaller peptides. The peptide products are then further hydrolyzed into amino acids via other proteases, rendering them available for absorption into the blood stream. Tryptic digestion is a necessary step in protein absorption, as proteins are generally too large to be absorbed through the lining of the small intestine. Trypsin is produced as the inactive zymogen trypsinogen in the pancreas. When the pancreas is stimulated by cholecystokinin, it is then secreted into the first part of the small intestine (the duodenum) via the pancreatic duct. Once in the small intestine, the enzyme enterokinase (also called enteropeptidase) activates trypsinogen into trypsin by proteolytic cleavage. The trypsin then activates additional trypsin, chymotrypsin and carboxypeptidase.
Механизм
Ферменттік механизм басқа серин протеазаларына ұқсас. Бұл ферменттерде гистидин 57, аспартат 102 және серин 195-тен тұратын каталитикалық триада бар. Бұл каталитикалық үштік бұрын зарядты релелік жүйе деп аталатын, бұл сериннен гистидинге және гистидиннен аспартатқа протонды абстракциялауды білдіреді, бірақ ЯМР (NMR) деректеріне сәйкес, сериннің түзілген алкоксидтік түрі гистидиннің имидазол сақинасына қарағанда протонды күштірек тартады. Сондықтан, қазіргі көзқарас бойынша, серин мен гистидиннің әрқайсысы протонды тең бөліседі және олармен арасында қысқа, төмен кедергілі сутекті байланыстар құрайды. Осылайша, белсенді орындағы сериннің нуклеофилдігі артады, бұл протеолиз кезінде амид көміртек атомына шабуыл жасауға мүмкіндік береді. Трипсин катализдейтін ферменттік реакция термодинамикалық тұрғыдан қолайлы, бірақ маңызды белсендіру энергиясын қажет етеді (яғни, «кинетикалық тұрғыдан қолайсыз»). Сонымен қатар, трипсин Гли 193 және Сер 195 амин қышқылдарының омыртқалық амидтік сутек атомдарынан құралған «оксианиондық тесікке» ие, ол сутекті байланыс арқылы серин оттегінің нуклеофилдік шабуылынан кейін амид оттегінде жинақталатын теріс зарядты тұрақтандырады, нәтижесінде көміртек атомы тетраэдрлік геометрияға ие болады. Бұл тетраэдрлік аралық затты тұрақтандыру оның түзілуінің энергиялық кедергісін азайтуға көмектеседі және өтпелі күйдің еркін энергиясын төмендетумен байланысты. Өтпелі күйге артықшылықты байланысу фермент химиясының маңызды ерекшелігі болып табылады. Трипсиннің каталитикалық қалтасындағы (S1) теріс аспартат қалдығы (Asp 189) оң зарядталған лизин және/немесе аргининге тартып, тұрақтандыру үшін жауапты, демек, ферменттің таңдамалылығын анықтайды. Бұл трипсиннің лизин және аргинин амин қышқылдарының карбоксилдік жағында (немесе «C-терминалды жағында») ақуыздарды басып шығаратынын білдіреді, бірақ егер олардың бірі C-терминалды пролинмен байланысқан болса, бұл жағдай өзгеше. Дегенмен, кең ауқымды массалық спектрометрия деректері пролинмен де ажырау болатынын көрсетеді. Трипсин эндопептидаза болып саналады, яғни, ажырау полипептид тізбегінің ішінде жүреді, полипептидтердің соңғы амин қышқылдарында емес.
The enzymatic mechanism is similar to that of other serine proteases. These enzymes contain a catalytic triad consisting of histidine 57, aspartate 102, and serine 195. This catalytic triad was formerly called a charge relay system, implying the abstraction of protons from serine to histidine and from histidine to aspartate, but owing to evidence provided by NMR that the resultant alkoxide form of serine would have a much stronger pull on the proton than does the imidazole ring of histidine, current thinking holds instead that serine and histidine each have effectively equal share of the proton, forming short low barrier hydrogen bonds therewith. By these means, the nucleophilicity of the active site serine is increased, facilitating its attack on the amide carbon during proteolysis. The enzymatic reaction that trypsin catalyzes is thermodynamically favorable, but requires significant activation energy (it is "kinetically unfavorable"). In addition, trypsin contains an "oxyanion hole" formed by the backbone amide hydrogen atoms of Gly 193 and Ser 195, which through hydrogen bonding stabilize the negative charge which accumulates on the amide oxygen after nucleophilic attack on the planar amide carbon by the serine oxygen causes that carbon to assume a tetrahedral geometry. Such stabilization of this tetrahedral intermediate helps to reduce the energy barrier of its formation and is concomitant with a lowering of the free energy of the transition state. Preferential binding of the transition state is a key feature of enzyme chemistry. The negative aspartate residue (Asp 189) located in the catalytic pocket (S1) of trypsin is responsible for attracting and stabilizing positively charged lysine and/or arginine, and is, thus, responsible for the specificity of the enzyme. This means that trypsin predominantly cleaves proteins at the carboxyl side (or "C terminal side") of the amino acids lysine and arginine except when either is bound to a C terminal proline, although large scale mass spectrometry data suggest cleavage occurs even with proline. Trypsin is considered an endopeptidase, i. e., the cleavage occurs within the polypeptide chain rather than at the terminal amino acids located at the ends of polypeptides.
Қасиеттері
Адам трипсинінің оптималды жұмыс температурасы шамамен 37 °C құрайды. Ал, Атлантика трескасының дене температурасы әртүрлі болғандықтан, оның тірі қалуы үшін бірнеше түрлі трипсин қажет. Треска трипсиндеріне I трипсині, оның активтілік диапазоны 4-65 °C (40-150 °F) және максималды активтілігі 55 °C (130 °F) аралығында, сондай-ақ Y трипсині, оның активтілік диапазоны 2-30 °C (36-86 °F) және максималды активтілігі 21 °C (70 °F) аралығында жатады. Трипсин – ақуыз болғандықтан, оның молекулалық салмағы бастапқы көзіне байланысты әртүрлі болады. Мысалы, сиыр мен шошқадан алынған трипсиннің молекулалық салмағы 23,3 kDa деп хабарланады. Химотрипсиннің белсенділігін төмендететін фермент тежегіші – тосил-фенилаланилхлоромтилкетон (TPCK) трипсиннің активтілігіне әсер етпейді. Трипсиннің автолизденуін болдырмау үшін оны өте төмен температурада (-20 және -80 °C) сақтау керек, сондай-ақ pH 3-те сақтау немесе редуктивті метилирлеу арқылы өңделген трипсин қолдану арқылы да бұл процеске кедергі келтіруге болады. pH деңгейін 8-ге келтіргенде, активтілік қайта жаңарып, қалпына келеді.
Human trypsin has an optimal operating temperature of about 37 °C. In contrast, the Atlantic cod has several types of trypsins for the poikilotherm fish to survive at different body temperatures. Cod trypsins include trypsin I with an activity range of 4 to 65 °C (40 to 150 °F) and maximal activity at 55 °C (130 °F), as well as trypsin Y with a range of 2 to 30 °C (36 to 86 °F) and a maximal activity at 21 °C (70 °F). As a protein, trypsin has various molecular weights depending on the source. For example, a molecular weight of 23.3 kDa is reported for trypsin from bovine and porcine sources. The activity of trypsin is not affected by the enzyme inhibitor tosyl phenylalanyl chloromethyl ketone, TPCK, which deactivates chymotrypsin. Trypsin should be stored at very cold temperatures (between −20 and −80 °C) to prevent autolysis, which may also be impeded by storage of trypsin at pH 3 or by using trypsin modified by reductive methylation. When the pH is adjusted back to pH 8, activity returns.
Клиникалық маңызы
Трипсиннің панкреаста трипсиногеннің протеолитикалық ыдырауынан белсендірілуі панкреатитке алып келетін өздігінен қорытылуға себеп болатын бірқатар оқиғаларға әкелуі мүмкін. Цистоздық фиброз деп аталатын аутосомалық рецессивті аурудың бір салдары – трипсин және басқа ас қорыту ферменттерін панкреаста тасымалдаудың жеткіліксіздігі. Бұл меконий ілеусі деп аталатын бұзылысқа әкеледі, ол әдетте трипсин және басқа протеазалармен ыдыратылатын, содан кейін нәжіспен шығарылатын тым қалың меконий салдарынан ішек түйілуін (илеус) қамтиды.
Activation of trypsin from proteolytic cleavage of trypsinogen in the pancreas can lead to a series of events that cause pancreatic self digestion, resulting in pancreatitis. One consequence of the autosomal recessive disease cystic fibrosis is a deficiency in transport of trypsin and other digestive enzymes from the pancreas. This leads to the disorder termed meconium ileus, which involves intestinal obstruction (ileus) due to overly thick meconium, which is normally broken down by trypsin and other proteases, then passed in feces.
Қолданбалар
Трипсин ұйқы безінде көп мөлшерде кездеседі және оны оңай тазартуға болады. Сондықтан ол түрлі биотехнологиялық процестерде кеңінен қолданылады. Тіндер өсіру зертханасында трипсин жасушаларды жинау кезінде жасуша өсіру ыдысының қабырғасына жабысқан жасушаларды қайта суспензиялау үшін қолданылады. Кейбір жасушалар in vitro жағдайында өсіргенде ыдыстың қабырғаларына және түбіне жабысады. Трипсин өсірілген жасушаларды ыдысқа бекітіп ұстайтын белоктарды кесу үшін пайдаланылады, осылайша жасушаларды ыдыстардан алып тастауға болады. Трипсин бөлінген жасушаларды ажырату үшін де қолданылуы мүмкін (мысалы, жасушаларды бекіту және сұрыптау алдында). Трипсин ана сүтіндегі казеинды ыдыратуға қолданылады. Егер трипсин сүт ұнтағының ерітіндісіне қосылса, казеиннің ыдырауы сүттің мөлдірленуіне себеп болады. Реакция жылдамдығы сүттің мөлдірленуіне кеткен уақыт арқылы өлшенуі мүмкін. Трипсин биологиялық зерттеулерде, әсіресе протеомикалық тәжірибелерде белоктарды массалық спектрометриялық талдау үшін пептидтерге қорыту үшін жиі қолданылады, мысалы, гельдегі қорыту кезінде. Трипсин бұл үшін өте қолайлы, себебі ол өте нақты белгілі бірлікке ие, өйткені ол тек карбонил тобы аргинин немесе лизин қалдықтарымен байланысқан пептидтік байланыстарды гидролиздейді. Трипсин микробиологиялық түрінде қан ұюларын еріту үшін және панкреатикалық түрінде қабынуды емдеу үшін де қолданылуы мүмкін. Ветеринарияда трипсин жара спрейлерінің құрамына кіреді, мысалы, Debrisol, аттардың, ірі қара малдың, иттің және мысықтың жараларындағы өлі тіндерді және іріңді еріту үшін қолданылады.
Trypsin is available in high quantity in pancreases, and can be purified rather easily. Hence, it has been used widely in various biotechnological processes. In a tissue culture lab, trypsin is used to resuspend cells adherent to the cell culture dish wall during the process of harvesting cells. Some cell types adhere to the sides and bottom of a dish when cultivated in vitro. Trypsin is used to cleave proteins holding the cultured cells to the dish, so that the cells can be removed from the plates. Trypsin can also be used to dissociate dissected cells (for example, prior to cell fixing and sorting). Trypsin can be used to break down casein in breast milk. If trypsin is added to a solution of milk powder, the breakdown of casein causes the milk to become translucent. The rate of reaction can be measured by using the amount of time needed for the milk to turn translucent. Trypsin is commonly used in biological research during proteomics experiments to digest proteins into peptides for mass spectrometry analysis, e. g. in gel digestion. Trypsin is particularly suited for this, since it has a very well defined specificity, as it hydrolyzes only the peptide bonds in which the carbonyl group is contributed either by an arginine or lysine residue. Trypsin can also be used to dissolve blood clots in its microbial form and treat inflammation in its pancreatic form. In veterinary medicine, trypsin is an ingredient in wound spray products, such as Debrisol, to dissolve dead tissue and pus in wounds in horses, cattle, dogs, and cats.
Трипсин ингибиторы
Панкреаста белсенді трипсиннің әсерін болдырмау үшін, ол өте зиянды болуы мүмкін, оның орынсыз белсендірілуіне қарсы қорғаныс ретінде панкреаста BPTI және SPINK1, ал сарысуда α1 антитрипсин сияқты ингибиторлар бар. Белсенді емес трипсиногеннен ерте пайда болған кез келген трипсин ингибитормен байланысады. Трипсин мен оның ингибиторлары арасындағы ақуыз-ақуыздық өзара әрекеттесу ең тығыз байланысқандардың біріне жатады, ал трипсин кейбір панкреатикалық ингибиторларымен дерлік қайтарылмайтын түрде байланысады. Көптеген белгілі ақуыз жиынтықтарынан өзгеше, трипсин мен оның ингибиторларының кейбір кешендері 8M мочевинамен емдеуден кейін де оңай ыдырамайды. Трипсин ингибиторлары метаболизмдік және семіздік бұзылыстарын емдеу құралы ретінде қолданылуы мүмкін. Метаболизмдік бұзылыстар, семіздік және артық салмақ жұқпалы емес созылмалы аурулардың таралуын күшейтеді. Осы құбылысты азайтудың, соның ішінде трипсин ингибиторларын пайдаланудың әртүрлі жолдарын зерттеу – қоғамдық денсаулық саясатының маңызды мәселесі. Бұл ингибиторлар радиациялық қорғау және қатерлі ісікке қарсы әрекеттері арқылы ішек, сүт безі, тері және простата қатерлі ісіктерін азайтуға қабілетті. Трипсин ингибиторлары нейтрофиль протеазаларының шығарылуын реттеу және маңызды тіндік зақымдарды болдырмау үшін реттеуші механизмдер ретінде әрекет ете алады. Трипсин ингибиторларының антибактериялық әрекеттерінің механизмдері толыққанды түсініксіз болғанымен, зерттеулер бактериялық инфекцияларды емдеуде олардың қолданылу мүмкіндіктерін зерттеуге бағытталған. Алайда, Accutase макрофагтардағы FasL және Fas рецепторларының беткі деңгейін төмендетіп, иммундық жүйедегі жасушалық цитотоксикамен байланысты және апоптозға байланысты жасушалардың өлімін жеңілдетуі мүмкін. ProAlanase протеомикалық қолданыстарда трипсинге балама ретінде де қолданылуы мүмкін. ProAlanase – Aspergillus niger саңырауқұлағының протеазы, ол дұрыс жағдайларда жоғары протеолиттік белсенділікке және ас қорытуға қатысты жоғары ерекшелікке қол жеткізе алады. Бұрын An PEP ретінде зерттелген қышқыл пролил эндопептидаза протеазы ProAnalase, оның ерекшелігін анықтау үшін түрлі эксперименттерде зерттелді. ProAnalase қысқа ас қорыту уақытында және жоғары қышқылдық рН жағдайында LC-MS қолданыстарында ең жақсы нәтижелерді көрсетті.
To prevent the action of active trypsin in the pancreas, which can be highly damaging, inhibitors such as BPTI and SPINK1 in the pancreas and α1 antitrypsin in the serum are present as part of the defense against its inappropriate activation. Any trypsin prematurely formed from the inactive trypsinogen is then bound by the inhibitor. The protein protein interaction between trypsin and its inhibitors is one of the tightest bound, and trypsin is bound by some of its pancreatic inhibitors nearly irreversibly. In contrast with nearly all known protein assemblies, some complexes of trypsin bound by its inhibitors do not readily dissociate after treatment with 8M urea. Trypsin inhibitors can serve as tools when addressing metabolic and obesity disorders. Metabolic disorders, obesity, and being overweight are known to increase non communicable chronic disease prevalence. It is of public health policy interest to explore various ways to mitigate this occurrence including use of trypsin inhibitors. These inhibitors have capabilities of reducing colon, breast, skin, nad prostate cancer by way of radioprotective and anticarcinogenic activity. Trypsin inhibitors can act as regulatory mechanisms to control release of neutrophil proteases and avoid significant tissue damage. While the antibacterial action mechanisms of trypsin inhibitors are unclear, studies have aimed to study their mechanisms as potential applications in bacterial infection treatments. However Accutase decreases the surface levels of FasL and Fas receptor on macrophages, these receptors are associated with cell cytotoxicity in the immune system and can also facilitate apoptosis related cell death. ProAlanase could also serve as an alternative to Trypsin in proteomic applications. ProAlanase is an Aspergillus niger fungus protease that can achieve high proteolytic activity and specificity for digestion under the correct conditions. ProAnalase, the acidic prolyl endopeptidase protease, previously studied as An PEP, has been observed in various experiments to define its specificity. ProAnalase performed optimally in LC MS applications with short digestion times and highly acidic pH.