Tripsin
Tripsin je enzim koji pripada skupini serinskih proteaza koji sudjeluje u razgradnji proteina kidanjem peptidnih veza. Sintetizira se u gušterači u neaktivnom obliku kao tripsinogen, a aktivira se u tankom crijevu gdje ima ključnu ulogu u probavi proteina. Zbog svoje visoke specifičnosti i selektivnosti u vidu kidanja proteina nakon aminokiselina arginina i lizina, tripsin se široko koristi u proteomici i masenoj spektrometriji.[1]
Tripsin je globularni protein relativno kompaktne strukture sastavljen od jednog polipeptidnog lanca od približno 220 aminokiselina. Pripada obitelji serinskih proteaza i njegova struktura sastoji se od kombinacije sekundarnih struktura, β-naboranih ploča i α-uzvojnica. Struktura tripsina većinski je sastavljena od β-naboranih ploča, dok su u manjoj mjeri prisutne i α-uzvojnice. Takav raspored stvara vrlo stabilnu trodimenzionalnu konfiguraciju koja omogućuje precizno pozicioniranje aminokiselina važnih za katalizu.[2]
Molekula tripsina organizirana je u dvije glavne domene koje su povezane fleksibilnim segmentima polipeptidnog lanca. Između tih domena nalazi se udubljenje koje tvori aktivno mjesto enzima. Upravo u tom području dolazi do vezanja supstrata i enzimske reakcije. Stabilnost strukture dodatno osiguravaju disulfidne veze između cisteinskih ostataka. Tripsin sadrži više disulfidnih mostova koji održavaju pravilan prostorni raspored proteina čak i u uvjetima probavnog sustava, gdje promjene pH i prisutnost drugih enzima mogu destabilizirati proteine. Trodimenzionalna struktura tripsina otkrivena je uz pomoć tehnike X-ray kristalografije, a danas se za proučavanje dinemičkih procesa i interakcija tripsina s ostalim enzimima koriste tehnike NMR-a i krio-elektronske mikroskopije.
Najvažniji dio aktivnog mjesta predstavlja takozvana katalitička trijada. Ona se sastoji od tri aminokiseline: serina, histidina i aspartata. Te aminokiseline međusobno surađuju tijekom katalize i omogućuju kidanje peptidnih veza u proteinima.
Mehanizam djelovanja svodi se na sljedeće: aminokiselina serin djeluje kao nukleofil i izravno sudjeluje u reakciji, histidin prenosi protone tijekom procesa, dok aspartat stabilizira histidin i omogućuje pravilno funkcioniranje cijelog sustava.[3]
Osim katalitičke trijade, tripsin ima i specifični džep vezanja (engl. specificity pocket). Taj dio enzima određuje koje će peptide tripsin prepoznati i kidati.
Tripsin preferira kidanje peptidnih veza nakon pozitivno nabijenih aminokiselina, prvenstveno lizina i arginina.[4] To je moguće zato što se u specifičnom džepu vezanja nalazi negativno nabijeni aspartat koji stabilizira pozitivne naboje tih aminokiselina. S obzirom da može selektivno vezati supstrate koji imaju lizin i/ili arginin, tripsin može kontrolirano razgrađivati proteine. Ovakav predvidljiv obrazac kidanja je razlog zašto je tripsin jedan od najčešće korištenih enzima u znanosti.
Tripsin je jedan od glavnih probavnih enzima zaduženih za razgradnju proteina. Spada u skupinu proteaza koje djeluju na način da hidroliziraju peptidne veze između aminokiselina. Uloga tripsina je razgradnja velikih proteina, unesenih prehrambenim putem, na manje peptide i posljednje, aminokiseline. Ovaj mehanizam je izrazito važan jer su sami proteini preveliki za apsorpciju kroz crijevnu stijenku. Zato je tripsin kao enzim presudan u apsorpciji hranjivih tvari i općenito, metabolizmu organizma. Proizvodi se u gušterači stoga se izlučuje u duodendum, početni dio tankog crijeva.[2] Nadalje, ne djeluje samostalno, već zajedno s drugim enzimima. Također, s obzirom da je snažan proteolitički enzim, njegova aktivnost mora biti strogo regulirana.
Tripsin se ne sintetizira odmah u aktivnom obliku zbog svoje snage. Gušterača proizvodi neaktivni prekursor tripsina koji se naziva tripsinogen. Ovakav neaktivni prekursor enzima se naziva zimogen. Mehanizam sinteze tripsina u neaktivnom obliku je bitan jer bi inače u svom aktivnom obliku počeo razgrađivati stanice gušterače. Nakon izlučivanja u tanko crijevo, dolazi u kontakt s enzimom enteropeptidazom, ili drugi naziv enterokinazom. Enteropeptidaza radi tako da uklanja kratki aktivacijski peptid iz tripsinogena, pretvarajući ga u aktivni oblik – tripsin.[5]
Tripsinogen se sintetizira u acinusnim stanicama. Acinusne stanice su specijalizirane za proizvodnju i izlučivanje probavnih enzima. Prvo se na ribosomima hrapavog endoplazmatskog retikuluma sintetiziraju probavni enzimi, uključujući i tripsinogen. Zatim odlazi u membranske vezikule odnosno zimogene granule koje služe za skladištenje i sprječavanje kontakta enzima s drugim proteinima. Kada zimogena granula dobije signal poput probavnog hormona kolecistokinina, acinusna stanica je stimulirana na izlučivanje enzima. Egzocitozom izlaze i dolaze do centroacinusnih stanica koje su zapravo početak sustava odvoda. Zatim dalje nastavljaju putem interkalatnog odvoda koji se na kraju spaja s glavnim vodom gušterače i ulijeva u duodendum zajedno s ostalim enzimima, vodom i bikarbonatima za neutralizaciju kiseline. Ako bi došlo do prerane aktivacije unutar gušterače, probavni enzimi mogli bi početi razgrađivati tkivo same gušterače.[6]
Nakon svoje aktivacije, tripsin pokreće proteolitičku aktivacijsku kaskadu zbog čega se može smatrati središnjim regulatorom. Nakon što nastanu prve molekule aktivnog tripsina, aktiviraju se dodatne molekule tripsinogena. Time nastaje pozitivan povratni mehanizam koji brzo povećava aktivnost probavnih enzima u crijevu. Zatim, aktivira i druge zimogene poput kimotripsinogena, proelastaze i prokarboksipeptidaze. Kada se aktiviraju, kimotripsin siječe nakon aromatskih aminokiselina, dok elastaza djeluje na male neutralne aminokiseline. Karboksipeptidaza dodatno razgrađuje peptide uklanjanjem aminokiselina s krajeva peptidnih lanaca.[6] Ovakva aktivacijska kaskada omogućuje učinkovitu i koordiniranu razgradnju prehrambenih proteina. Mehanizam kaskade također povećava učinkovitost probave s obzirom da je mala početna količina aktiviranog tripsina potrebna za stvaranje i otpuštanje velike količine proteolitičkih enzima.
Aktivnost tripsina strogo je regulirana. Glavni mehanizam regulacije predstavlja SPINK1, inhibitor serinskih proteaza tipa Kazal 1. U slučaju kada se mala količina tripsinogena ipak aktivira unutar gušterače, SPINK1 se veže za aktivni tripsin i inhibira njegovu funkciju. Time sprječava aktivaciju drugih zimogena i blokira proteolitičku kaskadu. Međutim, ako količina aktivnog tripsina u gušterači postane prevelika, inhibitorni kapacitet SPINK1 može biti nadjačan. Tada dolazi do nekontrolirane aktivnosti tripsina, oštećenja staničnih struktura i razvoja upale.[7]
Intrapankreatična aktivacija tripsina odnosi se na preranu aktivaciju tripsinogena unutar acinusnih stanica gušterače. Smatra se glavnim obilježjem pankreatitisa i jednim od ključnih mehanizama razvoja bolesti. Intrapankreatična aktivacija karakterizirana je kolokalizacijom lizosoma i zimogenih granula, gdje dolazi do kontakta lizosomalnog enzima katepsina B s tripsinogenom. Katepsin B cijepa isto aktivacijsko mjesto tripsinogena kao što to inače čini enteropeptidaza u tankom crijevu, i time nastaje aktivni tripsin direktno unutar gušterače. Već mala količina tripsina dovoljna je za pokretanje procesa autoaktivacije. Tripsin aktivira dodatne molekule tripsinogena, stvarajući samopojačavajuću proteolitičku kaskadu, što dovodi do velike enzimske aktivnosti unutar stanice i ozbiljnog oštećenja tkiva.[8]
- ↑ Tsiatsiani, Liana; Heck, Albert J. R. Srpanj 2015. Proteomics beyond trypsin. The FEBS Journal (engleski). 282 (14): 2612–2626. doi:10.1111/febs.13287. ISSN 1742-464X
- 1 2 Huber, Robert; Bode, Wolfram. 1. ožujka 1978. Structural basis of the activation and action of trypsin. Accounts of Chemical Research (engleski). 11 (3): 114–122. doi:10.1021/ar50123a006. ISSN 0001-4842
- ↑ Polgár, L. Listopad 2005. The catalytic triad of serine peptidases. Cellular and Molecular Life Sciences (engleski). 62 (19–20): 2161–2172. doi:10.1007/s00018-005-5160-x. ISSN 1420-682X. PMC 11139141 Provjerite vrijednost parametra
|pmc=(pomoć). PMID 16003488 - ↑ Olsen, Jesper V.; Ong, Shao-En; Mann, Matthias. Lipanj 2004. Trypsin Cleaves Exclusively C-terminal to Arginine and Lysine Residues. Molecular & Cellular Proteomics. 3 (6): 608–614. doi:10.1074/mcp.T400003-MCP200. ISSN 1535-9476
- ↑ Freiburghaus, Andreas U.; Roduner, Jürg; Hadorn, Hans Beat. 1. studenoga 2021. Activation of Human Pancreatic Proteolytic Enzymes: The Role of Enteropeptidase and Trypsin. JPGN reports
- 1 2 Gorelick, Fred S.; Thrower, Edwin. Studeni 2009. The acinar cell and early pancreatitis responses. Clinical Gastroenterology and Hepatology: The Official Clinical Practice Journal of the American Gastroenterological Association. 7 (11 Suppl): S10–14. doi:10.1016/j.cgh.2009.07.036. ISSN 1542-7714. PMC 3073378. PMID 19896090
- ↑ Hirota, Masahiko; Ohmuraya, Masaki; Baba, Hideo. Prosinac 2006. Genetic background of pancreatitis. Postgraduate Medical Journal. 82 (974): 775–778. doi:10.1136/pgmj.2006.050591. ISSN 1469-0756. PMC 2653919. PMID 17148697
- ↑ Gukovskaya, Anna S.; Lerch, Markus M.; Mayerle, Julia; Sendler, Matthias; Ji, Baoan; Saluja, Ashok K.; Gorelick, Fred S.; Gukovsky, Ilya. 7. studenoga 2024. Trypsin in pancreatitis: The culprit, a mediator, or epiphenomenon?. World Journal of Gastroenterology
