Активация зимогена

Ключевым ферментом в активации зимогенов поджелудочной железы служит энтерокиназа — протеолитический фермент, выделяемый слизистой кишечника. Его основная функция заключается в превращении трипсиногена в трипсин; трипсин же затем принимает участие в активации всех остальных ферментов поджелудочной железы. Однако энтерокиназа — не единственный фермент, способный активировать трипсиноген; эту же функцию может выполнять сам трипсин, а также ряд других ферментов, в том числе ферменты бактериального происхождения.

Механизм действия всех этих ферментов, по-видимому, одинаков: они расщепляют специфическую пептидную связь в молекуле трипсиногена. В трипсиногене быка связь разрывается между 6-м и 7-м остатками. Каждая возникшая молекула трипсина способна активировать другую молекулу трипсиногена; вот почему активация трипсиногена — самоускоряющийся процесс.

Трипсин активирует также химотрипсиноген: при этом связь разрывается вблизи одного конца цепи (между 15-м и 16-м остатками); однако отщепления фрагмента не происходит, так как его первый остаток остается соединенным с основной частью молекулы дисульфидным мостиком.

В этих реакциях активации гидролитическое действие трипсина прекращается сразу после разрыва первой пептидной связи. По-видимому, все остальные чувствительные пептидные связи скрыты внутри молекулы зимогена и, следовательно, недоступны для фермента. При активации химотрипсиногена гидролиз может идти несколько дальше. Дело в том, что образующийся химотрипсин способен катализировать свое собственное расщепление; он расщепляет три дополнительные пептидные связи между аминокислотными остатками в положениях 13 и 14, 145 и 146, 147 и 148. Все возникающие фрагменты в свою очередь обладают ферментативной активностью. Но прежде всего трипсин разрывает связь между остатками в положениях 15 и 16.

Все известные зимогены поджелудочной железы активируются по одному и тому же механизму. Для превращения зимогена в его активную форму требуется расщепление пептидной связи, образованной остатком аргинина или лизина близ начала полипептидной цепи зимогена. Однако некоторые зимогены для активации должны претерпеть дополнительные изменения. Так, молекула прокарбоксипептидазы А находится в панкреатическом соке в виде агрегата из трех крупных субъединиц. Только одна из них, субъединица I, может рассматриваться как предшественник карбоксипептидазы А. Субъединица II — это предшественник фермента, напоминающего по специфичности химотрипсин, но имеющего иной состав. Природа и функция субъединицы III неизвестны. При добавлении трипсина сначала активируется субъединица II и уже затем субъединица I превращается в карбоксипептидазу А.

Почему и как расщепление всего одной специфической пептидной связи в зимогене дает начало активному ферменту? Ответ на этот вопрос, основанный главным образом на теоретических рассуждениях, получил лишь косвенное подтверждение в эксперименте. Как я уже упоминал, действие фермента складывается из двух процессов: специфического соединения с субстратом и последующего расщепления связи. Каждый из этих процессов и оба они в совокупности требуют соответствующей конфигурации связывающего и каталитического центров. Если в зимогене отсутствует один из этих центров (или они оба), то фермент будет лишен активности.

«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка

• Соединение химотрипсиногена с субстратами или ингибиторами химотрипсина
• Последовательность аминокислот
• Расположение активных остатков серина
• Сходность структур химотрипсиногена и трипсиногена
• Гидролизация субстрата
• Гистидин в химотрипсине и в трипсине
• Серин в трипсине и химотрипсине
• Гидролиз белков
• Действие протеолитических ферментов
• Результат действия эндопептидаз и экзопептидаз на белок
• Основные принципы механизма действия ферментов
• Структура ферментов
• Замена цинка другим металлом