Trypsine

  • 1 Fonction
  • 2 Liaison et catalyse des ligands
  • 3 Régulation
  • 4 Mécanisme catalytique
    • 4.1 Trou d’oxyanion
  • 5 Complexe Trypsine-BPTI
  • 6 Comparaison avec la chymotrypsine et Élastase
  • 7 structures 3D de la trypsine

Fonction

La trypsine est une protéine globulaire de taille moyenne qui fonctionne comme une protéase de sérine pancréatique. Cette enzyme hydrolyse les liaisons en clivant les peptides du côté C-terminal des résidus d’acides aminés lysine et arginine. Il a également été montré que le clivage ne se produira pas s’il y a un résidu de proline du côté carboxyle du site de clivage. La trypsine a été découverte pour la première fois en 1876 par Kuhne, qui a étudié l’activité protéolytique de l’enzyme. En 1931, l’enzyme a été purifiée par cristallisation par Norothrop et Kunitz et plus tard en 1974, la structure tridimensionnelle de la trypsine a été déterminée. Tout au long des années 1990, le rôle de la trypsine dans la pancréatite héréditaire et la mutation qui la cause ont été découverts. Aujourd’hui, la trypsine est utilisée dans le développement de protocoles cellulaires et tissulaires, ainsi que dans le domaine médical pour déterminer le rôle de la trypsine dans les maladies pancréatiques.

Trypsinogène

Trypsinogène

  • La trypsine cationique ou la trypsine-1 est exprimée dans le pancréas. Il clive les liens impliquant la lysine et l’arginine. Voir trypsine cationique.
  • La trypsine anionique ou la trypsine-2 est exprimée dans le pancréas. Il clive les liens impliquant la lysine et l’arginine.
  • La mésotrypsine ou trypsine-3 est exprimée dans le cerveau et le pancréas et résiste aux inhibiteurs courants de la trypsine. Il clive les liens impliquant la lysine et l’arginine.
  • Le trypsinogène est la forme précurseur ou zymogène de la trypsine. Les zymogènes sont des précurseurs enzymatiques qui sont fabriqués et sécrétés dans le lysosome de la cellule. Les zymogènes ne sont pas actifs tant qu’ils ne subissent pas un processus chimique tel que l’hydrolyse, le clivage ou d’autres clivages qui révèlent le site actif. Le précurseur du zymogène est nécessaire pour empêcher la destruction des protéines cellulaires et pour permettre à l’enzyme d’être dans son état actif uniquement dans des conditions appropriées. Le trypsinogène est spécifiquement produit dans les cellules exocrines du pancréas. Il existe trois isoformes de Trypsinogène qui sont sécrétées par le pancréas. Le précurseur n’est activé que lorsqu’il atteint la lumière de l’intestin grêle. Cette activation se produit à l’aide d’une entéropeptidase et une fois activée, la trypsine stimule la formation de plus de trypsinogène. La structure du trypsinogène bovin est illustrée sur la figure de droite.

La trypsine a de nombreuses applications du fait qu’elle est facilement purifiée en grande quantité. L’enzyme trypsine est souvent utilisée dans le cadre de la recherche pour digérer les protéines, puis identifier les peptides résultants à l’aide de la spectrométrie de masse. La trypsine a de nombreuses utilisations dans le domaine médical, telles que la dissolution des caillots sanguins et le traitement de l’inflammation. D’autres applications incluent son utilisation dans la pré-digestion des aliments pour bébés, les travaux de prise d’empreintes digitales et de séquençage et la surveillance de l’environnement. Pour plus de détails, voir
Protéases à sérine
Protéase
Lotem haleva / page de test
Trypsine (hébreu).

Liaison et catalyse du ligand

La structure de cette trypsine bovine particulière a été déterminée en complexe avec la formule C20H29N5O2, ainsi que deux ions calcium (surlignés) et un ion calcium (vert). . La liaison du ligand UB-THR 10 implique, directement. La figure ci-dessous montre cette liaison en deux dimensions.

La liaison de la trypsine à UB-THR 10 émule quelque peu la liaison à ses substrats peptidiques spécifiques. La préférence pour la lysine ou l’arginine dans la catalyse de la trypsine est due à la composition de la trypsine. Ici (vert), Asp 189 et l’une des deux dorsales importantes de la glycine, Gly 216, interagissent avec le ligand comme elles le feraient avec Arg ou Lys.

Une représentation bidimensionnelle du ligand de liaison à la trypsine UB-THR 10

Une représentation bidimensionnelle du ligand de liaison à la trypsine UB-THR 10

Le ; Asp 102, His 57 et Ser 195, représentés ici en jaune, sont positionnés à proximité du substrat. Les chaînes latérales catalytiquement actives de l’histidine et de la sérine sont même proches d’une liaison amide dans UB-THR 10, tout comme la liaison amide rompue lors de l’hydrolyse peptidique. Selon FirstGlance dans Jmol, il n’y a pas de liaison de ces groupes avec le ligand, à part les interactions de minor van der Waal avec Hist 57. Si le ligand UB-Thr 10 était un analogue d’état de transition, une connexion covalente existerait en plus des liaisons hydrogène. UB-THR 10 simule le substrat, mais ne s’hydrolyse à aucune de ses deux liaisons amides, probablement en raison des groupes cycliques locaux atypiques des dorsales peptidiques.

Régulation

La trypsine est connue depuis longtemps comme unique en ce sens qu’elle est un monomère à régulation allostérique. En regardant la structure 3D, la vue allostérique semble être très probablement la boucle du sous-site, qui peut lier le calcium. De nouvelles recherches impliquant des comparaisons structurales de protéases sérines de type trypsine liées et non liées au calcium et à d’autres effecteurs sont en cours pour mieux comprendre le mécanisme de cette régulation.

Catalytic Mechanism

Serine Protease Mechanism

Serine Protease Mechanism

Catalytic Triad

Catalytic Triad

The function of Trypsin is to break down peptides using a hydrolysis reaction into amino acid building blocks. Ce mécanisme est un mécanisme catalytique général utilisé par toutes les sérines protéases. Le site actif où ce mécanisme se produit dans la trypsine est composé de trois acides aminés et appelé triade catalytique. Les trois résidus catalytiques sont la sérine 195, l’histidine 57 et l’Aspartate 102. La structure de la triade catalytique et le mécanisme sont représentés sur les figures de droite. Dans le mécanisme, la sérine est liée au cycle imidazole de l’histidine. Lorsque l’histidine accepte un proton de la sérine, un nucléophile alcoxyde se forme. Ce nucléophile attaque le substrat lorsque le substrat est présent. Le rôle du résidu aspartate est de maintenir l’histidine dans la bonne position pour en faire un bon accepteur de protons. Ce qui fait que ce mécanisme fonctionne, c’est qu’une poche, si elle est formée à partir des trois résidus et des trois résidus, fonctionne pour se maintenir mutuellement en bonne position pour une attaque nucléophile. Les étapes du mécanisme impliquent deux intermédiaires tétraédriques et un intermédiaire enzymatique acylique. Le mécanisme peut être suivi plus en détail dans la figure de droite.

Trou d’oxyanion

Un motif important qui se forme dans cette réaction est un trou d’oxyanion. Ceci est également montré sur la figure de droite. Ce trou d’oxyanion est spécifiquement formé entre les atomes d’hydrogène amide de Sérine 195 et de glycine 193. Ce trou d’oxyanion stabilise l’intermédiaire tétraédrique par la distribution de la charge négative à l’amide clivé.

Complexe trypsine-BPTI

Le squelette de la trypsine est représenté en rose et l’inhibiteur de la trypsine, BPTI, en jaune (code PDB 2ptc). Les résidus sont représentés en vert, la liaison disulfure entre les résidus 14-38 est représentée en jaune et la chaîne latérale Lys 15 au site de spécificité en rose. Voir aussi Ann Taylor 115.

Comparaison avec la chymotrypsine et l’élastase

La trypsine, la chymotrypsine et l’élastase sont toutes des enzymes digestives produites dans le pancréas et catalysent l’hydrolyse des liaisons peptidiques. Chacune de ces enzymes a des spécificités différentes en ce qui concerne les chaînes latérales à côté de la liaison peptidique. La chymotrypsine préfère un gros résidu hydrophobe, la trypsine est spécifique d’un résidu chargé positivement et l’élastase préfère un petit résidu neutre. La chymotrypsine, la trypsine et l’élastase sont toutes des protéines qui contiennent un mécanisme catalytique et hydrolysent des peptides en utilisant le mécanisme de la protéase de la sérine. La chymotrypsine et l’élastase sont toutes deux des homologues de la trypsine puisqu’elles ont 40% de structure et de composition similaires. Dans la structure illustrée, les hélices alpha sont bleues, les feuilles bêta sont vertes et le reste de la protéine est rouge. Dans la structure représentée, les hélices alpha sont en rouge, les feuilles bêta sont jaunes et le reste de la protéine est orange.

L’efficacité remarquable d’un inhibiteur de la protéinase Pin-II sans deux liaisons disulfures conservées est due à une flexibilité accrue et à une densité de liaison hydrogène dans la boucle réactive

Contexte: Les inhibiteurs de la protéinase végétale (IP) sont omniprésents dans le règne végétal et ont été largement étudiés en tant que molécules de défense des plantes, qui inhibent les enzymes hydrolytiques (par exemple, colorées dans le magenta foncé) de l’intestin des insectes. Parmi les différentes familles de PI, la famille Sérine PI Pin-II/Pot-II présente une diversité structurelle et fonctionnelle remarquable au niveau des gènes et des protéines. Les blessures, l’herbivorie et la régulation ascendante induite par le stress de ces IP les lient clairement à la défense des plantes. Des études antérieures utilisant des systèmes transgéniques ou des dosages in vivo ont corrélé positivement l’avantage offert par l’expression du Pin-II PI chez les plantes contre l’attaque des insectes. Les protéines précurseurs des IP Pin-II sont constituées de 1 à 8 liaisons par des lieurs sensibles aux protéolytiques, qui libèrent des unités IRD lors du clivage. (coloré en vert) avec une masse moléculaire de ~ 6 KDa. La séquence aa de l’IRDs montre des variations, en même temps que la (colorée en jaune). Une caractéristique structurelle de l’IRD Pin-II est une boucle désordonnée avec un échafaudage en feuille β triple brin. La boucle réactive exposée au solvant désordonnée est ancrée par les quatre liaisons disulfures conservées (C4-C41, C7-C25, C8-C37 et C14-C50). Parmi les quatre liaisons disulfures, C8-C37 s’est avéré très crucial pour le maintien de la conformation active, tandis que C4-C41 a un rôle important dans le maintien de la flexibilité de la boucle réactive. Ainsi, toute perte sélective de liaison disulfure devrait avoir une signification évolutive conduisant à une différenciation fonctionnelle des inhibiteurs.

Fonctionnalité: Pour évaluer l’effet des variations d’aa sur l’activité et la stabilité structurale, différentes études biochimiques et 20 simulations ns MD ont été réalisées sur des structures IRD. Les études cinétiques d’inhibition ont montré un schéma sigmoïdal avec des concentrations croissantes des inhibiteurs suggérant une inhibition réversible et compétitive avec une liaison serrée. L’IRD-9 s’est avéré être un inhibiteur plus puissant de la trypsine bovine (CI50 ~ 0,0022 mm) que l’IRD-7 (CI50 ~ 0,135 mm) et l’IRD-12 (CI50 ~ 0,065 mm).

: Conformément à la structure d’un IRD typique appartenant à la famille des PI Pin-II, les structures prédites de CanPI ont également. On a pensé que les liaisons disulfures agissent comme un échafaudage structurel pour maintenir le site réactif dans une conformation relativement rigide et assurer une stabilité thermique et protéolytique. Une seule hélice 310 d’un tour est également présente dans la structure, la boucle désordonnée est maintenue par une liaison disulfure dans IRD-7 et -12 tandis que par un réseau de liaisons hydrogène intra-moléculaires dans IRD-9. (coloré dans le saumon) et (dans le fond) ont 4 liaisons disulfures, alors que (dans le magenta) n’a que 2 liaisons disulfures. De plus, l’analyse post-simulation des liaisons hydrogène intramoléculaires a montré que l’IRD-9 avec deux liaisons disulfures (C7-C25 et C8-C37) inférieures, a une densité relativement plus élevée de liaisons hydrogène intra-moléculaires par rapport aux IRD-7 et -12. Ces liaisons hydrogène intramoléculaires pourraient remplacer les deux liaisons disulfures perdues de l’IRD-9 pour stabiliser la structure protéique dans la conformation active et pourraient protéger les molécules d’un effondrement hydrophobe. Les résidus de sérine remplacés à la place de deux cystéines C7 et C8 dans l’IRD-9 peuvent contribuer à l’augmentation du nombre de liaisons hydrogène.

Les modèles moléculaires de HaTry lié à l’IRD prédisaient plusieurs interactions atomiques avec une boucle réactive d’inhibiteurs qui expliquaient également la contribution de la boucle réactive exposée au solvant. Il y a plusieurs liaisons hydrogène dans le. L’ARG-39 du site réactif a formé deux liaisons hydrogène avec les résidus du site actif HaTry. Dans, la chaîne latérale du résidu LYS-39 de la boucle réactive forme une liaison hydrogène chacune, avec l’atome d’oxygène carboxylique de HIS-50. MD simulations fournit un aperçu structurel de l’importance des liaisons hydrogène inter / intra moléculaires et de son effet sur l’interaction entre la protéase et les IP. Les résultats de cette analyse ont été corroborés par des rapports antérieurs. L’analyse post-simulation a également expliqué l’augmentation observée expérimentalement de l’affinité de liaison, d’où l’activité de l’IRD-9 vis-à-vis des protéases. Voir aussi et Ann Taylor 115.

Structures 3D de la trypsine

Structures 3D de la trypsine

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