Quimotripsina

¿Qué es la quimotripsina?

La quimotripsina es una enzima digestiva producida por el páncreas en forma inactiva, que se activa en el intestino delgado para descomponer proteínas en péptidos. Es la segunda proteína digestiva más abundante secretada por el páncreas hacia el intestino delgado.

Pertenece a la familia de las serín-proteasas y se especializa en la hidrólisis de los enlaces peptídicos entre aminoácidos como la tirosina, la fenilalanina, el triptófano, la metionina y la leucina presentes en proteínas de gran tamaño.

El nombre quimiotripsina reúne, en realidad, a un grupo de enzimas producidas por el páncreas y que participan activamente de la digestión intestinal de proteínas en los animales. La palabra deriva de la acción tipo renina que tiene esta enzima sobre los contenidos gástricos, o quimo.

A pesar de que no se sabe con exactitud qué tan amplia es su distribución en el reino animal, se considera que estas enzimas están presentes al menos en todos los cordados y existen reportes de su presencia en filos más primitivos, como el de los artrópodos y el de los celenterados.

En los animales que poseen páncreas, tal órgano es el principal sitio de producción de quimotripsinas, así como de otras proteasas, inhibidores enzimáticos y precursores o zimógenos.

Las quimotripsinas son las enzimas más estudiadas y mejor caracterizadas, no solo en relación con su biosíntesis, sino también con su activación a partir del zimógeno, sus propiedades enzimáticas, su inhibición, sus características cinéticas y catalíticas y su estructura general.

Características y estructura de la quimotripsina

– Tipo de enzima. Es una proteasa, más concretamente una endopeptidasa.

– Origen. Se produce en el páncreas en forma inactiva (quimotripsinógeno).

– Activación. Se activa en el intestino delgado por acción de la tripsina.

– Función. Rompe enlaces peptídicos dentro de las proteínas durante la digestión.

– Especificidad. Actúa sobre enlaces peptídicos cercanos a aminoácidos aromáticos como fenilalanina, tirosina y triptófano.

– pH óptimo. Funciona mejor en pH alcalino (aprox. 7,5-8,5), propio del intestino.

– Lugar de acción. Actúa en el duodeno y el intestino delgado.

– Estructura. Es una proteína globular con un sitio activo específico.

– Importancia biológica. Esencial para la digestión de proteínas y la absorción de aminoácidos.

Funciones de la quimiotripsina

• Digestión proteica. Rompe las proteínas de los alimentos en péptidos más pequeños, facilitando su posterior degradación.
• Hidrólisis de enlaces peptídicos. Corta enlaces internos de las proteínas (endopeptidasa).
• Especificidad por aminoácidos aromáticos. Actúa especialmente sobre enlaces cercanos a fenilalanina, tirosina y triptófano.
• Facilita la absorción de nutrientes. Al generar péptidos y aminoácidos que luego pueden ser absorbidos en el intestino.
• Trabajo conjunto con otras enzimas. Actúa junto a la tripsina y otras proteasas pancreáticas para completar la digestión de proteínas.

Mecanismo de acción de la quimotripsina

Las quimotripsinas ejercen sus acciones solo después de ser activadas, pues estas son producidas como unas formas precursoras (zimógenos) denominadas quimiotripsinógenos.

• Formación. Los zimógenos de la quimotripsina son sintetizados por las células acinares del páncreas, luego de lo cual migran desde el retículo endoplásmico hacia el complejo de Golgi, donde son empaquetadas dentro de complejos membranosos o gránulos secretorios. Estos gránulos se acumulan en los extremos de los acinos y son liberados en respuesta a estímulos hormonales o impulsos nerviosos.
• Activación. Dependiendo de las condiciones de activación se pueden encontrar varios tipos de quimotripsinas, sin embargo, todas implican el corte proteolítico de un enlace peptídico en el zimógeno, el quimotripsinógeno, proceso catalizado por la enzima tripsina. La reacción de activación consiste inicialmente en el corte del enlace peptídico entre los aminoácidos 15 y 16 del quimotripsinógeno, con lo que se forma la π-quimotripsina, capaz de “auto procesarse” y completar la activación por autocatálisis. La acción de esta última enzima promueve la formación de tras péptidos unidos mediante enlaces disulfuros y estos se conocen como la cadena A (de la región N-terminal y los residuos 1-14), la cadena B (residuos del 16 al 146) y la cadena C (región C-terminal, que comienza con el residuo 149). Las porciones correspondientes a los residuos 14-15 y 147-148 (dos dipéptidos) no tienen funciones catalíticas y se desprenden de la estructura principal.
• Actividad catalítica. La quimotripsina se encarga de hidrolizar enlaces peptídicos, atacando predominantemente la porción carboxílica de los aminoácidos que poseen grupos laterales aromáticos, es decir, aminoácidos como la tirosina, el triptófano y la fenilalanina. Una serina (Ser 195) dentro del sitio activo (Gly-Asp-Ser-Gly-Glu-Ala-Val) de este tipo de enzimas es quizá el residuo más esencial para su funcionamiento. El mecanismo de reacción es como sigue:
  • La quimotripsina inicialmente se encuentra en una forma libre de sustrato, donde la triada catalítica consiste en el grupo carboxilo lateral de un residuo de aspartato (102), el anillo de imidazol de un residuo de histidina (57) y el grupo hidroxilo lateral de una serina (195).
  • El sustrato se encuentra con la enzima y se une a esta para formar un complejo reversible enzima-sustrato típico (según el modelo de micaeliano), donde la triada catalítica facilita el ataque nucleofílico al activar el grupo hidroxilo del residuo de serina.
  • El punto clave del mecanismo de reacción consiste en la formación de un enlace parcial, lo que resulta en la polarización del grupo hidroxilo, que es suficiente para acelerar la reacción.
  • Luego del ataque nucleofílico, el grupo carboxilo se convierte en un intermediario oxianión tetraédrico, el cual es estabilizado por dos puentes de hidrógeno formados por los grupos N y H del residuo de Gly 193 y Ser 195.
  • El oxianión se reacomoda espontáneamente y se forma un intermediario enzimático al cual se le ha añadido un grupo acilo (enzima acilada).
  • La reacción continúa con la entrada de un molécula de agua al sitio activo, molécula que promueve un nuevo ataque nucleofílico que resulta en la formación de un segundo intermediario tetraédrico que también es estabilizado por unos puentes de hidrógeno.
  • La reacción termina cuando este segundo intermediario se reacomoda nuevamente y forma otra vez el complejo micaeliano enzima-sustrato, donde el sitio activo de la enzima está ocupado por el producto que contiene el grupo carboxilo.

Referencias

1. Appel, W. Chymotrypsin: molecular and catalytic properties. Clinical biochemistry.
2. Bender, M.L., Killheffer, J.V., Cohen, S. Chymotrypsin. CRC critical reviews in biochemistry.
3. Blow, D.M. 6 The Structure of Chymotrypsin. In The enzymes. Academic Press.
4. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., Cox, M.M. Lehninger principles of biochemistry. Macmillan.
5. Westheimer, F.H. Hypothesis for the mechanism of action of chymotrypsin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.