Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Химопапаин
1yal.jpg
Состав химопапаина
Идентификаторы
ЕС нет.3.4.22.6
№ CAS2593837
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Химопапаин ( ЕС 3.4.22.6 , химопапаина , химопапаина В , химопапаина S , торговое название Chymodiactin ) представляет собой протеолитический фермент , выдел ют из латекса из папайи ( Carica папайи ). Это цистеиновая протеаза, принадлежащая к группе PLCP. [1] Благодаря своей протеолитической активности, это основная молекула в процессе хемонуклеолиза, используемого в некоторых процедурах, таких как лечение грыжи нижних поясничных дисков позвоночника нехирургическим методом. [2]

Структура [ править ]

Первичная структура [ править ]

Зимоген химопапаина состоит в общей сложности из 352 остатков и имеет вес примерно 23,78 кДа. [3] Внутри цепи предшественника можно выделить три различных участка. [4]

  • Первые 18 аминокислот действуют как сигнал сортировки , указывая конечное предназначение химопапаина внутри клетки при сортировке с помощью аппарата Гольджи . [4] Хотя это конечное назначение еще полностью не изучено, другие PLCP содержатся в лизосомах и других подкисленных везикулах, и химопапаин, как полагают, также находится в этих же пузырьках. [1] [5] Также известно, что химопапаин секретируется вне клетки. [6]
  • Вторая область состоит из остатков с 19 по 134, которые соответствуют пропептиду, который будет удален при активации, как только химопапаин достигнет своего конечного пункта назначения внутри клетки. [4] Эта область позволяет белку правильно складываться в эндоплазматическом ретикулуме и стабилизировать цепь в условиях различной кислотности, так как его оптимальный pH варьируется от 3,5 до 10 в зависимости от субстрата. [7] Таким образом, способность работать в условиях низкого pH поддерживает идею о том, что химопапаин можно найти в лизосомах . [1] [5] Пропептид уложен таким образом, что препятствует проникновению субстратов в активный сайт., таким образом блокируя протеолитическую активность до тех пор, пока она не будет расщеплена. [8] [9]
  • Остальные белковые остатки 135-352 соответствуют зрелой цепи химопапаина . [4] В этой области можно выделить три аминокислоты: Cys159, His293 и Asn313, поскольку они составляют каталитическую триаду фермента. [10] Cys159 и His293 - два остатка, которые осуществляют катализ субстрата, в то время как Asn313 взаимодействует с Cys159 и должным образом ориентирует его имидазолиевое кольцо, чтобы позволить реакции происходить, таким образом, выполняя важную функцию в катализе. [11]
Изображение получено с помощью программы HotSpot Wizard 3.0 [12] путем загрузки структуры PDB химопапаина. [3] Можно наблюдать димер химопапаина. Выделенные оранжевые области представляют активный сайт каждой основной цепи.

Вторичные и третичные структуры [ править ]

Структура химопапаина была определена методами дифракции рентгеновских лучей . [4] Анализ этой структуры показал, что химопапаин имеет 7 областей альфа-спирали , 10 областей бета-листов и 2 витка петли. [4] Эти 2 витка являются основным различием между структурой химопапаина и других протеиназ папайи, таких как папаин или карикаин , которые имеют схожие конформации. [13] [14]

Кроме того, химопапаин представляет собой 3 дисульфидные связи в виде посттравуальных модификаций, установленных между остатками 156-197, 190-229 и 287-338. [4]

Четвертичная структура [ править ]

Химопапаин представляет собой четвертичную структуру, характеризующуюся образованием гомодимеров , что означает, что две цепи химопапаина соединяются друг с другом посредством слабых взаимодействий, чтобы соответствовать одной уникальной биологической структуре. [12]

Функция [ править ]

Как и все другие ферменты в группе PLCP, химопапаин является цистеиновой протеазой . Протеазы - это ферменты, которые гидролизуют пептидные связи между остатками, которые соответствуют белку. При каждом гидролизе высвобождается молекула воды. В частности, цистеиновая протеаза представляет собой фермент, который разрывает пептидную связь, используя тиольную группу остатка цистеина в качестве нуклеофила. Для гидролиза необходимо использовать всю каталитическую триаду фермента. [15] Он состоит из цистеина , остатка Cys159, гистидина , остатка His203 и третьего остатка, который, как правило, представляет собой аспарагин., в частности остаток Asn313. [16] Функциональные группы, используемые в реакции, представляют собой тиольную группу цистеина и имидазолиевое кольцо гистидина. Остаток аспарагина ориентирует имидазолиевое кольцо гистидина. [17]

Пошаговый механизм гидролиза химопапаина.

Следующий механизм представлен ниже: [11] [18]

  1. Тиоловая группа цистеина теряет протон, поэтому он становится отрицательно заряженным, а аминогруппа гистидина улавливает протон, который придает ему положительный заряд .
  2. Цистеин образует связь с углеродом, разрывая двойную связь углерода с кислородом и превращая ее в простую связь.
  3. Аминогруппа притягивается положительным зарядом гистидина, и между ними образуется связь. Пептидная связь теперь разорвана, и карбонильная группа восстановлена .
  4. Группа NH 2 R высвобождается из гистидина. Связь между тиоловой группой цистеина и углеродом разрывается, и ее замещает группа NHR.

Когда эти две связи разрываются, каталитическая триада химопапаина становится доступной для использования снова.

Синтез [ править ]

Химопапаин больше не используется в качестве стандартного метода лечения хронической боли в пояснице из-за его потенциальных побочных эффектов. [19] [20] Следовательно, нет необходимости синтезировать его искусственно. Фактически, продажа и распространение этого протеина были прекращены в США в 2003 году.

Однако несколько исследований продемонстрировали различные успешные методы извлечения и выделения протеазы, которые варьируются у разных авторов. [21] [22] Наиболее распространенная процедура описана Baines & Brocklehurst в 1979 году. [23]

Для получения белка используются плоды папайи Карика, так как химопапаин содержится в его латексе. Папайя должна быть только на предыдущем этапе до созревания, что подразумевает средний диаметр 6–10 см. [24]

Извлечение и выделение химопапаина

Некоторые продольные разрезы глубиной 2 мм должны быть сделаны через кожу, чтобы перейти к экстракции латекса, который может быть собран в твердой форме через несколько минут после удаления. Протеазы, присутствующие в латексе плода, являются неактивными предшественниками , которые активируются после повреждения папайи. [25] В 0,3 мл латекса содержится около 15 мг химопапаина. [26]

Если мы хотим сохранить протеолитические свойства, латекс необходимо консервировать метабисульфитом натрия и хранить при низкой температуре около -10 ° C. [27] При использовании сразу после разрезов для экстракции белков добавляется буфер: EDTA , сульфат аммония или фосфатный буфер с концентрацией 0,5 мМ и pH 7.

Также важно блокировать функции тиолов, чтобы избежать окисления воздухом и потери протеолитической активности. [25]

Чтобы удалить органические и нерастворимые молекулы, образец сначала фильтруют, а затем центрифугируют при 11000 g в течение 30 минут. [26] Осадок отбрасывают, а супернатант добавляют к 96% спирту в соотношении 1: 3. [27] Примеси осаждаются, и их можно удалить фильтрацией. Затем фракционирование (NH 4 ) 2 SO 4 осуществляется путем добавления этого вещества в концентрации 0,472 мг / мл. [26] Химопапаин выпадает в осадок, и его можно извлечь с помощью другого центрифугирования, снова при 11000 g в течение 30 минут. Супернатант отбрасывают, и можно проводить ионообменную хроматографию с линейным градиентом 100 мМ (Na + ) и различными объемами элюирования. Изучение А280 Химопапаин содержится во фракции 750-1000 мл. [25]

После выделения химопапаина его можно кристаллизовать путем постепенного добавления хлорида натрия при pH 2,0, что может занять до 4 дней. [28]

Медицинские приложения [ править ]

Пульпозная грыжа межпозвоночного диска.
Химопапаин
Клинические данные
Пути администрированияИнъекция в межпозвоночный диск
Код УВД
  • M09AB01 ( ВОЗ )
Правовой статус
Правовой статус
  • В общем: ℞ (только по рецепту)
Идентификаторы
Количество CAS
  • 9001-09-6 проверятьY
ChemSpider
  • никто
UNII
  • 1UK146T40N
ЧЭМБЛ
  • ChEMBL1201626 ☒N
 ☒NпроверятьY (что это?) (проверить)  

Химопапаин - один из субстратов, используемых при хемонуклеолизе (разновидность чрескожной дискэктомии ). [29] Этот метод был новым предложением для лечения первичного заболевания поясничного межпозвонкового диска нехирургическим методом. По сути, лечение заключается в инъекции протеолитических ферментов для растворения грыжи пульпозного ядра межпозвонковых дисков. Очищенный химопапаин - основной компонент инъекции, состоящий в основном из 20 мг в пяти миллилитрах. Он предоставляется во флаконах, содержащих 10.000 единиц лиофилизированного агента с 0,37 мг динатрия эдетата [30].3,5 мг моногидрата гидрохлорида цистеина и 1,0 мг бисульфида. Все они работают как стабилизаторы и активаторы. Гидроксид натрия отвечает за регулировку pH раствора. Затем инъекцию регидратируют 5 миллилитрами стерильной воды.

Хирург вводит раствор непосредственно в межпозвоночную грыжу позвоночника, чтобы растворить его часть и облегчить боль. Этот процесс находится под рентгеноскопическим контролем. Химопапаин отвечает за катализ как in vivo, так и in vitro, быстрое снижение вязкости и, как следствие, веса пульпозного ядра . Фактически, это деполимеризация хондромухопротеина [31] и снижение способности диска впитывать жидкость. Доза для одного межпозвоночного диска составляет от 2 до 4 нанокаталей , максимальная доза на пациента - 8 нанокаталей. Инъекции химопапаина обычно делаются под местной, а не под общей анестезией .

Этот фермент изучался ведущими факультетами университетов по всему миру. [32] [33] [34] Он был протестирован как на животных, так и на людях, и очень редко вызывал серьезные побочные эффекты, включая паралич ног и смерть . [35] Это могло также вызвать анафилаксию , но это наблюдалось только у 1% пациентов, получавших лекарство.

Продажа и распространение химопапаина были прекращены в США 27 января 2003 г. после того, как компания, производящая его, решила прекратить его продажи по всему миру. [36] [37]

См. Также [ править ]

  • Папаин

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в EMBL-EBI, InterPro. «Пептидаза C1A, папаин С-конец (IPR000668) <InterPro <EMBL-EBI» . www.ebi.ac.uk . Проверено 11 октября 2018 .
  2. ^ "Химопапаин для инъекций от MedicineNet" . Архивировано из оригинала на 2009-08-04 . Проверено 21 июля 2009 .
  3. ^ a b Maes, D .; Bouckaert, J .; Poortmans, F .; Wyns, L .; Луз, Ю. (1996-12-23). «Карика Папайя Химопапаин с разрешением 1,7 Ангстрема» . Биохимия . 35 : 16292–16298. DOI : 10,2210 / pdb1yal / PDB . Проверено 17 октября 2018 .
  4. ^ Б с д е е г Маэс Д, Букерт Дж, Poortmans Ж, Wyns л, Looze Y (декабрь 1996). «Структура химопапаина при разрешении 1,7 А». Биохимия . 35 (50): 16292–8. DOI : 10.1021 / bi961491w . PMID 8973203 . 
  5. ^ группа a b , NIH / NLM / NCBI / IEB / CDD. «NCBI CDD консервативный домен пептидазы_C1A белка» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 11 октября 2018 .
  6. ^ Оберг К.А., Ruysschaert Ю.М., Azarkan М, Smolders Н, Zerhouni S, Wintjens R, Амрани А, Looze Y (ноябрь 1998 года). «Глютаминциклаза папайи, растительный фермент, обладающий высокой устойчивостью к протеолизу, принимает конформацию полностью бета» . Европейский журнал биохимии . 258 (1): 214–22. DOI : 10.1046 / j.1432-1327.1998.2580214.x . PMID 9851712 . 
  7. ^ Хан I, Полгар L (1983-11-08). «Очистка и характеристика новой протеиназы, химопапаина S». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы . 760 (3): 350–356. DOI : 10.1016 / 0304-4165 (83) 90372-0 .
  8. ^ «Химопапаин - Карика папайя (Папайя)» . www.uniprot.org . Проверено 11 октября 2018 .
  9. ^ "SMART: аннотация домена Inhibitor_I29" . smart.embl.de . Проверено 11 октября 2018 .
  10. ^ Гариев IA. «HCS: Химопапаин» . www.enzyme.chem.msu.ru . Проверено 11 октября 2018 .
  11. ^ a b Лопес-Иглесиас M, Готор-Фернандес V (август 2015 г.). «Последние достижения в биокаталитической неразборчивости: реакции, катализируемые гидролазой для нетрадиционных преобразований». Химический отчет . 15 (4): 743–59. DOI : 10.1002 / tcr.201500008 . hdl : 10651/34362 . PMID 26147872 . 
  12. ^ a b «Мастер HotSpot 3.0» . loschmidt.chemi.muni.cz . Проверено 11 октября 2018 .
  13. ^ Жак A, Kleinschmidt T, Schnek AG, Looze Y, Braunitzer G (май 1989). «Тиоловые протеиназы из латекса Carica papaya L. III. Первичная структура химопапаина». Биологическая химия Хоппе-Зейлер . 370 (5): 425–34. DOI : 10.1515 / bchm3.1989.370.1.425 . PMID 2500950 . 
  14. Перейти ↑ Watson DC, Yaguchi M, Lynn KR (февраль 1990 г.). «Аминокислотная последовательность химопапаина из Carica papaya» . Биохимический журнал . 266 (1): 75–81. DOI : 10.1042 / bj2660075 . PMC 1131098 . PMID 2106878 .  
  15. ^ EMBL-EBI, InterPro. «Пептидаза C1A, папаин С-конец (IPR000668) <InterPro <EMBL-EBI» . www.ebi.ac.uk . Проверено 20 октября 2018 .
  16. ^ Гариев, Игорь А. "HCS: Chymopapain" . www.enzyme.chem.msu.ru . Проверено 20 октября 2018 .
  17. ^ Лопеса-Иглесиас М, Gotor-Фернандес V (август 2015 г.). «Последние достижения в биокаталитической неразборчивости: реакции, катализируемые гидролазой для нетрадиционных преобразований». Химический отчет . 15 (4): 743–59. DOI : 10.1002 / tcr.201500008 . hdl : 10651/34362 . PMID 26147872 . 
  18. ^ "Плотность функциональной обработки взаимодействий и химических реакций на поверхностях" . ResearchGate . Проверено 20 октября 2018 .
  19. ^ Диб ZL, Шимель S, Daffner RH, Lupetin AR, Гришко FG, Blakley JB (апрель 1985). «Инфекция межпозвонкового пространства после инъекции химопапаина». AJR. Американский журнал рентгенологии . 144 (4): 671–4. DOI : 10,2214 / ajr.144.4.671 . PMID 3156470 . S2CID 18909656 .  
  20. ^ Сассмен BJ (апрель 1975). «Неадекватность и опасность инъекций химопапаина в качестве лечения болезни межпозвонковых дисков». Журнал нейрохирургии . 42 (4): 389–96. DOI : 10,3171 / jns.1975.42.4.0389 . PMID 123576 . 
  21. ^ Монти, Рубенс; Basilio, Carmelita A .; Trevisan, Henrique C .; Контьеро, Джонас (2000). «Очистка папаина из свежего латекса Carica papaya» . Бразильские архивы биологии и технологий . 43 (5): 501–507. DOI : 10.1590 / S1516-89132000000500009 . ISSN 1516-8913 . 
  22. ^ Баттл DJ, Barrett AJ (октябрь 1984). «Химопапаин. Хроматографическая очистка и иммунологическая характеристика» . Биохимический журнал . 223 (1): 81–8. DOI : 10.1042 / bj2230081 . PMC 1144267 . PMID 6437389 .  
  23. ^ Бейнс BS, Броклехерст K (февраль 1979). «Необходимая модификация приготовления папаина из любого высококачественного латекса Carica papaya и доказательство структурной целостности фермента, полученного традиционными методами» . Биохимический журнал . 177 (2): 541–8. DOI : 10.1042 / bj1770541 . PMC 1186404 . PMID 435250 .  
  24. ^ П., Кастильо; Э., Агирре (15 сентября 2009 г.). "Extracción y estudio compatitivo de las enzimas proteolíticas del fruto toronche (carica-stipulata) y de la papaya (carica-papaya) y su aplicación en la industry alimenticia" . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  25. ^ a b c Азаркан М., Эль-Муссауи А., ван Вуйтсвинкель Д., Дехон Г., Looze Y (июнь 2003 г.). «Фракционирование и очистка ферментов, хранящихся в латексе Carica papaya». Журнал хроматографии B . 790 (1–2): 229–38. DOI : 10.1016 / s0021-9673 (02) 01534-0 . PMID 12767335 . 
  26. ^ Б с Баттл DJ, Barrett AJ (октябрь 1984). «Химопапаин. Хроматографическая очистка и иммунологическая характеристика» . Биохимический журнал . 223 (1): 81–8. DOI : 10.1042 / bj2230081 . PMC 1144267 . PMID 6437389 .  
  27. ^ а б Андраде-Махеча, Маргарита Мария и др. «Изучение процесса экстракции папаина из латекса плодов папайи (Carica papaya L.) cv. Марадол ». (2013).
  28. ^ Эбата M, Yasunobu KT (апрель 1962). «Химопапаин. I. Выделение, кристаллизация и предварительная характеристика» (PDF) . Журнал биологической химии . 237 : 1086–94. PMID 13888995 .  
  29. ^ «Хемонуклеолиз» (PDF) . Couto JMC, Castilho EA de, Menezes PR. Хемонуклеолиз при грыже поясничного диска: метаанализ. Клиники. 2007; 62 (2): 175-80 .
  30. ^ "Эдетат динатрий" .
  31. ^ «Описание хондромукопротеина» .
  32. ^ «Исследование о химопапаине» (PDF) .
  33. ^ Knezevic Н.Н., Мандалия S, Raasch J, Knezevic I, Кандидо KD (май 2017). «Лечение хронической боли в пояснице - новые подходы на горизонте» . Журнал исследований боли . 10 : 1111–1123. DOI : 10,2147 / jpr.s132769 . PMC 5436786 . PMID 28546769 .  
  34. ^ Уордлоу D (2016). «Ишиас, вызванный грыжей межпозвоночного диска: почему нашим пациентам отказывают в хемонуклеолизе химопапаином?» . Международный журнал хирургии позвоночника . 10 : 44. DOI : 10,14444 / 3044 . PMC 5374990 . PMID 28377858 .  
  35. ^ «Химопапаин» . Клиника Мэйо.
  36. ^ "Химопапаин (путь инъекции) Описание и торговые марки - клиника Мэйо" .
  37. ^ «Текущее состояние химопапаина» . Архивировано из оригинала на 2016-01-21 . Проверено 1 апреля 2013 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Merops онлайновой базы данных для пептидазы и их ингибиторов: C01.002
  • Паспорт Папаина от BIOZYM