Химопапаин - Chymopapain

Химопапаин
1yal.jpg
Состав химопапаина
Идентификаторы
Номер ЕС3.4.22.6
Количество CAS2593837
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum

Химопапаин (EC 3.4.22.6, химопапаин А, химопапаин B, химопапаин S, имя бренда Химодиактин) это протеолитический фермент изолированные от латекс из папайя (Карика папайя). Это цистеиновая протеаза, принадлежащая к группе PLCP.[1] Благодаря своей протеолитической активности, это основная молекула в процессе хемонуклеолиза, используемая в некоторых процедурах, таких как лечение грыжа ниже поясничный диски в позвоночник нехирургическим методом.[2]

Структура

Первичная структура

Химопапаин зимоген 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 указанием конечного пункта назначения химопапаина внутри ячейки при сортировке по аппарат Гольджи.[4] Хотя этот конечный пункт назначения еще полностью не изучен, другие PLCP содержатся в лизосомы и другие подкисленные везикулы, 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 пропептид который будет удален при активации, как только химопапаин достигнет своего конечного пункта назначения внутри клетки.[4] Эта область позволяет белку правильно складываться в эндоплазматический ретикулум и для стабилизации цепи в условиях различной кислотности, так как ее 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 лизосомы.[1][5] Пропептид сложен таким образом, чтобы предотвратить попадание 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 зрелая цепочка химопапаина.[4] В этой области можно выделить три аминокислоты: Cys159, His293 и Asn313, поскольку они составляют каталитическая попытка фермента.[10] Cys159 и His293 - это два остатка, которые выполняют 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] загрузив структуру PDB химопапаина.[3] Можно наблюдать димер химопапаина. Выделенные оранжевые области представляют активный сайт каждой основной цепи.

Вторичные и высшие образования

Структура химопапаина была решена дифракция рентгеновских лучей техники.[4] Анализ этой структуры показал, что химопапаин имеет 7 альфа спираль регионов, 10 бета-лист области и 2 витка петли.[4] Эти 2 оборота являются основным отличием структуры химопапаина от других белков протеиназы папайи, таких как папаин или же карикаин, которые имеют похожие конформации.[13][14]

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

Четвертичная структура

Химопапаин представляет собой четвертичная структура характеризуется формированием гомо димеры, что означает, что две цепи химопапаина соединяются друг с другом через слабые взаимодействия соответствовать одной уникальной биологической структуре.[12]

Функция

Как и все другие ферменты в группе PLCP, химопапаин является цистеиновая протеаза. Протеазы ферменты, которые гидролизовать пептидные связи между остатками, которые соответствуют белку. При каждом гидролизе высвобождается молекула воды. В частности, цистеиновая протеаза представляет собой фермент, который разрывает пептидную связь с помощью тиол группа остатка цистеина в качестве нуклеофила. Чтобы гидролизовать, весь каталитическая триада фермента необходимо использовать.[15] Он состоит из цистеин, остаток Cys159, a гистидин, остаток His203 и третий остаток, который обычно 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]

Шаг за шагом механизм гидролиза химопапаина.

Следующий механизм представлен ниже:[11][18]

  1. Тиоловая группа цистеина теряет протон, поэтому он становится отрицательно заряженный и аминогруппа гистидина захватывает протон, что дает ему положительный заряд.
  2. Цистеин образует связь с углеродом, нарушая его двойная связь с кислородом и превращая его в простую связь.
  3. Аминогруппа притягивается положительным зарядом гистидина, и между ними образуется связь. Пептидная связь теперь разорвана, и карбонильная группа переделан.
  4. NH2Группа R освобождается от гистидина. Связь между тиольной группой цистеина и углеродом разрывается, и ее замещает группа NHR.

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

Синтез

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 белка были прекращены в США в 2003 году.

Тем не менее, 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

Чтобы перейти к извлечению латекса, необходимо сделать несколько продольных разрезов глубиной 2 мм через кожу, чтобы получить твердый вид через несколько минут после извлечения. Протеазы, присутствующие в латексе плодов, неактивны. предшественники которые активируются после ранения папайи.[25] В 0,3 мл латекса содержится около 15 мг химопапаина.[26]

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

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

Для удаления органических и нерастворимых молекул образец сначала фильтруется, а затем центрифугируется при 11000 g в течение 30 минут.[26] Осадок отбрасывают, а супернатант добавляют к 96% спирту в соотношении 1: 3.[27] Примеси осаждаются и могут быть удалены фильтрацией. Впоследствии (NH4)2ТАК4 фракционирование осуществляется добавлением 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 разные объемы элюирования. Изучение А280 химопапаин содержится во фракции 750-1000 мл.[25]

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

Медицинские приложения

Пульпозная грыжа межпозвоночного диска.
Химопапаин
Клинические данные
Маршруты
администрация		Инъекция в межпозвоночного диска
Код УВД
Легальное положение
Легальное положение
  • В общем: ℞ (только по рецепту)
Идентификаторы
Количество CAS
ChemSpider
  • никто
UNII
ЧЭМБЛ
 ☒NпроверитьY (что это?)  (проверять)

Химопапаин - один из субстратов, используемых при хемонуклеолизе (тип чрескожная дискэктомия ).[29] Этот метод был новым предложением для лечения первичного поясничного отдела позвоночника. межпозвоночного диска заболевание 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. Поставляется во флаконах по 10.000 единиц лиофилизированный агент 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 пульпозное ядро. Фактически, это деполимеризация хондромухопротеина[31] и снижение способности диска впитывать жидкость. Доза на разовую межпозвоночного диска от 2 до 4 нанокаталы, с максимальной дозой на пациента 8 нанокаталей. Инъекции химопапаина обычно делаются под местными, а не общими способами. анестезия.

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 также могло вызвать анафилаксия, но это наблюдалось только у 1% пациентов, принимавших 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c EMBL-EBI, ИнтерПро. "Пептидаза C1A, папаин C-конец (IPR000668) . www.ebi.ac.uk. Получено 2018-10-11.
  2. ^ "Химопапаин для инъекций от MedicineNet". Архивировано из оригинал на 2009-08-04. Получено 2009-07-21.
  3. ^ а б Maes, D .; Bouckaert, J .; Poortmans, F .; Wyns, L .; Лузе, Ю. (1996-12-23). «Карика Папайя Химопапаин с разрешением 1,7 Ангстрема». Биохимия. 35: 16292–16298. Дои:10.2210 / pdb1yal / PDB. Получено 2018-10-17.
  4. ^ а б c d е ж грамм Маэс Д., Букерт Дж., Портманс Ф., Винс Л., Луз Й (декабрь 1996 г.). «Структура химопапаина при разрешении 1,7 А». Биохимия. 35 (50): 16292–8. Дои:10.1021 / bi961491w. PMID  8973203.
  5. ^ а б группа, NIH / NLM / NCBI / IEB / CDD. "NCBI CDD консервативный домен пептидазы_C1A". www.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 2018-10-11.
  6. ^ Оберг К.А., Рюйсхарт Дж.М., Азаркан М., Смолдерс Н., Зерхуни С., Винтдженс Р., Амрани А., Луз Й. (ноябрь 1998 г.). «Глутаминциклаза папайи, растительный фермент, обладающий высокой устойчивостью к протеолизу, принимает конформацию полностью бета». Европейский журнал биохимии. 258 (1): 214–22. Дои:10.1046 / j.1432-1327.1998.2580214.x. PMID  9851712.
  7. ^ Хан I, Полгар Л. (1983-11-08). «Очистка и характеристика новой протеиназы, химопапаина S». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы. 760 (3): 350–356. Дои:10.1016/0304-4165(83)90372-0.
  8. ^ «Химопапаин - Карика папайя (Папайя)». www.uniprot.org. Получено 2018-10-11.
  9. ^ "SMART: Аннотация домена Inhibitor_I29". smart.embl.de. Получено 2018-10-11.
  10. ^ Гариев ИА. «HCS: химопапаин». www.enzyme.chem.msu.ru. Получено 2018-10-11.
  11. ^ а б Лопес-Иглесиас М., Готор-Фернандес В. (август 2015 г.). «Последние достижения в биокаталитической неразборчивости: реакции, катализируемые гидролазой для нетрадиционных превращений». Химический рекорд. 15 (4): 743–59. Дои:10.1002 / tcr.201500008. HDL:10651/34362. PMID  26147872.
  12. ^ а б «Мастер HotSpot 3.0». loschmidt.chemi.muni.cz. Получено 2018-10-11.
  13. ^ Жаке А., Кляйншмидт Т., Шнек А.Г., Луз Й., Браунитцер Г. (май 1989 г.). «Тиоловые протеиназы из латекса Carica papaya L. III. Первичная структура химопапаина». Биологическая химия Хоппе-Зейлер. 370 (5): 425–34. Дои:10.1515 / bchm3.1989.370.1.425. PMID  2500950.
  14. ^ Уотсон, округ Колумбия, Ягути М., Линн К.Р. (февраль 1990 г.). «Аминокислотная последовательность химопапаина из Carica papaya». Биохимический журнал. 266 (1): 75–81. Дои:10.1042 / bj2660075. ЧВК  1131098. PMID  2106878.
  15. ^ EMBL-EBI, ИнтерПро. "Пептидаза C1A, папаин C-конец (IPR000668) . www.ebi.ac.uk. Получено 2018-10-20.
  16. ^ Гариев, Игорь А. «HCS: химопапаин». www.enzyme.chem.msu.ru. Получено 2018-10-20.
  17. ^ Лопес-Иглесиас М., Готор-Фернандес В. (август 2015 г.). «Последние достижения в биокаталитической неразборчивости: реакции, катализируемые гидролазой для нетрадиционных превращений». Химический рекорд. 15 (4): 743–59. Дои:10.1002 / tcr.201500008. HDL:10651/34362. PMID  26147872.
  18. ^ «Плотностная функциональная обработка взаимодействий и химических реакций на поверхностях». ResearchGate. Получено 2018-10-20.
  19. ^ Диб З.Л., Шимел С., Даффнер Р.Х., Лупетин А.Р., Гришко Ф.Г., Блэкли Дж.Б. (апрель 1985 г.). «Инфекция межпозвонкового пространства после инъекции химопапаина». AJR. Американский журнал рентгенологии. 144 (4): 671–4. Дои:10.2214 / ajr.144.4.671. PMID  3156470. S2CID  18909656.
  20. ^ Суссман Б.Дж. (апрель 1975 г.). «Неадекватность и опасность инъекций химопапаина в качестве лечения болезни межпозвонковых дисков». Журнал нейрохирургии. 42 (4): 389–96. Дои: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». Бразильский архив биологии и технологий. 43 (5): 501–507. Дои:10.1590 / S1516-89132000000500009. ISSN  1516-8913.
  22. ^ Баттл DJ, Барретт Эй Джей (октябрь 1984 г.). «Химопапаин. Хроматографическая очистка и иммунологическая характеристика». Биохимический журнал. 223 (1): 81–8. Дои:10.1042 / bj2230081. ЧВК  1144267. PMID  6437389.
  23. ^ Бейнс Б.С., Броклхерст К. (февраль 1979 г.). «Необходимая модификация приготовления папаина из любого высококачественного латекса Carica papaya и доказательство структурной целостности фермента, полученного традиционными методами». Биохимический журнал. 177 (2): 541–8. Дои:10.1042 / bj1770541. ЧВК  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 industrial alimenticia". Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  25. ^ а б 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. Дои:10.1016 / s0021-9673 (02) 01534-0. PMID  12767335.
  26. ^ а б c Баттл DJ, Барретт Эй Джей (октябрь 1984 г.). «Химопапаин. Хроматографическая очистка и иммунологическая характеристика». Биохимический журнал. 223 (1): 81–8. Дои:10.1042 / bj2230081. ЧВК  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 М., Ясунобу К.Т. (апрель 1962 г.). «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. ^ Кнежевич Н.Н., Мандалия С., Рааш Дж., Кнежевич И., Кандидо К.Д. (май 2017 г.). «Лечение хронической боли в пояснице - новые подходы на горизонте». Журнал исследований боли. 10: 1111–1123. Дои:10.2147 / jpr.s132769. ЧВК  5436786. PMID  28546769.
  34. ^ Wardlaw D (2016). «Ишиас, вызванный грыжей межпозвоночного диска: почему нашим пациентам отказывают в хемонуклеолизе химопапаином?». Международный журнал хирургии позвоночника. 10: 44. Дои:10.14444/3044. ЧВК  5374990. PMID  28377858.
  35. ^ «Химопапаин». Клиника Мэйо.
  36. ^ "Химопапаин (путь введения) Описание и торговые марки - клиника Мэйо".
  37. ^ «Текущее состояние химопапаина». Архивировано из оригинал на 2016-01-21. Получено 2013-04-01.

дальнейшее чтение