キモトリプシン: 実験にも使われるタンパク質分解酵素

protein_gene/c/chymotrypsin
8-28-2017 updated

概要: キモトリプシンとは

キモトリプシン chymotrypsin はタンパク質 protein のペプチド結合を切断するプロテアーゼ protease の一つである。主に小腸で働く消化酵素 digestive enzyme であるほか、様々なタンパク質実験にも利用されている。

Tryptophan, tyrosine, phenylalanine, methionine といった大きな疎水性アミノ酸の C 末端側でペプチド結合を切断する。

活性型 chymotrypsin は球状の分子で、ジスルフィド結合で繋がれた 3 つのポリペプチド鎖から成る (1)。

膵臓 pancreas の腺房細胞 acinar cellsで chymotryptinogen として発現し、細胞膜に結合した顆粒 granule 内に保存される (1)。
ホルモンまたは神経刺激により、顆粒の中身が十二指腸 duodenum に放出される。
Trypsin に N 末端 (文献 1 では Arg 15 と Ile 16 の間) で切断され、活性をもつ π-chymotrypsin になる。
π-chymotrypsin は自己消化を起こし 3 つのペプチド A, B, C chain になる。これらはジスルフィド結合で繋がれており、安定な活性型の α-chymotrypsin を構成する。

> 活性中心は Ser195 で、His, Asp とともに catalytic triad を形成する (1)。

以下の R₁-CO-NH-R₂ というペプチド結合をキモトリプシンが切断するときに、何が起こっているのかをみていってみよう (1)。

R₁-CO-NH-R₂ + H₂O → R₁-COO^- + NH₃⁺

キモトリプシンと基質が結合する。
Ser の O^- がペプチド結合の carbonyl carbon (CO-NH の C) を攻撃する。
Carbonyl carbon は C=O の二重結合が奪い取られ、Ser の O、もともとの O、N、側鎖の 4 者と結合した不安定な tetrahedral intermediate が生じる。
不安定な tetrahedral intermediate は、キモトリプシンの Ser 195 の近傍にある Gly 193 などが作る oxyanion hole と相互作用することで、安定化される。
アミノ基側の R₂-NH₂ が遊離する。水素を授受する能力のある His が H⁺ を渡している。一方、R₁-CO は C を介して酵素と結合している。中間体としての acyl-enzyme である。
R₂-NH₂ が占めていたスペースに水分子が入り込んでくる。
His が水分子からプロトンを引き抜き、OH^- が R₁-CO-Enzyme の C=O 結合を攻撃する。
R₁-CO-OH が遊離し、酵素は次の反応を触媒できるようになる。

キモトリプシンは、活性中心の近くに S1 pocket という疎水性のアミノ酸がフィットするポケットをもっている。これが切断部位の特異性を決めている。

このように Ser が求核攻撃を行うプロテアーゼを serine protease という。このほか、以下のプロテアーゼファミリーがある。

N-acetyl-L-phenylalanine p-nitrophenyl ester がキモトリプシンに分解されると、黄色の p-nitrophenolate が生じる。これを利用して活性を測定することができる (1)。

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