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Articulo de referencia

Tripsina

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La tripsina es un tipo de enzima serina proteasa de la superfamilia PA que se encuentra en el sistema digestivo de muchos vertebrados , donde inicia la digestión de proteínas por hidrólisis , cortando largas cadenas de aminoácidos en fragmentos más pequeños. [ 2 ] [ 3 ] La tripsina se forma en el intestino delgado cuando se activa su proenzima , conocida como tripsinógeno y producida por el páncreas . La tripsina corta las cadenas peptídicas principalmente en el extremo carboxilo de los aminoácidos lisina y arginina . Se utiliza ampliamente en numerosas aplicaciones biotecnológicas en laboratorios clínicos y de investigación. La acción enzimática de la tripsina se conoce comúnmente como proteólisis por tripsinógeno o tripsinización , y se dice que las proteínas que han sido digeridas o tratadas con tripsina han sido tripsinizadas. [ 4 ]

La tripsina fue descubierta en 1876 por Wilhelm Kühne . [ 5 ] Muchas fuentes afirman erróneamente que Kühne derivó el nombre tripsina de la palabra griega antigua para frotar, tripsis , porque la enzima fue aislada por primera vez frotando el páncreas con polvo de vidrio y alcohol; de hecho, Kühne nombró tripsina a partir de la palabra griega antigua thrýpto , que significa "yo rompo" o "yo rompo". [ 6 ]

Función

En el duodeno , la tripsina cataliza la hidrólisis de los enlaces peptídicos , descomponiendo las proteínas en péptidos más pequeños. Estos péptidos se hidrolizan posteriormente en aminoácidos mediante otras proteasas, lo que permite su absorción en el torrente sanguíneo. La digestión tríptica es un paso necesario en la absorción de proteínas, ya que estas suelen ser demasiado grandes para ser absorbidas a través del revestimiento del intestino delgado . [ 7 ]

La tripsina se produce en el páncreas como el zimógeno inactivo tripsinógeno . Cuando el páncreas es estimulado por la colecistoquinina , se secreta en la primera parte del intestino delgado (el duodeno ) a través del conducto pancreático . Una vez en el intestino delgado, la enzima enterocinasa (también llamada enteropeptidasa) activa el tripsinógeno transformándolo en tripsina mediante escisión proteolítica . La tripsina, a su vez, activa tripsina adicional, quimotripsina y carboxipeptidasa .

Mecanismo

El mecanismo enzimático es similar al de otras serina proteasas. Estas enzimas contienen una tríada catalítica compuesta por histidina -57, aspartato -102 y serina -195. [ 8 ] Esta tríada catalítica se denominaba anteriormente sistema de transferencia de carga, lo que implicaba la abstracción de protones de la serina a la histidina y de la histidina al aspartato, pero debido a la evidencia proporcionada por RMN de que la forma alcóxido resultante de la serina tendría una atracción mucho más fuerte sobre el protón que el anillo de imidazol de la histidina, la idea actual sostiene que la serina y la histidina tienen cada una una participación prácticamente igual del protón, formando enlaces de hidrógeno cortos y de baja barrera con él. [ 9 ] De esta manera, se incrementa la nucleofilicidad de la serina del sitio activo , facilitando su ataque al carbono amida durante la proteólisis. La reacción enzimática que cataliza la tripsina es termodinámicamente favorable, pero requiere una energía de activación significativa (es cinéticamente desfavorable). Además, la tripsina contiene un "agujero de oxianión" formado por los átomos de hidrógeno amida del esqueleto de Gly-193 y Ser-195, que, mediante enlaces de hidrógeno, estabilizan la carga negativa que se acumula en el oxígeno amida tras el ataque nucleofílico del oxígeno de la serina sobre el carbono amida planar, lo que provoca que dicho carbono adopte una geometría tetraédrica. Esta estabilización del intermedio tetraédrico contribuye a reducir la barrera energética de su formación y es concomitante con una disminución de la energía libre del estado de transición. La unión preferencial del estado de transición es una característica clave de la química enzimática.

El residuo de aspartato negativo (Asp 189) ubicado en el bolsillo catalítico (S1) de la tripsina es responsable de atraer y estabilizar la lisina y/o arginina con carga positiva, y es, por lo tanto, responsable de la especificidad de la enzima. Esto significa que la tripsina escinde predominantemente las proteínas en el lado carboxilo (o " lado C-terminal ") de los aminoácidos lisina y arginina excepto cuando alguno está unido a una prolina C-terminal , [ 10 ] aunque los datos de espectrometría de masas a gran escala sugieren que la escisión ocurre incluso con prolina. [ 11 ] La tripsina se considera una endopeptidasa , es decir, la escisión ocurre dentro de la cadena polipeptídica en lugar de en los aminoácidos terminales ubicados en los extremos de los polipéptidos .

Propiedades

La tripsina animal tiene una temperatura de funcionamiento óptima de aproximadamente 37  °C. [ 12 ] En contraste, el bacalao del Atlántico posee varios tipos de tripsinas para que este pez poiquilotermo pueda sobrevivir a diferentes temperaturas corporales. Las tripsinas del bacalao incluyen la tripsina I, con un rango de actividad de 4 a 65 °C (39 a 149 °F) y una actividad máxima a 55 °C (131 °F) , así como la tripsina Y, con un rango de 2 a 30 °C (36 a 86 °F) y una actividad máxima a 21 °C (70 °F) . [ 13 ]        

La tripsina, como proteína, presenta distintos pesos moleculares según su origen. Por ejemplo, se ha reportado un peso molecular de 23,3 kDa para la tripsina de origen bovino y porcino.

La actividad de la tripsina no se ve afectada por el inhibidor enzimático tosil fenilalanil clorometil cetona, TPCK , que desactiva la quimotripsina .

La tripsina debe almacenarse a temperaturas muy bajas (entre -20 y -80  °C) para evitar la autólisis , la cual también puede verse impedida si se almacena a pH 3 o si se utiliza tripsina modificada mediante metilación reductiva . Al ajustar el pH a 8, se recupera la actividad.

isoenzimas

Estos genes humanos codifican proteínas con actividad enzimática de tripsina:

También pueden encontrarse otras isoformas de tripsina en otros organismos.

Importancia clínica

La activación de la tripsina por la escisión proteolítica del tripsinógeno en el páncreas puede desencadenar una serie de eventos que provocan la autodigestión pancreática, resultando en pancreatitis . Una consecuencia de la fibrosis quística, una enfermedad autosómica recesiva , es la deficiencia en el transporte de tripsina y otras enzimas digestivas desde el páncreas. Esto conduce al trastorno denominado íleo meconial , que implica una obstrucción intestinal ( íleo ) debido a un meconio excesivamente espeso , que normalmente es descompuesto por la tripsina y otras proteasas, y luego eliminado en las heces. [ 14 ]

Aplicaciones

La tripsina se encuentra en grandes cantidades en el páncreas y se puede purificar con relativa facilidad. Por lo tanto, se ha utilizado ampliamente en diversos procesos biotecnológicos.

En un laboratorio de cultivo de tejidos , la tripsina se utiliza para resuspender las células adheridas a la pared de la placa de cultivo durante el proceso de recolección celular. [ 15 ] Algunos tipos de células se adhieren a los lados y al fondo de la placa cuando se cultivan in vitro . La tripsina se utiliza para escindir las proteínas que mantienen las células cultivadas adheridas a la placa, de modo que las células puedan retirarse de las placas.

La tripsina también puede utilizarse para disociar las células disecadas (por ejemplo, antes de la fijación y clasificación celular).

La tripsina se puede usar para descomponer la caseína en la leche materna. Si se añade tripsina a una solución de leche en polvo, la descomposición de la caseína hace que la leche se vuelva translúcida . La velocidad de reacción se puede medir midiendo el tiempo que tarda la leche en volverse translúcida.

La tripsina se utiliza comúnmente en la investigación biológica durante experimentos de proteómica para digerir proteínas en péptidos para su análisis mediante espectrometría de masas, por ejemplo, en la digestión en gel . La tripsina es especialmente adecuada para este fin, ya que posee una especificidad muy bien definida, pues hidroliza únicamente los enlaces peptídicos en los que el grupo carbonilo está formado por un residuo de arginina o lisina.

La tripsina también puede utilizarse para disolver coágulos sanguíneos en su forma microbiana y para tratar la inflamación en su forma pancreática.

En medicina veterinaria, la tripsina es un ingrediente de productos en aerosol para heridas, como Debrisol, para disolver el tejido muerto y el pus en heridas de caballos, vacas, perros y gatos. [ 16 ]

En India, la tripsina-quimotripsina se prescribe ampliamente para reducir la inflamación durante la laringitis y la recuperación postoperatoria. Su uso fuera de India no está bien documentado y la mayoría de los estudios sobre su efectividad en las situaciones mencionadas han sido financiados por Torrent Pharmaceuticals, una de las principales marcas que fabrican estas tabletas en India. [ 17 ] [ 18 ]

En los alimentos

Las preparaciones comerciales de proteasas suelen consistir en una mezcla de varias enzimas proteasas que a menudo incluye tripsina. Estas preparaciones se utilizan ampliamente en el procesamiento de alimentos: [ 19 ]

  • como enzima de panadería para mejorar la trabajabilidad de la masa
  • en la extracción de condimentos y saborizantes de proteínas vegetales o animales y en la fabricación de salsas.
  • para controlar la formación de aromas en quesos y productos lácteos
  • para mejorar la textura de los productos de pescado
  • para ablandar la carne
  • durante la estabilización en frío de la cerveza
  • En la producción de alimentos hipoalergénicos , donde las proteasas descomponen proteínas alergénicas específicas en péptidos no alergénicos, por ejemplo, las proteasas se utilizan para producir alimentos hipoalergénicos para bebés a partir de leche de vaca, disminuyendo así el riesgo de que los bebés desarrollen alergias a la leche .

inhibidor de tripsina

Para prevenir la acción de la tripsina activa en el páncreas, que puede ser altamente dañina, existen inhibidores como BPTI y SPINK1 en el páncreas y α1-antitripsina en el suero, como parte de la defensa contra su activación inapropiada. Cualquier tripsina que se forme prematuramente a partir del tripsinógeno inactivo se une entonces al inhibidor. La interacción proteína-proteína entre la tripsina y sus inhibidores es una de las más fuertes, y la tripsina se une a algunos de sus inhibidores pancreáticos de forma casi irreversible. [ 20 ] A diferencia de casi todos los complejos proteicos conocidos, algunos complejos de tripsina unidos a sus inhibidores no se disocian fácilmente después del tratamiento con urea 8M. [ 21 ]

Los inhibidores de la tripsina pueden servir como herramientas para abordar los trastornos metabólicos y la obesidad. Se sabe que los trastornos metabólicos, la obesidad y el sobrepeso aumentan la prevalencia de enfermedades crónicas no transmisibles. [ 22 ] Es de interés para las políticas de salud pública explorar diversas formas de mitigar esta ocurrencia, incluido el uso de inhibidores de la tripsina. Estos inhibidores tienen la capacidad de reducir el cáncer de colon, mama, piel y próstata a través de su actividad radioprotectora y anticancerígena. Los inhibidores de la tripsina pueden actuar como mecanismos reguladores para controlar la liberación de proteasas de neutrófilos y evitar daños tisulares significativos. [ 22 ] Con respecto a las afecciones cardiovasculares asociadas con la actividad improductiva de la serina proteasa, los inhibidores de la tripsina pueden bloquear su actividad en la agregación plaquetaria, la fibrinólisis, la coagulación y la coagulación sanguínea.

La multifuncionalidad de los inhibidores de tripsina incluye ser potenciales inhibidores de proteasas para la actividad AMP. [ 23 ] Si bien los mecanismos de acción antibacteriana de los inhibidores de tripsina no están claros, los estudios se han dirigido a estudiar sus mecanismos como posibles aplicaciones en tratamientos de infecciones bacterianas. [ 23 ] La investigación y la microscopía de barrido mostraron efectos antibacterianos en membranas bacterianas de Staphylococcus aureus . [ 23 ] Los inhibidores de tripsina de la piel de anfibios mostraron promoción de la muerte bacteriana que afectó la pared celular y la membrana de Staphylococcus aureus . [ 23 ] Los estudios también analizaron acciones antibacterianas en péptidos, proteínas y E. coli inhibidores de tripsina . Los resultados mostraron una prevención suficiente del crecimiento bacteriano. Sin embargo, los inhibidores de tripsina deben cumplir ciertos criterios para ser utilizados en alimentos y tratamientos médicos. [ 23 ]

Alternativas a la tripsina

La digestión de la matriz extracelular con tripsina es una práctica común en el cultivo celular. Sin embargo, esta degradación enzimática de las células puede afectar negativamente la viabilidad celular y los marcadores de superficie, especialmente en las células madre. Existen alternativas más suaves que la tripsina, como Accutase, que no afecta los marcadores de superficie como cd14, cd117, cd49f y cd292. [ 24 ] [ 25 ] No obstante, Accutase disminuye los niveles de FasL y del receptor Fas en la superficie de los macrófagos ; estos receptores están asociados con la citotoxicidad celular en el sistema inmunitario y también pueden facilitar la muerte celular relacionada con la apoptosis . [ 26 ]

La proalanasa también podría servir como alternativa a la tripsina en aplicaciones proteómicas. [ 27 ] La proalanasa es una proteasa del hongo Aspergillus niger que puede alcanzar una alta actividad proteolítica y especificidad para la digestión en las condiciones correctas. [ 27 ] La proalanasa, la proteasa prolil-endopeptidasa ácida, estudiada previamente como An-PEP, se ha observado en varios experimentos para definir su especificidad. [ 27 ] La proalanasa se desempeñó de manera óptima en aplicaciones de LC-MS con tiempos de digestión cortos y pH altamente ácido. [ 27 ]

Véase también

  • iconoPortal de biología

Referencias

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  2. ↑ Rawlings ND, Barrett AJ (1994). " [ 2 ] Familias de serina peptidasas" . Familias de serina peptidasas . Métodos en Enzimología. Vol. 244. págs. 19–61 . doi : 10.1016/0076-6879(94)44004-2 . ISBN   978-0-12-182145-6. PMC 7133253 . PMID 7845208 .  
  3. ↑ El fisiólogo alemán Wilhelm Kühne (1837-1900) descubrió la tripsina en 1876. Véase: Kühne W (1877). "Über das Trypsin (Enzym des Pankreas)" . Verhandlungen des Naturhistorisch-medicinischen Vereins zu Heidelberg . nueva serie. 1 ( 3): 194–198 – vía Google Books.Icono de acceso abierto
  4. ↑ Engelking LR (1 de enero de 2015). «Capítulo 7 - Digestión de proteínas». Libro de texto de química fisiológica veterinaria (Tercera ed.). Boston: Academic Press. págs. 39–44 . doi : 10.1016/B978-0-12-391909-0.50007-4 . ISBN   978-0-12-391909-0.
  5. ↑ Kühne W (6 de marzo de 1876). "Ueber das Trypsin (Enzym des Pankreas)" [ Acerca de la tripsina (enzima del páncreas) ] . En Naturhistorisch-medizinischen Verein (ed.). Verhandlungen des Naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg [ Negociaciones de la Asociación Médica de Historia Natural de Heidelberg ] (en alemán). Heidelberg, Alemania: Universitätsbuchhandlung de Carl Winter (publicado en 1877). págs . 194–8 – vía Archive.org. 
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  8. ↑ Polgár L (octubre de 2005). " La tríada catalítica de las serina peptidasas" . Cellular and Molecular Life Sciences . 62 ( 19–20 ): 2161–72 . doi : 10.1007/s00018-005-5160-x . PMC 11139141. PMID 16003488. S2CID 3343824 .   
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  11. ↑ Rodriguez J, Gupta N, Smith RD, Pevzner PA (enero de 2008). "¿Corta la tripsina antes que la prolina?" (PDF) . Journal of Proteome Research . 7 (1): 300– 5. CiteSeerX 10.1.1.163.4052 . doi : 10.1021/pr0705035 . PMID 18067249. Archivado del original (PDF) el 13 de agosto de 2020. Recuperado el 25 de octubre de 2017 .  
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Lecturas adicionales

  • Brosens JJ, Salker MS, Teklenburg G, Nautiyal J, Salter S, Lucas ES, et  al. (febrero de 2014). "Selección uterina de embriones humanos en la implantación" . Scientific Reports . 4 : 3894. Bibcode : 2014NatSR...4.3894B . doi : 10.1038/srep03894 . PMC 3915549. PMID 24503642. Número de artículo 3894. Recuperado el 15 de marzo de 2019. Artículo sobre el papel de la tripsina en la implantación de embriones humanos.  {{cite journal}}: CS1 mantenimiento: postscript ( enlace )