Tripsina

La tripsina es una enzima en la primera sección del intestino delgado que inicia la digestión de las moléculas de proteína al cortar estas largas cadenas de aminoácidos en pedazos más pequeños. Es una serina proteasa de la superfamilia del clan PA, que se encuentra en el sistema digestivo de muchos vertebrados, donde hidroliza proteínas. La tripsina se forma en el intestino delgado cuando se activa su forma de proenzima, el tripsinógeno producido por el páncreas. La tripsina corta las cadenas peptídicas principalmente en el lado carboxilo de los aminoácidos lisina o arginina. Se utiliza para numerosos procesos biotecnológicos. El proceso se conoce comúnmente como proteólisis de tripsina o tripsinización, y se dice que las proteínas que han sido digeridas/tratadas con tripsina han sido tripsinizadas. La tripsina fue descubierta en 1876 por Wilhelm Kühne y recibió su nombre de la palabra griega antigua para frotar, ya que se aisló por primera vez frotando el páncreas con glicerina.

Función

En el duodeno, la tripsina cataliza la hidrólisis de los enlaces peptídicos, descomponiendo las proteínas en péptidos más pequeños. Luego, los productos peptídicos se hidrolizan aún más en aminoácidos a través de otras proteasas, dejándolos disponibles para su absorción en el torrente sanguíneo. La digestión tríptica es un paso necesario en la absorción de proteínas, ya que las proteínas generalmente son demasiado grandes para ser absorbidas a través del revestimiento del intestino delgado.

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

Mecanismo

El mecanismo enzimático es similar al de otras serina proteasas. Estas enzimas contienen una tríada catalítica que consta de histidina-57, aspartato-102 y serina-195. Esta tríada catalítica se denominaba anteriormente sistema de retransmisión 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 de alcóxido resultante de la serina tendría una atracción mucho mayor sobre el protón que hace el anillo de imidazol de la histidina, el pensamiento actual sostiene en cambio que la serina y la histidina tienen cada una una parte efectivamente igual del protón, formando con ellos enlaces de hidrógeno cortos de baja barrera. De esta forma, se aumenta la nucleofilia del sitio activo serina, lo que facilita su ataque al carbono amido 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 de la amida de la columna vertebral de Gly-193 y Ser-195, que a través de los enlaces de hidrógeno estabilizan la carga negativa que se acumula en el oxígeno de la amida después del ataque nucleofílico en el carbono de la amida planar por el oxígeno de la serina hace que el carbono asuma una geometría tetraédrica. Tal estabilización de este intermedio tetraédrico ayuda 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, por lo tanto, es 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 cualquiera de ellos está unido a una prolina C-terminal, aunque la espectrometría de masas a gran escala los datos sugieren que la escisión se produce incluso con prolina. La tripsina se considera una endopeptidasa, es decir, la escisión se produce dentro de la cadena polipeptídica en lugar de en los aminoácidos terminales ubicados en los extremos de los polipéptidos.

Propiedades

La tripsina humana tiene una temperatura de funcionamiento óptima de unos 37 °C. En cambio, el bacalao del Atlántico tiene varios tipos de tripsinas para que el pez poiquilotermo sobreviva a diferentes temperaturas corporales. Las tripsinas de bacalao incluyen la tripsina I con un rango de actividad de 4 a 65 °C (40 a 150 °F) y actividad máxima a 55 °C (130 °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).

Como proteína, la tripsina tiene varios pesos moleculares según la fuente. Por ejemplo, se reporta 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 de la enzima tosil fenilalanil clorometil cetona, TPCK, que desactiva la quimotripsina.

La tripsina debe almacenarse a temperaturas muy frías (entre -20 y -80 °C) para evitar la autolisis, que también puede verse obstaculizada por el almacenamiento de tripsina a pH 3 o por el uso de tripsina modificada por metilación reductora. Cuando el pH se ajusta de nuevo a pH 8, vuelve la actividad.

Isoenzimas

Estos genes humanos codifican proteínas con actividad enzimática de tripsina:

También se pueden encontrar otras isoformas de tripsina en otros organismos.

Importancia clínica

La activación de la tripsina a partir de la escisión proteolítica del tripsinógeno en el páncreas puede conducir a una serie de eventos que provocan la autodigestión pancreática, lo que resulta en pancreatitis. Una consecuencia de la enfermedad autosómica recesiva de la fibrosis quística es una deficiencia en el transporte de tripsina y otras enzimas digestivas del páncreas. Esto conduce al trastorno denominado íleo meconial, que implica la obstrucción intestinal (íleo) debido al meconio demasiado espeso, que normalmente se descompone por la tripsina y otras proteasas, y luego se elimina en las heces.

Aplicaciones

La tripsina está disponible en grandes cantidades en el páncreas y se puede purificar con bastante facilidad. Por lo tanto, se ha utilizado ampliamente en varios procesos biotecnológicos.

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

La tripsina también se puede utilizar para disociar las células diseccionadas (por ejemplo, antes de la fijación y clasificación de las células).

La tripsina se puede usar para descomponer la caseína en la leche materna. Si se agrega 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 usando la cantidad de tiempo necesario para que la leche se vuelva translúcida.

La tripsina se usa comúnmente en la investigación biológica durante los experimentos de proteómica para digerir las proteínas en péptidos para el análisis de espectrometría de masas, p. digestión en gel. La tripsina es particularmente adecuada para esto, ya que tiene una especificidad muy bien definida, ya que hidroliza solo los enlaces peptídicos en los que el grupo carbonilo es aportado por un residuo de arginina o lisina.

La tripsina también se puede usar para disolver coágulos de sangre en su forma microbiana y tratar la inflamación en su forma pancreática.

En medicina veterinaria, la tripsina es un ingrediente de los productos en aerosol para heridas, como Debrisol, para disolver el tejido muerto y el pus en las heridas de los caballos, el ganado, los perros y los gatos.

En la comida

Las preparaciones de proteasa comerciales generalmente consisten en una mezcla de varias enzimas proteasas que a menudo incluyen tripsina. Estas preparaciones son ampliamente utilizadas en el procesamiento de alimentos:

• como enzima de hornear para mejorar la funcionalidad de la masa
• en la extracción de condimentos y sabores de proteínas vegetales o animales y en la fabricación de salsas
• para controlar la formación de aromas en queso y productos lácteos
• para mejorar la textura de los productos pesqueros
• para licitar carne
• durante la estabilización fría de la cerveza
• en la producción de alimentos hipoalergénicos donde las proteas descomponen proteínas alergénicas específicas en péptidos nonallergénicos, por ejemplo, las proteasas se utilizan para producir alimentos hipoalergénicos de la leche de vaca, disminuyendo así el riesgo de que los bebés desarrollen alergias a la leche.

Inhibidor de la tripsina

Para prevenir la acción de la tripsina activa en el páncreas, que puede ser muy dañina, están presentes 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 formada prematuramente a partir del tripsinógeno inactivo se une al inhibidor. La interacción proteína-proteína entre la tripsina y sus inhibidores es una de las más estrechas, y la tripsina se une a algunos de sus inhibidores pancreáticos de forma casi irreversible. A diferencia de casi todos los conjuntos de proteínas conocidos, algunos complejos de tripsina unidos por sus inhibidores no se disocian fácilmente después del tratamiento con urea 8M.