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Chymotrypsin

Hydrolyse einer Peptidbindung durch Chymotrypsin

Die Hydrolyse eines Proteins durch Chymotrypsin besteht im Wesentlichen aus vier Schritten:

Einzelschritte

  • Hydrolyse: Die Hydrolyse des Substrates beginnt mit einem Angriff des Sauerstoff-Atoms der Hydroxy-Gruppe von Ser195 auf den Carbonyl-Kohlenstoff der Peptidbindung.
  • Bildung eines Tetraeders: Die Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung dieser Carbonyl-Gruppe wird zur Einfachbindung und das Sauerstoff-Atom wird negativ geladen. Die vier in dieser Phase mit dem Carbonyl-Kohlenstoff verknüpften Atome liegen nun in tetraedrischer Anordnung vor. Dieser charakteristische Tetraeder wird durch H-Brücken zwischen dem negativ geladenen Carbonyl-Sauerstoff (Oxyanion) und zwei NH-Gruppen der Hauptkette ermöglicht. Durch die Konformationsverzerrung, die bei der Bildung des Tetraeders zustande kommt, kann das Oxyanion in die dafür vorgesehene Oxyanion-Tasche eindringen und ermöglicht so die Durchführung der hydrolytischen Spaltung. Asp102 wirkt dabei stabilisierend auf His57. Der Tetraeder stellt einen gut definierten Übergangszustand dar, dessen Bildung einen wesentlichen Anteil an der katalytischen Aktivität des Chymotrypsins besitzt.
  • Acylierung: In der Oxyanion-Tasche wird ein Proton von Ser195 auf His57 übertragen. Dies wird durch die Anordnung der katalytischen Triade wesentlich erleichtert. Von der protonierten Form des His57 wird das Proton dann auf das Stickstoff-Atom der Peptidbindung übertragen und bewirkt dessen Spaltung. Nun ist die Aminkomponente über eine H-Brücke an das His57 angelagert und der übrige, saure Teil des Substrates noch immer mit dem Ser195 verestert. Die Aminkomponente diffundiert daraufhin weg; der Acylierungsschritt der hydrolytischen Reaktion ist damit beendet.Nun nimmt ein Wasser-Molekül den Platz der Amin-Komponente ein. Die Deacylierung wird eingeleitet.
  • Deacylierung: Die Deacylierung ist gewissermaßen eine Umkehr der Acylierung, wobei das Wasser-Molekül die abdiffundierte Aminkomponente ersetzt. His57 zieht ein Proton vom Wasser ab und das verbleibende OH-Ion greift sofort das Carbonyl-Kohlenstoff-Atom der an das Ser195 gebundenen Acyl-Gruppe an. Auch hier entsteht vorübergehend ein tetraedrisches Zwischenprodukt. His57 gibt ein Proton an das Sauerstoff-Atom von Ser195 ab, das nun seinerseits die saure Gruppe des Substrates entlässt.Die saure Restkomponente des Reaktionsproduktes diffundiert ab und das Enzym ist für eine neue Katalyse bereit.
Abb.1
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