Trypsin
Obsah boxu
Trypsin je enzym ze skupiny serinových proteáz, který hraje klíčovou roli v trávení bílkovin u většiny obratlovců. Je produkován v exokrinní části slinivky břišní ve formě neaktivního prekurzoru, tzv. zymogenu, nazývaného trypsinogen. Po transportu do tenkého střeva je trypsinogen aktivován na trypsin, který následně štěpí peptidové vazby v proteinech a aktivuje další trávicí enzymy.
Jeho vysoká účinnost a specificita z něj činí důležitý nástroj v biochemii, molekulární biologii a biotechnologiích.
📜 Historie
Trypsin byl jedním z prvních enzymů, které byly izolovány v relativně čisté formě. V roce 1876 ho německý fyziolog Wilhelm Kühne izoloval ze pankreatické šťávy a pojmenoval ho z řeckého slova tripsis, což znamená "tření" nebo "drcení", což odkazovalo na jeho schopnost rozkládat bílkoviny. Kühne byl také ten, kdo zavedl samotný termín enzym.
V roce 1931 John Howard Northrop a Moses Kunitz úspěšně krystalizovali trypsin a jeho prekurzor trypsinogen, což byl zásadní krok pro studium jeho struktury a funkce. Za svou práci na izolaci a krystalizaci enzymů obdržel Northrop v roce 1946 Nobelovu cenu za chemii. Struktura trypsinu byla plně objasněna pomocí rentgenové krystalografie v polovině 20. století.
🧬 Struktura a vlastnosti
Trypsin je relativně malý, globulární protein o molekulové hmotnosti přibližně 24 kDa. Skládá se z jediného polypeptidového řetězce, který je stabilizován šesti disulfidickými můstky.
🏛️ Aktivní místo
Klíčovou součástí trypsinu je jeho aktivní místo, které obsahuje tzv. katalytickou triádu. Jedná se o trojici aminokyselinových zbytků – serin (Ser-195), histidin (His-57) a aspartát (Asp-102) – které jsou v prostoru uspořádány tak, aby mohly kooperativně provádět katalýzu štěpení peptidové vazby. Tento mechanismus je charakteristický pro celou rodinu serinových proteáz, kam patří například i chymotrypsin nebo elastáza.
🎯 Substrátová specificita
Trypsin je endopeptidáza, což znamená, že štěpí peptidové vazby uvnitř proteinového řetězce, nikoli na jeho koncích. Je vysoce specifický a štěpí vazby výhradně na karboxylové straně (C-terminální konec) bazických aminokyselin, tedy lysinu a argininu. Tato specificita je dána přítomností negativně nabitého zbytku kyseliny asparagové (Asp-189) v tzv. substrátové kapse (S1 pocket) aktivního místa. Tento zbytek přitahuje a váže kladně nabité postranní řetězce lysinu a argininu, čímž správně orientuje peptidovou vazbu pro štěpení.
Optimální pH pro aktivitu trypsinu je v mírně zásaditém prostředí, typicky mezi 7,5 a 8,5, což odpovídá podmínkám v dvanáctníku.
⚙️ Funkce a mechanismus účinku
Hlavní fyziologickou rolí trypsinu je trávení bílkovin přijatých v potravě. Tento proces je však přísně regulován, aby nedošlo k poškození tkání samotné slinivky břišní.
🔐 Aktivace z trypsinogenu
Trypsin je syntetizován a skladován v acinárních buňkách slinivky břišní jako neaktivní trypsinogen. Tato neaktivní forma zabraňuje předčasné aktivaci a samonatrávení slinivky. Po vyloučení do dvanáctníku je trypsinogen aktivován enzymem enteropeptidáza (dříve nazývaná enterokináza), který je produkován buňkami střevní sliznice. Enteropeptidáza odštěpí z N-konce trypsinogenu krátký peptid (hexapeptid), což vede ke konformační změně molekuly a vytvoření plně funkčního aktivního místa.
Jakmile vznikne malé množství aktivního trypsinu, proces se zrychluje tzv. autoaktivací, kdy molekuly trypsinu začnou aktivovat další molekuly trypsinogenu.
🌊 Kaskáda aktivace trávicích enzymů
Aktivní trypsin je klíčovým spouštěčem celé kaskády aktivace dalších pankreatických proenzymů. Štěpí a aktivuje:
- Chymotrypsinogen na chymotrypsin
- Proelastázu na elastázu
- Prokarboxypeptidázy na karboxypeptidázy
- Prolipázu na lipázu
Díky této centrální roli je regulace aktivity trypsinu naprosto zásadní pro správné trávení.
🛡️ Inhibitory trypsinu
Aby se zabránilo nežádoucí aktivaci trypsinu, existuje několik ochranných mechanismů:
- Pankreatický sekretorický inhibitor trypsinu (PSTI nebo SPINK1): Je syntetizován spolu s trypsinogenem ve slinivce a působí jako první obranná linie proti malému množství předčasně aktivovaného trypsinu.
- Inhibitory v krevní plazmě: Pokud by se trypsin dostal do krevního oběhu, je rychle inaktivován inhibitory, jako je α1-antitrypsin a α2-makroglobulin.
- Potravinové inhibitory: Některé potraviny, zejména luštěniny (např. sója) a vaječný bílek, obsahují přirozené inhibitory trypsinu. Ty jsou však většinou citlivé na teplo a ničí se vařením.
🩺 Klinický význam
Poruchy spojené s funkcí trypsinu mají závažné zdravotní důsledky.
🔥 Akutní pankreatitida
Akutní pankreatitida je život ohrožující stav, který je často způsoben předčasnou, masivní aktivací trypsinogenu na trypsin ještě uvnitř slinivky břišní. To může být vyvoláno například ucpáním pankreatického vývodu žlučovým kamenem nebo poškozením buněk alkoholem. Aktivovaný trypsin spustí kaskádu aktivace dalších enzymů, což vede k "samonatrávení" tkáně slinivky, zánětu, krvácení a nekróze.
🧬 Cystická fibróza
U pacientů s cystickou fibrózou způsobuje defektní chloridový kanál produkci velmi hustého hlenu. Tento hlen může ucpat vývody slinivky břišní a zabránit tak uvolňování trypsinogenu a dalších trávicích enzymů do střeva. Důsledkem je nedostatečné trávení bílkovin a tuků, což vede k malabsorpci, podvýživě a objemným, mastným stolicím (steatorea).
Screening novorozenců na cystickou fibrózu je často založen na měření hladiny imunoreaktivního trypsinogenu (IRT) v krvi. Při blokádě vývodů se trypsinogen hromadí ve slinivce a uniká do krevního oběhu, kde je jeho koncentrace zvýšená.
🔬 Využití v laboratoři a průmyslu
Díky své vysoké specificitě a účinnosti je trypsin nepostradatelným nástrojem v mnoha oblastech:
- Buněčné kultury: Trypsin se běžně používá k tzv. trypsinizaci, což je proces uvolňování adherentních buněk z povrchu kultivačních nádob. Trypsin štěpí proteiny, které buňky ukotvují k povrchu, a umožňuje jejich oddělení a další pasážování.
- Proteomika: V hmotnostní spektrometrii je trypsin standardním enzymem pro štěpení komplexních směsí proteinů na menší, definované peptidy. Díky jeho specificitě lze z hmotností vzniklých peptidů spolehlivě identifikovat původní proteiny.
- Výroba vakcín: Používá se při výrobě některých vakcín k disociaci buněk, na kterých se pěstují viry.
- Potravinářský průmysl: Využívá se k výrobě proteinových hydrolyzátů (např. v kojenecké výživě pro snížení alergenicity) nebo ke změkčování masa.
- Lékařství: V minulosti se přípravky s obsahem trypsinu a chymotrypsinu používaly lokálně k čištění ran (debridement), protože dokázaly rozložit nekrotickou tkáň.
💡 Pro laiky (Jak trypsin funguje)
Představte si bílkovinu z jídla (například z masa nebo sýra) jako velmi dlouhý náhrdelník z různých druhů korálků. Tělo tento náhrdelník nedokáže vcelku vstřebat, a proto ho musí nejprve "rozstříhat" na menší kousky.
- Trypsin jsou molekulární nůžky: Je to speciální druh nůžek, které stříhají náhrdelník jen na přesně určených místech. Konkrétně stříhají vždy za dvěma typy korálků – za "lysinem" a "argininem".
- Bezpečnostní pojistka (Trypsinogen): Protože jsou tyto nůžky velmi ostré, továrna (slinivka břišní) je vyrábí se "zajištěnou čepelí". Tato zajištěná forma se jmenuje trypsinogen. Tím je zajištěno, že nůžky nepoškodí samotnou továrnu.
- Aktivace ve střevě: Až když se zajištěné nůžky dostanou na správné místo (do tenkého střeva), jiný nástroj (enteropeptidáza) pojistku odjistí. Otevřené nůžky (trypsin) pak začnou stříhat bílkovinné náhrdelníky a zároveň aktivují i další druhy nůžek, které pomáhají s trávením.
Pokud se pojistka porouchá a nůžky se otevřou už v továrně (ve slinivce), způsobí to velký problém – začnou stříhat a ničit samotnou továrnu, což vede k bolestivému zánětu slinivky břišní.
⏰ Tento článek je aktuální k datu 29.12.2025