Chymotrypsin

Chymotrypsin, auch als Chymase bezeichnet, ist ein proteolytisches Enzym, das aus Rinder- oder Schweinepankreas gewonnen wird und als Endopeptidase wirkt. Chymotrypsin hydrolysiert carboxylterminale aromatische Aminosäuren (Tyrosin, Tryptophan, Leucin) bzw. hydrophobe Reste wie Methionin, indem es in der Proteinkette die carboxylterminale Peptidbindung von Tyrosin und Phenylalanin spaltet. Chymotrypsin kann Fibringerinnsel an Entzündungsherden abbauen, die Organisation von Blutkoageln fördern sowie eitrige Sekrete und nekrotisches Gewebe zersetzen und dadurch Wunden reinigen, die Regeneration von Granulationsgewebe unterstützen und die Wundheilung fördern. Die klinische Anwendung von Chymotrypsin in der Ophthalmologie und Dermatologie ist belegt; es kann lokale Sekretion und Ödeme reduzieren.

Eigenschaften

Humanes Chymotrypsin ist ein Glykoprotein mit einem Molekulargewicht von 29.000. Die beiden Peptidketten sind über drei Disulfidbrücken verbunden und weisen die für Serinproteasen konservierte Sequenz auf. Es ist hauptsächlich in Bindegeweben wie kardiovaskulärem Gewebe, Haut und Bronchien verteilt. Der optimale pH-Wert von Chymotrypsin liegt bei 8 bis 9; die Hauptsubstrate sind Ang I und Neurotensin. Die Aktivität von Chymotrypsin kann durch Chymotrypsin-Inhibitoren sowie Trypsin-Inhibitoren aus Leguminosen antagonisiert werden. Chymotrypsin steht im Zusammenhang mit neurogener Entzündung, submuköser Drüsensekretion, Parasitenelimination, vasoaktivem Metabolismus sowie dem extrazellulären Matrixkatabolismus von Lipoproteinen.

Gen

Das humane kardiale Chymotrypsin wird als Single-Copy-Gen exprimiert; das Gen ist etwa 3 kb lang und umfasst 5 kodierende Regionen sowie 4 Introns. An den beiden Enden befinden sich jeweils 5'- und 3'-untranslatierte Regionen. Die erste kodierende Region umfasst 58 bp. In einem offenen Leserahmen kodiert sie die ersten 19 Aminosäuren der reifen Enzymvorstufe. Die zweite, dritte, vierte und fünfte kodierende Region sind 151, 136, 255 bzw. 141 bp lang und kodieren die Aminosäuren 2 bis 49, 50 bis 94, 95 bis 179 bzw. 180 bis 226. Die Aminosäurereste His45, Asp89 und Ser182, die das katalytisch aktive Zentrum bilden, liegen in der zweiten, dritten bzw. fünften kodierenden Region. Die fünf kodierenden Regionen sind durch vier Introns mit Längen von 672, 742, 186 bzw. 368 bp getrennt.

Klassifikation

Chymotrypsin bei Säugetieren wird in zwei Typen unterteilt: α-Chymotrypsin und β-Chymotrypsin. Chymotrypsine verschiedener Tierarten unterscheiden sich in der Art des Abbaus von Ang I. Wühlmäuse, Affen und humanes Chymotrypsin sind α-Chymotrypsin (Ang-II-bildendes Enzym), das die Peptidbindung zwischen Ang I Phe⁸-His⁹ spaltet und dadurch Ang II erzeugt. Das Chymotrypsin der Ratte ist ein β-Chymotrypsin (Angiotensin-Peptidase), das die Peptidbindung zwischen Ang I Tyr⁴-Ile⁵ spaltet und inaktive Peptide bildet. Studien zeigten, dass die Ang-II-Produktion in humaner Lunge, Aorta und Herz überwiegend über den Chymotrypsinweg erfolgt; bei Hund und Hamster erfolgt die Ang-II-Produktion in Aorta und Herz überwiegend über den Chymotrypsinweg, in der Lunge hingegen überwiegend über den ACE-Weg; beim Kaninchen erfolgt die Ang-II-Produktion im Herzen überwiegend über den ACE-Weg, während in Aorta und Lunge die Ang-II-Produktion überwiegend über beide Wege (ACE und Chymotrypsin) erfolgt.

Katalytischer Mechanismus

Untersuchungen ergaben, dass der Großteil des Ang II im humanen Herzen (über 80 %) und in der Aorta (über 60 %) durch Mastzell-Chymotrypsin gebildet wird. Mastzellen werden stimuliert und setzen Chymotrypsin frei, das im Mesenchym der Myokardzellen lokalisiert ist. Das ventrikuläre Chymotrypsin ist dreimal so hoch wie das der Vorhöfe; zwischen den beiden Ventrikeln besteht kein signifikanter Unterschied. Die Ang-II-Produktion über den ACE-Weg macht nur einen kleinen Anteil aus (etwa 11 %). Die Ang-II-Bildung durch Chymotrypsin und andere Serinproteasen ist effizienter und spezifischer als durch ACE. Im Gegensatz zum kardialen Chymotrypsin, das in Endothelzellen lokalisiert ist, findet sich die vasospastische Aktivität überwiegend in der Adventitia. Der Großteil der Ang-II-Produktion (82 %) in der normalen humanen Aorta ist chymotrypsinabhängig. Bei Gefäßschädigung nimmt die Zahl der Mastzellen in der Gefäßwand und in atherosklerotischen Plaques zu, was zu einem Anstieg von Ang II in der lokalen Läsion führt. Auch in der Aorta atherosklerotischer Patienten ist der Großteil der Ang-II-Produktion (90 %) chymotrypsinabhängig.

Klinische Anwendungen

Chymotrypsin kann die Peptidketten von Proteinmakromolekülen in Peptide mit geringerem Molekulargewicht spalten oder an den Peptidenden von Proteinmolekülen wirken, um Aminosäuren abzuspalten. Dadurch können Fibrin und Mucin im Sputum zu Polypeptiden oder Aminosäuren hydrolysiert werden, wodurch zähes Sputum verflüssigt und leichter abgehustet werden kann. Es ist bei eitrigem wie auch nicht eitrigem Sputum wirksam. Darüber hinaus kann Chymotrypsin das Ziliarligament relaxieren und die Proteinstruktur bestimmter Gewebe im Auge auflösen. Chymotrypsin fördert zudem die Penetration von Antibiotika und Chemotherapeutika in Läsionen. Chymotrypsin kann auch zur Behandlung von Akne eingesetzt werden. Es verbessert die Gewebepermeabilität, hemmt Entzündungsreaktionen und löst Exsudate sowie nekrotisches Gewebe, wodurch Aknesymptome gebessert werden können. Chymotrypsin kann auch bei Infertilität eingesetzt werden. Es wurde festgestellt, dass an der Verflüssigung von Ejakulat viele Faktoren beteiligt sind, wobei Enzyme die wichtigsten Faktoren darstellen. α-Chymotrypsin kann die Verflüssigungszeit des Ejakulats signifikant verkürzen und dessen Viskosität reduzieren, hat jedoch keinen offensichtlichen Einfluss auf die Spermienmotilität.