キモパパイン

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キモトリプシンは膵臓から分泌されるプロテアーゼで、変性したタンパク質を迅速に分解することができます。その機能と用途はトリプシンに似ており、トリプシンよりも強い分解能力を持ち、毒性が低く、副作用も少ないです。キモトリプシンは幅広い用途があり、捻挫、中耳炎、鼻炎、副鼻腔炎、咽頭炎、肺膿瘍などの治療にも使用されます。外科的炎症、外傷、血腫および膿瘍にも使用でき、気管切開にも使用されることがあります。キモトリプシンは過剰な痰を持つ患者に対してより良い効果を示し、痰を吐き出しやすくします。

図1. キモトリプシンのタンパク質構造。

構造

キモパパインのゼイモゲンは合計352の残基で構成されており、約23.78kDaの重さがあります。前駆体の鎖の中には3つの異なる領域が区別できます。最初の18のアミノ酸は、ゴルジ体によって分別される際に細胞内のキモパパインの最終的な目的地を示すことによって、ソーティングシグナルとして機能します。この最終的な目的地はまだ完全には研究されていませんが、他のPLCPはリソソームや他の酸性小胞に含まれており、キモパパインもこれらの同じ小胞に存在すると考えられています。キモパパインは細胞外に分泌されることも知られています。第二の領域は残基19から134で構成されており、これはキモパパインが細胞内の最終的な目的地に到達した際に活性化されると除去されるプロペプチドです。この領域は、タンパク質が小胞体内で適切に折りたたまれ、異なる酸性条件で鎖を安定させることを可能にします。最適pHは基質によって3.5から10まで変化します。したがって、低pH条件で機能する能力は、キモパパインがリソソームに存在するという考えを支持します。プロペプチドは基質が活性部位に入るのを防ぐように折りたたまれており、切断されるまでプロテアーゼ活性をブロックします。残りのタンパク質 - 残基135から352 - はキモパパインの成熟した鎖を構成します。この領域では、Cys159、His293、Asn313の3つのアミノ酸が強調され、これらは酵素の触媒トライアドを構成します。

機能

PLCP群の他のすべての酵素と同様に、キモパパインはシステインプロテアーゼです。プロテアーゼは、タンパク質を構成する残基間のペプチド結合を加水分解する酵素です。すべての加水分解において、水分子が放出されます。具体的には、システインプロテアーゼは、システイン残基のチオール基を求核剤として使用してペプチド結合を切断する酵素です。加水分解を行うためには、酵素の全触媒トライアドを使用する必要があります。これは、システインであるCys159残基、ヒスチジンであるHis203残基、そして通常はアスパラギンである第三の残基、具体的にはAsn313残基で構成されています。反応に使用される官能基は、システインのチオール基とヒスチジンのイミダゾリウム環です。アスパラギン残基は、ヒスチジンのイミダゾリウム環を方向付ける役割を果たします。

応用

キモパパインは、ケモヌクレオリシス（経皮的椎間板切除術の一種）で使用される基質の1つです。この方法は、非外科的な方法を使用して原発性腰椎椎間板疾患を治療するための新しい提案でした。実際、この治療は、椎間板のヘルニア化した髄核を溶解するためにプロテアーゼを注入することから成り立っています。精製されたキモパパインは注射の主要成分であり、基本的に5ミリリットル中に20mgが含まれています。これは、0.37mgのエデト酸二ナトリウム、3.5mgの塩酸システイン一水和物、1.0mgのビスルフィドを含む凍結乾燥剤の10,000単位を含むバイアルで提供されます。これらはすべて安定剤および活性化剤として機能します。水酸化ナトリウムは溶液のpHを調整する役割を担っています。その後、注射は5ミリリットルの滅菌水で再水和されます。

参考文献

1. Groleau D.; et al. Enzymatic hydrolysis of agar:purification and characterization of beta neoagarotetraose hydrolase from Pseudomonas atlantica. Can J Microbiol, 1977, 23(6): 672-697.
2. Bibb M J.; et al. The Chymopapain gene(dag A) of Streptomyces coelicolor A3(2): affinity purification and characterization of the cloned gene product. J Gen Microbiol, 1987, 133(Pt 8):2 089-2 096.