Энтерокиназа (энтеропептидаза)

ЭНТЕРОКИНАЗА (ЭНТЕРОПЕПТИДАЗА; ENTEROPEPTIDASE)

1. Определение

Энтерокиназа (энтеропептидаза) представляет собой сериновую протеазу щёточной каёмки энтероцитов двенадцатиперстной и проксимального отдела тощей кишки, которая запускает активацию пищеварительных ферментов поджелудочной железы. Фермент отщепляет от неактивного трипсиногена N-концевой активационный пептид, превращая его в трипсин; трипсин, в свою очередь, активирует остальные панкреатические проферменты — химотрипсиноген, проэластазу, прокарбоксипептидазы и пролипазы. Таким образом энтерокиназа служит «пусковым ключом» каскада переваривания белков, ограничивая активность протеаз просветом кишечника и защищая поджелудочную железу от самопереваривания. Несмотря на исторически сложившееся название «киназа», фермент не переносит фосфатные группы, а гидролизует пептидные связи, поэтому Международный союз биохимии в 1970 году утвердил название «энтеропептидаза».

2. История открытия

Энтерокиназа связана с исследованиями пищеварения в лаборатории И. П. Павлова. В 1899 году его сотрудник Н. П. Шеповальников показал, что секрет слизистой двенадцатиперстной кишки собаки резко усиливает протеолитическую активность панкреатического сока. Павлов назвал действующее начало энтерокиназой, полагая, что оно активирует панкреатические ферменты. Позднее было установлено, что активация трипсиногена энтерокиназой носит каталитический характер, а сам трипсин способен к аутоактивации. Энтерокиназу считают первым описанным ферментом, активирующим другие ферменты.

3. Строение и локализация

4. Механизм действия и физиологическая роль

Энтерокиназа распознаёт последовательность из четырёх остатков аспарагиновой кислоты и лизина (Asp-Asp-Asp-Asp-Lys, DDDDK), входящую в состав активационного пептида трипсиногена, и расщепляет пептидную связь после лизина. У человека и многих млекопитающих активационный пептид трипсиногена содержит гексапептид Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys, отрицательно заряженные остатки которого обеспечивают высокое сродство именно к энтерокиназе. В отличие от трипсина, нативная энтерокиназа не подавляется соевым ингибитором трипсина. Высвобождение активационного пептида приводит к конформационной перестройке молекулы и образованию активного трипсина.

• Двухступенчатый каскад: энтерокиназа активирует трипсиноген, а трипсин активирует химотрипсиноген, проэластазы, прокарбоксипептидазы A и B и фосфолипазу A2.

• Пространственная защита: поскольку энтерокиназа закреплена на мембране кишечного эпителия, активация протеаз в норме происходит только в просвете двенадцатиперстной кишки, а не в протоках и ткани поджелудочной железы.

• Внутрипанкреатические механизмы защиты: дополнительно поджелудочная железа синтезирует ингибитор трипсина (SPINK1), предотвращающий преждевременную активацию; нарушение этого баланса и внутриацинарная активация трипсиногена рассматриваются как ключевые звенья патогенеза острого панкреатита.

5. Клиническое значение

Врождённая недостаточность энтерокиназы:

Редкое аутосомно-рецессивное заболевание, обусловленное мутациями гена TMPRSS15; впервые описано в 1969 году. При отсутствии фермента трипсиноген не активируется, нарушается весь каскад протеолиза, что приводит к тяжёлой мальабсорбции белка в грудном возрасте. Проявления включают хроническую диарею, задержку прибавки массы и роста, гипопротеинемию и генерализованные отёки. Диагноз подтверждается отсутствием активности энтерокиназы в дуоденальном содержимом или биоптате при нормальной секреции проферментов поджелудочной железы и молекулярно-генетическим исследованием. Заместительная терапия ферментами поджелудочной железы, содержащими активный трипсин, даёт хороший эффект; у части детей состояние улучшается самостоятельно после 6–12 месяцев жизни, а взрослые с этим дефектом могут не иметь жалоб.

Дифференциальная диагностика:

Клиническая картина врождённой недостаточности энтерокиназы сходна с экзокринной недостаточностью поджелудочной железы (муковисцидоз, синдром Швахмана–Даймонда) и другими причинами белок-теряющей энтеропатии, поэтому требуется исследование функции поджелудочной железы и тонкой кишки.

6. Применение в биотехнологии

Высокая специфичность энтерокиназы к последовательности DDDDK используется в генной инженерии: эту последовательность встраивают между целевым рекомбинантным белком и вспомогательной меткой (например, гистидиновой или FLAG-меткой). После очистки белка энтерокиназа отщепляет метку, не повреждая сам белок. Для этих целей применяют рекомбинантную лёгкую цепь фермента.

Ключевое клиническое положение: Энтерокиназа (энтеропептидаза) является сериновой протеазой щёточной каёмки энтероцитов двенадцатиперстной кишки, которая отщепляет активационный пептид от трипсиногена и тем самым запускает каскад активации всех пищеварительных проферментов поджелудочной железы. Открытая в лаборатории И. П. Павлова в 1899 году, она стала первым описанным ферментом, активирующим другие ферменты. Закрепление энтерокиназы на мембране кишечного эпителия обеспечивает активацию протеаз только в просвете кишки и защищает поджелудочную железу от самопереваривания. Врождённая аутосомно-рецессивная недостаточность фермента, обусловленная мутациями гена TMPRSS15, проявляется у младенцев тяжёлой мальабсорбцией белка, диареей, задержкой развития и отёками и хорошо поддаётся заместительной терапии панкреатическими ферментами. Специфичность энтерокиназы к последовательности DDDDK широко используется в биотехнологии для отщепления меток от рекомбинантных белков.