Si definisce zimogeno o proenzima un gruppo di proteine prive di attività catalitica che può essere convertito in un enzima attivo. L’attivazione di uno zimogeno avviene per idrolisi o proteolisi limitata in cui le proteine si scompongono in peptidi più piccoli definiti peptidi di attivazione.
La conversione di uno zimogeno in enzima può avvenire grazie a enzimi specifici o a particolari condizioni di pH e richiedere anche la presenza di alcuni ioni metallici
Ad esempio, la pepsina è sintetizzata sotto forma di pepsinogeno che si attiva quando il pH scende al di sotto di 5 e funziona in modo ottimale a pH 2-3 nell’ambiente acido dello stomaco. L’attivazione del pepsinogeno inizia con l’acido cloridrico secreto dalle cellule parietali. L’acido attiva parzialmente il pepsinogeno abbassando drasticamente il pH. Il pepsinogeno parzialmente attivato è quindi completamente attivato e trasformato in pepsina da un altro pepsinogeno attraverso la scissione di un piccolo peptide.
Gli zimogeni, piuttosto che gli enzimi attivi, sono tipicamente secreti dal corpo umano, perché possono essere immagazzinati e trasportati e rilasciati in particolari condizioni
Abitualmente il nome di uno zimogeno è ottenuto aggiungendo al nome dell’enzima il suffisso -ogeno o anteponendo il prefisso pro-.
Coagulazione del sangue
I fattori della coagulazione sono generalmente serin proteasi, enzimi che scindono i legami peptidici nelle proteine, in cui la serina funge da amminoacido nucleofilo nel sito attivo. La maggior parte dei fattori della coagulazione sono precursori di enzimi proteolitici noti come zimogeni che circolano in forma inattiva.
Nella cascata coagulativa uno zimogeno di una serin proteasi e il suo cofattore glicoproteico sono attivati per diventare componenti attivi che poi catalizzano la reazione successiva nella cascata, risultando infine in fibrina.
Un esempio è fornito dalla trombina necessaria per l’attivazione del fibrinogeno nel processo di coagulazione del sangue. Come tutti i fattori della coagulazione è presente nella forma inattiva come zimogeno nota come protrombina. Quest’ultima è attivata mediante taglio proteolitico tra arginina e triptofano in posizione N-terminale e tramite un secondo taglio tra arginina ed isoleucina in zona C-terminale
Ovviamente, questa azione deve essere strettamente controllata dal corpo per evitare di causare coaguli di sangue.
Zimogeni gastrici e pancreatici
Un esempio di zimogeno digestivo è il pepsinogeno secreto dalla ghiandola digestiva. Costituisce il precursore delle pepsine che sono enzimi proteolitici presenti nei succhi gastrici rilasciati nello stomaco. L’acido cloridrico secreto dalle cellule parietali dello stomaco trasforma il pepsinogeno in pepsina, tramite un taglio proteolitico che porta all’allontanamento di amminoacidi.
Un esempio di zimogeno di origine pancreatica è la pro-elastasi attivato dalla tripsina e dall’enterochinasi, con rimozione di un piccolo peptide N-terminale a elastasi. L’elastasi è l’unico enzima in grado di attaccare l’elastina, proteina che costituisce le fibre elastiche dei tessuti connettivi.
Altri esempi di zimogeni di origine pancreatica sono il chimotripsinogeno e il tripsinogeno che grazie all’enteropeptidasi si attivano in chimotripsina e tripsina. La chimotripsina è un enzima responsabile della digestione delle proteine nell’intestino tenue e idrolizza prevalentemente legami che coinvolgono tirosina, fenilalanina, triptofano, leucina e metionina.
La tripsina interviene soprattutto sui legami peptidici in cui vi sono amminoacidi basici come arginina e lisina ed è in grado di ridurre le proteine a polipeptidi più piccoli o singoli amminoacidi