Pepsin - Pepsin

Pepsin
Pepsin v komplexu s pepstatinem .
Identifikátory
Č. ES	3.4.23.1
Č. CAS	9001-75-6
Databáze
IntEnz	Pohled IntEnz
BRENDA	BRENDA vstup
EXPAS	Pohled NiceZyme
KEGG	KEGG vstup
MetaCyc	metabolická cesta
PRIAM	profil
PDB struktury	Součet RCSB PDB PDBe PDB
Genová ontologie	Amigo / QuickGO
Vyhledávání PMC články PubMed články NCBI bílkoviny

Pepsin je endopeptidáza, která štěpí proteiny na menší peptidy . Vyrábí se v hlavních žaludečních buňkách žaludeční výstelky a je jedním z hlavních trávicích enzymů v zažívacím systému lidí a mnoha dalších zvířat, kde pomáhá trávit bílkoviny v potravě . Pepsin je aspartátová proteáza využívající v aktivním místě katalytický aspartát .

Je to jedna ze tří hlavních proteáz v lidském trávicím systému, další dvě jsou chymotrypsin a trypsin . Během procesu trávení tyto enzymy, z nichž každý se specializuje na přetržení vazeb mezi konkrétními druhy aminokyselin , spolupracují při štěpení dietních proteinů na jejich složky, tj. Peptidy a aminokyseliny, které mohou být snadno absorbovány tenkým střevem . Specifičnost štěpení pepsinu je široká, ale některé aminokyseliny jako tyrosin , fenylalanin a tryptofan zvyšují pravděpodobnost štěpení.

Pepsinový proenzym , pepsinogen , je uvolňován hlavními buňkami žaludku ve stěně žaludku a po smíchání s kyselinou chlorovodíkovou v žaludeční šťávě se pepsinogen aktivuje na pepsin.

Dějiny

Pepsin byl jedním z prvních enzymů, které objevil Theodor Schwann v roce 1836. Schwann razil své jméno z řeckého slova πέψις pepsis , což znamená „ trávení “ (z πέπτειν peptein „trávit“). Kyselá látka, která byla schopná přeměnit potraviny na bázi dusíku na ve vodě rozpustný materiál, byla stanovena jako pepsin.

V roce 1928 se stal jedním z prvních enzymů, které krystalizovaly, když ho John H. Northrop krystalizoval pomocí dialýzy, filtrace a chlazení.

Předchůdce

Pepsin je vyjádřen jako zymogen zvaný pepsinogen, jehož primární struktura má ve srovnání s aktivním enzymem dalších 44 aminokyselin .

V žaludku uvolňují hlavní buňky žaludku pepsinogen. Tento zymogen je aktivován kyselinou chlorovodíkovou (HCl), která se uvolňuje z parietálních buněk v žaludeční výstelce. Hormon gastrin a nervus vagus spouští při požití jídla uvolňování pepsinogenu a HCl z výstelky žaludku. Kyselina chlorovodíková vytváří kyselé prostředí, které umožňuje pepsinogenu rozvinout se a štěpit se autokatalytickým způsobem, čímž vzniká pepsin (aktivní forma). Pepsin štěpí 44 aminokyselin z pepsinogenu a vytvoří více pepsinu.

Pepsinogeny jsou seskupeny hlavně do 5 různých skupin na základě jejich primární struktury: pepsinogen A (také nazývaný pepsinogen I), pepsinogen B, progastricsin (také nazývaný pepsinogen II a pepsinogen C), prochymosin (také nazývaný prorennin) a pepsinogen F (také nazývaný těhotenství -asociovaný glykoprotein).

Aktivita a stabilita

Pepsin je nejaktivnější v kyselém prostředí mezi pH 1,5 až 2,5. V souladu s tím je jeho primární místo syntézy a aktivity v žaludku ( pH 1,5 až 2). U lidí dosahuje koncentrace pepsinu v žaludku 0,5 - 1 mg/ml.

Pepsin je neaktivní při pH 6,5 a vyšším, pepsin však není plně denaturován nebo nevratně inaktivován až do pH 8,0. Proto lze pepsin v roztocích až do pH 8,0 reaktivovat po překyselení. Stabilita pepsinu při vysokém pH má významné důsledky pro onemocnění přisuzovaná laryngofaryngeálnímu refluxu . Pepsin zůstává v hrtanu po události refluxu žaludku. Při průměrném pH hrtanu (pH = 6,8) by byl pepsin neaktivní, ale mohl by být reaktivován při následných událostech kyselého refluxu, což by mělo za následek poškození místních tkání.

Pepsin vykazuje širokou specifitu štěpení. Pepsin stráví až 20% požitých amidových vazeb. Zbytky v polohách P1 a P1 'jsou nejdůležitější při určování pravděpodobnosti štěpení. Hydrofobní aminokyseliny v polohách P1 a P1 'obecně zvyšují pravděpodobnost štěpení. Fenylalanin , leucin a methionin v poloze P1 a fenylalanin , tryptofan a tyrosin v poloze P1 vedou k nejvyšší pravděpodobnosti štěpení. Štěpení je znevýhodněno kladně nabitými aminokyselinami histidinem , lysinem a argininem v poloze P1.

Při laryngofaryngeálním refluxu

Pepsin je jednou z hlavních příčin poškození sliznice při laryngofaryngeálním refluxu . Pepsin zůstává v hrtanu (pH 6,8) po události refluxu žaludku. I když je v tomto prostředí enzymaticky neaktivní, pepsin by zůstal stabilní a mohl by být znovu aktivován při následných událostech kyselého refluxu. Vystavení sliznice hrtanu enzymaticky aktivnímu pepsinu, ale nikoli nevratně inaktivovanému pepsinu nebo kyselině, má za následek sníženou expresi ochranných proteinů, a tím zvyšuje náchylnost hrtanu k poškození.

Pepsin může také způsobit poškození sliznice během slabě kyselého nebo nekyselého žaludečního refluxu. Slabý nebo nekyselý reflux koreluje s příznaky refluxu a poraněním sliznice. Za nekyselých podmínek (neutrální pH) je pepsin internalizován buňkami horních cest dýchacích, jako je hrtan a hypofaryng, procesem známým jako receptorem zprostředkovaná endocytóza . Receptor, kterým je pepsin endocytován, není v současné době znám. Po absorpci buňkami je pepsin uložen v intracelulárních váčcích s nízkým pH, při kterých by byla obnovena jeho enzymatická aktivita. Pepsin je v buňce zadržen až 24 hodin. Taková expozice pepsinu při neutrálním pH a endocyktóza pepsinu způsobuje změny v genové expresi spojené se zánětem, který je základem známek a příznaků refluxu a progrese nádoru. Tento a další výzkum implikuje pepsin v karcinogenezi přisuzované žaludečnímu refluxu.

Pepsin ve vzorcích dýchacích cest je považován za citlivý a specifický marker laryngofaryngeálního refluxu. Výzkum s cílem vyvinout nové terapeutické a diagnostické nástroje zaměřené na pepsin pro žaludeční reflux pokračuje. Nyní je k dispozici rychlá neinvazivní diagnostika pepsinu s názvem Peptest, která určuje přítomnost pepsinu ve vzorcích slin.

Inhibitory

Pepsin může být inhibován vysokým pH (viz Aktivita a stabilita ) nebo inhibičními sloučeninami. Pepstatin je nízkomolekulární sloučenina a účinný inhibitor specifický pro kyselé proteázy s Ki asi ^10–10 M pro pepsin. Má se za to, že statylový zbytek pepstatinu je zodpovědný za inhibici pepsinu pepstatinem; statin je potenciálním analogem přechodového stavu pro katalýzu pepsinem a jinými kyselými proteázami. Pepstatin neváže kovalentně pepsin a inhibice pepsinu pepstatinem je proto reverzibilní. 1-bis (diazoacetyl) -2-fenylethan reverzibilně inaktivuje pepsin při pH 5, což je reakce, která je urychlena přítomností Cu (II).

Prasečí pepsin je inhibován inhibitorem pepsinu-3 (PI-3) produkovaným velkým škrkavcem prasete ( Ascaris suum ). PI-3 zaujímá aktivní místo pepsinu pomocí jeho N-koncových zbytků a tím blokuje vazbu substrátu . Aminokyselinové zbytky 1-3 (Gln-Phe-Leu) zralého PI-3 se vážou na polohy P1 '-P3' pepsinu. N-konec PI-3 v komplexu PI-3: pepsin je umístěn vodíkovými vazbami, které tvoří osmvláknový β-list , kde tři vlákna jsou pepsinem a pět PI-3.

Produkt štěpení bílkovin pepsinem inhibuje reakci.

Sucralfát , lék používaný k léčbě žaludečních vředů a dalších stavů souvisejících s pepsinem, také inhibuje aktivitu pepsinu.

Aplikace

Beeman's Pepsin Gum

Adams Pepsin Tutti Frutti Gum, prodávaný „Pro úlevu od zažívacích potíží a dyspepsie“

Komerční pepsin se extrahuje ze žlázové vrstvy prasečích žaludků. Je to součást syřidla používaná ke srážení mléka při výrobě sýrů. Pepsin se používá k řadě aplikací při výrobě potravin: k úpravě a zajištění vlastností šlehání sójových bílkovin a želatiny, k úpravě rostlinných bílkovin pro použití v mléčných svačinkách, k výrobě předvařených cereálií na instantní horké cereálie a k přípravě zvířat a zeleniny proteinové hydrolyzáty pro použití při aromatizaci potravin a nápojů. Používá se v kožedělném průmyslu k odstraňování vlasů a zbytkových tkání z kůží a při získávání stříbra z vyřazených fotografických filmů trávením želatinové vrstvy, která drží stříbro. Pepsin byl historicky přísadou do žvýkaček značky Beeman pro žvýkačky od Dr. Edwarda E. Beemana.

Pepsin se běžně používá při přípravě fragmentů F (ab ') 2 z protilátek. V některých testech je výhodné použít pouze část protilátky vázající antigen (Fab) . Pro tyto aplikace mohou být protilátky enzymaticky štěpeny za vzniku buď Fab nebo F (ab ') 2 fragmentu protilátky. K produkci fragmentu F (ab ') 2 se IgG štěpí pepsinem, který štěpí těžké řetězce v blízkosti pantové oblasti. Je zachována jedna nebo více disulfidových vazeb, které spojují těžké řetězce v kloubové oblasti, takže dvě Fab oblasti protilátky zůstávají spojeny dohromady, čímž se získá dvojmocná molekula (obsahující dvě vazebná místa pro protilátky), odtud označení F (ab ' ) 2. Lehké řetězce zůstávají nedotčené a připojené k těžkému řetězci. Fc fragment je štěpen na malé peptidy. Fragmenty Fab jsou generovány štěpením IgG papainem místo pepsinu. Papain štěpí IgG nad pantovou oblastí obsahující disulfidové vazby, které spojují těžké řetězce, ale pod místem disulfidové vazby mezi lehkým řetězcem a těžkým řetězcem. To generuje dva oddělené monovalentní (obsahující jediné vazebné místo pro protilátku) Fab fragmenty a intaktní Fc fragment. Fragmenty lze purifikovat gelovou filtrací, iontovou výměnou nebo afinitní chromatografií.

Fragmenty protilátek Fab a F (ab ') 2 se používají v testovacích systémech, kde přítomnost Fc oblasti může způsobovat problémy. V tkáních, jako jsou lymfatické uzliny nebo slezina, nebo v přípravcích periferní krve jsou přítomny buňky s Fc receptory (makrofágy, monocyty, B lymfocyty a přirozené zabíječské buňky), které mohou vázat Fc oblast intaktních protilátek, což způsobuje barvení pozadí v oblastech, které neobsahují cílový antigen. Použití fragmentů F (ab ') 2 nebo Fab zajišťuje, že se protilátky vážou k antigenu, a nikoli k Fc receptorům. Tyto fragmenty mohou být také žádoucí pro barvení buněčných přípravků v přítomnosti plazmy, protože nejsou schopné vázat komplement, který by mohl buňky lyžovat. Fragmenty F (ab ') 2 a ve větší míře Fab umožňují přesnější lokalizaci cílového antigenu, tj. V barvicí tkáni pro elektronovou mikroskopii. Divalence fragmentu F (ab ') 2 mu umožňuje zesítit antigeny, což umožňuje použití pro precipitační testy, agregaci buněk přes povrchové antigeny nebo rozetové testy.

Geny

Následující tři geny kódují identické lidské enzymy pepsinogenu A:

Čtvrtý lidský gen kóduje gastricsin známý také jako pepsinogen C:

Reference

externí odkazy

• Merops online databázi pro peptidáz a jejich inhibitorů: pepsin A A01.001 pepsin B A01.002 pepsin C (Gastricsin) A01.003
• Pepsin+A v Americké národní knihovně lékařských oborových názvů (MeSH)
• Pepsinogeny v USA Národní knihovna lékařství Předměty (MeSH)
• Pepsinogen+A v Americké národní knihovně lékařských oborových názvů (MeSH)
• Pepsinogen+C v USA Národní knihovna lékařských lékařských oborových nadpisů (MeSH)
• Beemans Gum
• Pepsin: Molekula měsíce archivována 2015-11-30 na Wayback Machine , David Goodsell, RCSB Protein Data Bank
• Přehled všech strukturálních informací dostupných v PDB pro UniProt : P20142 (Human Gastricsin) na PDBe-KB .
• Přehled všech strukturálních informací dostupných v PDB pro UniProt : P0DJD7 ( Pepsin A-4) na PDBe-KB .