Pepsina

La pepsina es una endopeptidasa que descompone las proteínas en péptidos más pequeños. Se produce en las principales células gástricas del revestimiento del estómago y es una de las principales enzimas digestivas en los sistemas digestivos de los humanos y muchos otros animales, donde ayuda a digerir las proteínas de los alimentos. La pepsina es una proteasa aspártica que utiliza un aspartato catalítico en su sitio activo.

Es una de las tres principales endopeptidasas (enzimas que cortan las proteínas en el medio) en el sistema digestivo humano, las otras dos son la quimotripsina y la tripsina. También hay exopeptidasas que eliminan aminoácidos individuales en ambos extremos de las proteínas (carboxipeptidasas producidas por el páncreas y aminopeptidasas secretadas por el intestino delgado). Durante el proceso de digestión, estas enzimas, cada una de las cuales está especializada en cortar enlaces entre tipos particulares de aminoácidos, colaboran para descomponer las proteínas de la dieta en sus componentes, es decir, péptidos y aminoácidos, que pueden ser fácilmente absorbidos por el intestino delgado.. La especificidad de escisión de la pepsina es amplia, pero algunos aminoácidos como la tirosina, la fenilalanina y el triptófano aumentan la probabilidad de escisión.

La proenzima de pepsina, pepsinógeno, es liberada por las principales células gástricas en la pared del estómago y, al mezclarse con el ácido clorhídrico del jugo gástrico, el pepsinógeno se activa para convertirse en pepsina.

Historia

La pepsina fue una de las primeras enzimas descubiertas por Theodor Schwann en 1836. Schwann acuñó su nombre de la palabra griega πέψις pepsis, que significa "digestión" (de πέπτειν pepteína "para digerir&# 34;). Se determinó que una sustancia ácida que podía convertir los alimentos a base de nitrógeno en material soluble en agua era la pepsina.

En 1928, se convirtió en una de las primeras enzimas en cristalizar cuando John H. Northrop lo hizo mediante diálisis, filtración y refrigeración.

Precursora

La pepsina se expresa como un zimógeno llamado pepsinógeno, cuya estructura primaria tiene 44 aminoácidos adicionales en comparación con la enzima activa.

En el estómago, las células gástricas principales liberan pepsinógeno. Este zimógeno es activado por el ácido clorhídrico (HCl), que se libera de las células parietales en el revestimiento del estómago. La hormona gastrina y el nervio vago desencadenan la liberación de pepsinógeno y HCl del revestimiento del estómago cuando se ingiere la comida. El ácido clorhídrico crea un ambiente ácido, lo que permite que el pepsinógeno se despliegue y se escinda de manera autocatalítica, generando así pepsina (la forma activa). La pepsina escinde los 44 aminoácidos del pepsinógeno para crear más pepsina.

Los pepsinógenos se agrupan principalmente en 5 grupos diferentes según su estructura primaria: pepsinógeno A (también llamado pepsinógeno I), pepsinógeno B, progastricsina (también llamada pepsinógeno II y pepsinógeno C), proquimosina (también llamada prorenina) y pepsinógeno F (también llamada glicoproteína asociada al embarazo).

Actividad y estabilidad

La pepsina es más activa en ambientes ácidos entre pH 1,5 y 2,5. En consecuencia, su principal sitio de síntesis y actividad está en el estómago (pH 1,5 a 2). En humanos, la concentración de pepsina en el estómago alcanza 0.5 – 1 mg/mL.

La pepsina es inactiva a un pH de 6,5 y superior; sin embargo, la pepsina no se desnaturaliza por completo ni se inactiva de forma irreversible hasta un pH de 8,0. Por lo tanto, la pepsina en soluciones de hasta un pH de 8,0 puede reactivarse tras la reacidificación. La estabilidad de la pepsina a pH alto tiene implicaciones significativas en la enfermedad atribuida al reflujo laringofaríngeo. La pepsina permanece en la laringe después de un evento de reflujo gástrico. Al pH medio de la laringofaringe (pH = 6,8), la pepsina estaría inactiva, pero podría reactivarse con los subsiguientes episodios de reflujo ácido que provocarían daños en los tejidos locales.

La pepsina exhibe una amplia especificidad de escisión. La pepsina digiere hasta el 20% de los enlaces amida ingeridos. Residuos en el P1 y P1' Las posiciones son más importantes para determinar la probabilidad de división. Generalmente, los aminoácidos hidrófobos en P1 y P1' posiciones aumentan la probabilidad de división. Fenilalanina, leucina y metionina en la posición P1, y fenilalanina, triptófano y tirosina en la posición P1' posición dan como resultado la mayor probabilidad de escisión. La escisión se ve desfavorecida por los aminoácidos cargados positivamente histidina, lisina y arginina en la posición P1.

En reflujo laringofaríngeo

La pepsina es una de las causas principales del daño de la mucosa durante el reflujo laringofaríngeo. La pepsina permanece en la laringe (pH 6,8) después de un evento de reflujo gástrico. Si bien es enzimáticamente inactiva en este entorno, la pepsina permanecería estable y podría reactivarse en los eventos posteriores de reflujo ácido. La exposición de la mucosa laríngea a la pepsina enzimáticamente activa, pero no a la pepsina o al ácido inactivados de manera irreversible, da como resultado una expresión reducida de proteínas protectoras y, por lo tanto, aumenta la susceptibilidad laríngea al daño.

La pepsina también puede causar daño a la mucosa durante el reflujo gástrico débilmente ácido o no ácido. El reflujo débil o no ácido se correlaciona con síntomas de reflujo y lesión de la mucosa. En condiciones no ácidas (pH neutro), las células de las vías respiratorias superiores, como la laringe y la hipofaringe, internalizan la pepsina mediante un proceso conocido como endocitosis mediada por receptores. Actualmente se desconoce el receptor por el que se endocitosa la pepsina. Tras la absorción celular, la pepsina se almacena en vesículas intracelulares de bajo pH en las que se restablecería su actividad enzimática. La pepsina se retiene dentro de la célula hasta por 24 horas. Dicha exposición a la pepsina a pH neutro y la endocitosis de la pepsina provoca cambios en la expresión génica asociados con la inflamación, que subyace a los signos y síntomas de reflujo y progresión tumoral. Esta y otras investigaciones implican a la pepsina en la carcinogénesis atribuida al reflujo gástrico.

La pepsina en las muestras de las vías respiratorias se considera un marcador sensible y específico del reflujo laringofaríngeo. La investigación para desarrollar nuevas herramientas terapéuticas y diagnósticas dirigidas a la pepsina para el reflujo gástrico está en curso. Ahora está disponible un diagnóstico de pepsina rápido y no invasivo llamado Peptest que determina la presencia de pepsina en muestras de saliva.

Inhibidores

La pepsina puede ser inhibida por un pH alto (ver Actividad y estabilidad) o por compuestos inhibidores. La pepsina es un compuesto de bajo peso molecular y un potente inhibidor específico de las proteasas ácidas con una constante de disociación inhibidora (Ki) de aproximadamente 10⁻¹⁰ M para la pepsina. Se cree que el residuo estatilo de la pepstatina es responsable de la inhibición de la pepsina por parte de la pepstatina; la estatina es un análogo potencial del estado de transición para la catálisis por pepsina y otras proteasas ácidas. La pepsina no se une covalentemente a la pepsina y, por lo tanto, la inhibición de la pepsina por la pepstatina es reversible. El 1-bis(diazoacetil)-2-feniletano inactiva reversiblemente la pepsina a pH 5, reacción que se acelera por la presencia de Cu(II).

La pepsina porcina es inhibida por el inhibidor de pepsina-3 (PI-3) producido por el gusano redondo grande del cerdo (Ascaris suum). PI-3 ocupa el sitio activo de la pepsina utilizando sus residuos N-terminales y, por lo tanto, bloquea la unión al sustrato. Los residuos de aminoácidos 1 - 3 (Gln-Phe-Leu) de PI-3 madura se unen a P1' - P3' posiciones de pepsina. El extremo N de PI-3 en el complejo PI-3:pepsina está posicionado por enlaces de hidrógeno que forman una hoja β de ocho hebras, donde tres hebras son aportadas por pepsina y cinco por PI-3.

Un producto de la digestión de proteínas por la pepsina inhibe la reacción.

El sucralfato, un fármaco que se usa para tratar las úlceras estomacales y otras afecciones relacionadas con la pepsina, también inhibe la actividad de la pepsina.

Aplicaciones

Pepsin Gum de Beeman

Adams Pepsin Tutti Frutti Gum, comercializado "Para el alivio de la indigestión y la dispepsia"

La pepsina comercial se extrae de la capa glandular del estómago de los cerdos. Es un componente del cuajo utilizado para cuajar la leche durante la elaboración del queso. La pepsina se utiliza para una variedad de aplicaciones en la fabricación de alimentos: para modificar y proporcionar cualidades para batir a la proteína de soya y la gelatina, para modificar proteínas vegetales para su uso en refrigerios no lácteos, para convertir cereales precocidos en cereales calientes instantáneos y para preparar alimentos de origen animal y vegetal. hidrolizados de proteínas para su uso en alimentos y bebidas aromatizantes. Se utiliza en la industria del cuero para eliminar el pelo y el tejido residual de las pieles y en la recuperación de plata de películas fotográficas desechadas al digerir la capa de gelatina que contiene la plata. Históricamente, la pepsina era un aditivo de la marca de chicles Beeman's Gum por el Dr. Edwin E. Beeman.

La pepsina se usa comúnmente en la preparación de fragmentos F(ab')2 a partir de anticuerpos. En algunos ensayos, es preferible usar solo la parte del anticuerpo que se une al antígeno (Fab). Para estas aplicaciones, los anticuerpos pueden digerirse enzimáticamente para producir un fragmento Fab o F(ab')2 del anticuerpo. Para producir un fragmento F(ab')2, la IgG se digiere con pepsina, que escinde las cadenas pesadas cerca de la región bisagra. Uno o más de los enlaces disulfuro que unen las cadenas pesadas en la región bisagra se conservan, por lo que las dos regiones Fab del anticuerpo permanecen unidas, dando lugar a una molécula divalente (que contiene dos sitios de unión al anticuerpo), de ahí la designación F(ab&# 39;)2. Las cadenas ligeras permanecen intactas y unidas a la cadena pesada. El fragmento Fc se digiere en pequeños péptidos. Los fragmentos Fab se generan por escisión de IgG con papaína en lugar de pepsina. La papaína escinde la IgG por encima de la región bisagra que contiene los enlaces disulfuro que unen las cadenas pesadas, pero por debajo del sitio del enlace disulfuro entre la cadena ligera y la cadena pesada. Esto genera dos fragmentos Fab monovalentes separados (que contienen un único sitio de unión al anticuerpo) y un fragmento Fc intacto. Los fragmentos se pueden purificar mediante filtración en gel, intercambio iónico o cromatografía de afinidad.

Los fragmentos de anticuerpos Fab y F(ab')2 se utilizan en sistemas de ensayo donde la presencia de la región Fc puede causar problemas. En tejidos como los ganglios linfáticos o el bazo, o en preparaciones de sangre periférica, están presentes células con receptores Fc (macrófagos, monocitos, linfocitos B y células asesinas naturales) que pueden unirse a la región Fc de anticuerpos intactos, provocando una tinción de fondo en áreas que no contienen el antígeno diana. El uso de fragmentos F(ab')2 o Fab garantiza que los anticuerpos se unan al antígeno y no a los receptores Fc. Estos fragmentos también pueden ser deseables para teñir preparaciones de células en presencia de plasma, porque no pueden unirse al complemento, lo que podría lisar las células. Los fragmentos F(ab')2 y, en mayor medida, Fab, permiten una localización más exacta del antígeno diana, es decir, en tejido de tinción para microscopía electrónica. La divalencia del fragmento F(ab')2 le permite reticular antígenos, lo que permite su uso en ensayos de precipitación, agregación celular a través de antígenos de superficie o ensayos de formación de rosetas.

Genes

Los tres genes siguientes codifican enzimas pepsinógeno A humanas idénticas:

Un cuarto gen humano codifica la gastricsina, también conocida como pepsinógeno C: