Pepsin

Pepsin ist eine aspartische Protease und ein Endopeptidase, die Proteine in kleinere Peptide abbaut. Pepsin ist eines der drei Hauptproteasen im menschlichen Verdauungssystem. Es wird im Magen produziert und hilft, Proteine in der Nahrung zu verdauen. Die anderen beiden sind Chymotrypsin und Trypsin. Jedes Verdauungsenzym kann die Beziehung zwischen bestimmten Arten von Aminosäuren aufbrechen, wobei Pepsin effektiv die Peptidbindung zwischen hydrophoben Aminosäuren und aromatischen Aminosäuren spalten kann. Diese Verdauungsenzyme arbeiten zusammen, um Nahrungsproteine in Peptide und Aminosäuren abzubauen, die schließlich vom Dünndarm aufgenommen werden.

Vorläufer

Pepsinogen ist der Vorläufer von Pepsin, der von Hauptzellen der Darmschleimhaut freigesetzt wird. Seine Primärstruktur besteht aus 44 Aminosäuren. Im Vergleich zu Pepsin ist Pepsinogen in neutraler und schwach alkalischer Umgebung stabil, aber wenn es mit Salzsäure im Magensaft in Kontakt kommt, werden diese 44 Aminosäuren auf autokatalytische Weise entfernt und in Pepsin aktiviert. Belegzellen der Magenwand setzen Salzsäure (HCl) frei, Pepsinogen kann durch Salzsäure aktiviert werden. Gastrin und der Vagusnerv lösen die Freisetzung von Pepsinogen und Salzsäure aus der Magenwand beim Essen aus. Salzsäure erzeugt eine saure Umgebung, die dazu führt, dass Pepsinogen sich entfaltet und auf autokatalytische Weise gespalten wird, wodurch Pepsin entsteht. Pepsin schneidet 44 Aminosäuren in Pepsinogen in mehr Pepsin.

Struktur

Pepsin ist ein Kettenprotein (Monomer), das aus zwei ähnlichen Faltungsdomänen besteht, die durch eine tiefe Spalte getrennt sind. Die katalytische Stelle von Pepsin wird an der Verbindung der Domäne gebildet, jede Domäne enthält zwei Aspartat-Reste, Asp32 und Asp215. Unter der Katalyse von Pepsin hilft das Wassermolekül der aktiven Carboxylgruppe, positive und negative Ladungen mit Aspartat 215 und Aspartat 32 zu tragen, was die Peptidbindung im Protein bricht.

Stabilität

Pepsin war in saurer Umgebung bei 37 °C bis 42 °C am aktivsten. Die Aktivität von Pepsin war bei pH 2,0 am höchsten, inaktiv über pH 6,5 und vollständig denaturiert oder irreversibel inaktiviert über pH 8,0. Daher kann Pepsin in Lösungen unter pH 8,0 nach einer Reacidifizierung reaktiviert werden. Die Stabilität von Pepsin bei hohem pH-Wert ist von großer Bedeutung für die durch Pharynx- und Larynxreflux verursachten Krankheiten.

Physiologische Effekte

Pepsin ist eine der Hauptursachen für Schleimhautschäden bei Pharynx- und Larynxreflux. Pepsin bleibt nach pharyngealem Reflux im Pharynx und Larynx. Obwohl das Enzym in einer neutralen Umgebung ist, kann es bei einem nachfolgenden sauren Refluxereignis reaktiviert werden. Nachdem Pepsin aktiviert wurde, wird die Larynxschleimhaut aktivem Pepsin ausgesetzt, was zu einer Abnahme der Expression von schützenden Proteinen führt und somit die Anfälligkeit für Larynxschäden erhöht. Darüber hinaus kann Pepsin auch bei schwach sauren oder nicht-sauren Refluxereignissen Schleimhautschäden verursachen. Pepsin kann durch rezeptorvermittelte Endozytose in die oberen Atemwege internalisiert werden. Wenn Zellen Pepsin aufnehmen, wird Pepsin in intrazellulären Vesikeln mit niedrigem pH-Wert gespeichert, bei dem die Enzymaktivität von Pepsin wiederhergestellt wird. Die Exposition von Pepsin gegenüber neutralem pH und die Internalisation von Pepsin führen zu Veränderungen in der Expression von Genen, die mit Entzündungen in Verbindung stehen, die die Grundlage für die Anzeichen und Symptome von Reflux und Tumorprogression sind. Pepsin in Atemwegsspezimen wird als empfindlicher und spezifischer Marker für pharyngealen Reflux angesehen.

Inhibitoren

Pepstatin ist eine niedermolekulare Verbindung, die eine starke hemmende Wirkung auf saure Proteasen hat. Statin ist ein potenzielles Übergangszustandsanalogon der Katalyse von sauren Proteasen. Der Styl-Rest von Pepstatin wird als mit der Hemmung von Pepsin verbunden angesehen. Pepstatin kann nicht kovalent an Pepsin binden, sodass die hemmende Wirkung von Pepstatin auf Pepsin reversibel ist. 1-bis (Diazoacetyl)-2-phenylethan kann Pepsin bei pH 5,0 inaktivieren. Sucralfat kann ebenfalls die Pepsinaktivität hemmen.

Anwendungen

Pepsin kann in der Lebensmittelindustrie verwendet werden. Pepsin ist ein Bestandteil des Pankreasgerinnsels, das während der Käseproduktion kondensiert und verdreht. Pepsin kann verwendet werden, um Sojaprotein und Gelatine zu modifizieren und Schlageigenschaften zu bieten. Es kann auch das pflanzliche Protein, das in nicht-milchhaltigen Snacks verwendet wird, modifizieren und vorgekochte Cerealien in Instant-Haferbrei verwandeln. Pepsin kann auch verwendet werden, um tierische und pflanzliche Protein-Hydrolysate zur Würzung von Lebensmitteln und Getränken herzustellen. In der Lederindustrie wird es verwendet, um Haare und Restgewebe von Leder zu entfernen und Silber aus verworfenem Fotofilm zurückzugewinnen, indem die Gelatineschicht, in der Silber gespeichert ist, verdaut wird.