Pepsin
Pepsin, bentuk kompleks dengan pepstatin.[1]
Pengenal pasti
Nombor EC	3.4.23.1
Nombor CAS	9001-75-6
Pangkalan data
IntEnz	Lihat IntEnz
BRENDA	Entri BRENDA
ExPASy	Lihat NiceZyme
KEGG	Entri KEGG
MetaCyc	Laluan metabolik
PRIAM	Profil
Struktur PDB	RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
Ontologi gen	AmiGO / EGO
Gelintar PMC Rencana PubMed Rencana NCBI Protein

Pepsin ialah endopeptidase yang memecahkan protein kepada peptida dan asid amino yang lebih kecil. Zimogennya, pepsinogen, dihasilkan dalam sel ketua gastrik pada lapisan perut. Ia adalah salah satu enzim pencernaan utama dalam sistem pencernaan manusia dan banyak haiwan lain, di mana ia membantu mencerna protein dalam makanan. Pepsin ialah protease aspartik, dan menggunakan aspartat pemangkin dalam tapak aktifnya.^[2]

Ia adalah salah satu daripada tiga endopeptidase utama (enzim pemotong protein di tengah) dalam sistem pencernaan manusia, dua lagi ialah kimotripsin dan tripsin. Terdapat juga eksopeptidase yang mengeluarkan asid amino individu pada kedua-dua hujung protein (karboksipeptidase yang dihasilkan oleh pankreas dan aminopeptidase yang dirembeskan oleh usus kecil). Semasa proses penghadaman, enzim ini yang setiap satunya khusus dalam memutuskan hubungan antara jenis asid amino tertentu, bekerjasama untuk memecahkan protein pemakanan kepada komponennya, iaitu peptida dan asid amino, yang boleh diserap dengan mudah oleh usus kecil. Pengkhususan belahan pepsin adalah luas, tetapi beberapa asid amino seperti tirosina, fenilalanina dan triptofan meningkatkan kebarangkalian pembelahan.^[3]

Proenzim pepsin, pepsinogen, dikeluarkan oleh sel ketua gastrik di dinding perut, dan apabila dicampur dengan asid hidroklorik dalam jus gastrik, pepsinogen diaktifkan untuk menjadi pepsin.^[2]

Pepsin adalah salah satu enzim pertama yang ditemui, yakni oleh Theodor Schwann pada tahun 1836. Schwann mencipta namanya daripada perkataan Yunani πέψιςcode: grc is deprecated (pepsis), bermaksud "pencernaan" (daripada πέπτεινcode: grc is deprecated ; peptida "untuk dicerna").^[4][5][6][7] Bahan berasid yang mampu menukarkan makanan berasaskan nitrogen kepada bahan larut air ditentukan sebagai pepsin.^[8]

Pada tahun 1928, ia menjadi salah satu enzim pertama yang dihablurkan apabila John H. Northrop menghablurkannya menggunakan dialisis, penapisan dan penyejukan.^[9]

Pepsin diekspresikan sebagai zimogen yang dipanggil pepsinogen, dengan struktur utamanya mempunyai 44 asid amino tambahan berbanding dengan enzim aktif.

Di dalam perut, sel ketua gastrik mengeluarkan pepsinogen. Zimogen ini diaktifkan oleh asid hidroklorik (HCl) yang dibebaskan daripada sel parietal dalam lapisan perut. Hormon gastrin dan saraf vagus mencetuskan pembebasan kedua-dua pepsinogen dan HCl daripada lapisan perut apabila makanan ditelan. Asid hidroklorik mewujudkan persekitaran berasid, yang membolehkan pepsinogen terbentang dan membelah dirinya secara autokatalitik, seterusnya menghasilkan pepsin (bentuk aktif). Pepsin membelah 44 asid amino daripada pepsinogen untuk menghasilkan lebih banyak pepsin.

Pepsinogen terutamanya dikelompokkan dalam 5 kumpulan berbeza berdasarkan struktur utamanya: pepsinogen A (juga dipanggil pepsinogen I), pepsinogen B, progastriksin (juga dipanggil pepsinogen II dan pepsinogen C), prokimosin (juga dipanggil prorenin) dan pepsinogen F (atau glikoprotein berkaitan kehamilan).^[10]

Pepsin paling aktif dalam persekitaran berasid antara pH 1.5 hingga 2.5.^[11][12] Oleh itu, tapak utama sintesis dan aktivitinya adalah dalam perut (pH 1.5 hingga 2). Pada manusia, kepekatan pepsin dalam perut mencapai 0.5 – 1 mg/mL.^[13][14]

Pepsin tidak aktif pada pH 6.5 dan ke atas, namun pepsin tidak ternyahasli sepenuhnya atau tidak dapat dipulihkan hingga pH 8.0.^[11][15] Oleh itu, pepsin dalam larutan sehingga pH 8.0 boleh diaktifkan semula apabila pengasidan semula. Kestabilan pepsin pada pH tinggi mempunyai implikasi yang ketara ke atas penyakit yang dikaitkan dengan refluks laringofarinks . Pepsin kekal dalam larinks berikutan kejadian refluks gastrik.^[16][17] Dalam pH putara laringofarinks (pH = 6.8), pepsin akan menjadi tidak aktif, tetapi boleh diaktifkan semula apabila kejadian refluks asid lalu mengakibatkan kerosakan pada tisu tempatan.

Pepsin mempamerkan kekhususan belahan yang luas. Pepsin akan mencerna sehingga 20% daripada ikatan amida yang diperoleh.^[18] Sisa dalam kedudukan P1 dan P1'^[19] adalah paling penting dalam menentukan kebarangkalian belahan. Secara amnya, asid amino hidrofobik pada kedudukan P1 dan P1' meningkatkan kebarangkalian belahan. Fenilalanina, leusina dan metionina pada kedudukan P1, dan fenilalanina, triptofan dan tirosina di kedudukan P1' menghasilkan kebarangkalian belahan tertinggi.^{[3][18] :675} Pembelahan kurang cenderung berlaku ketika asid amino bercas positif, histidina, lisina dan arginina ada di kedudukan P1.^[3]

Pepsin adalah salah satu punca utama kerosakan mukosa semasa refluks laringofarinks.^[20][21] Pepsin kekal di larinks (pH 6.8) berikutan kejadian refluks gastrik.^[16][17] Walaupun tidak aktif dalam persekitaran ini, pepsin akan kekal stabil, dan boleh diaktifkan semula apabila kejadian refluks asid berikutnya.^[15] Pendedahan mukosa larinks kepada pepsin yang aktif, tetapi bukan pepsin atau asid yang tidak dapat dipulihkan, mengakibatkan pengurangan protein pelindung, dan dengan itu meningkatkan kerentanan larinks kepada kerosakan.^[15][16][17]

Pepsin juga boleh menyebabkan kerosakan mukosa semasa refluks gastrik yang berasid lemah atau bukan asid. Refluks lemah atau bukan asid dikaitkan dengan gejala refluks dan kecederaan mukosa.^{[22][23][24][25]} Di bawah keadaan bukan asid (pH neutral), pepsin dibawa ke dalam sel oleh sel-sel saluran udara atas seperti larinks dan hipofarinks melalui proses yang dikenali sebagai endositosis berbantu reseptor.^[26] Reseptor di mana pepsin diendositosis pada masa ini tidak diketahui. Selepas pengambilan sel, pepsin disimpan dalam vesikel intrasel dengan pH rendah, di mana aktiviti enzimnya akan dipulihkan. Pepsin dikekalkan di dalam sel sehingga 24 jam.^[27] Pendedahan kepada pepsin sedemikian pada pH neutral dan endositosis pepsin menyebabkan perubahan dalam ekspresi gen yang dikaitkan dengan keradangan yang mendasari tanda dan gejala refluks,^[28] dan perkembangan tumor.^[29] Ini dan penyelidikan lain^[30] membabitkan pepsin dalam karsinogenesis yang dikaitkan dengan refluks gastrik.

Pepsin dalam spesimen saluran pernafasan dianggap sebagai penanda sensitif dan khusus buat refluks laringofarinks.^[31][32] Penyelidikan untuk membangunkan alat terapeutik dan diagnostik sasaran pepsin baharu untuk refluks gastrik sedang dijalankan. Diagnostik pepsin bukan invasif pantas yang dipanggil Peptest kini tersedia, dan menentukan kehadiran pepsin dalam sampel air liur.^[33]

Pepsin mungkin dihalang oleh pH tinggi atau oleh sebatian perencat. Pepstatin ialah sebatian berjisim molekul rendah dan khusus terhadap protease asid dengan pemalar penceraian perencatan (Ki) kira-kira 10⁻¹⁰ M bagi pepsin. Kumpulan statil pepstatin dianggap bertanggungjawab bagi perencatan pepstatin pepsin; statin ialah analog berpotensi bagi keadaan peralihan pemangkinan oleh pepsin dan protease asid lain. Pepstatin tidak mengikat pepsin secara kovalen, dan oleh itu, boleh diterbalikkan.^[34] 1-bis(diazoasetil)-2-feniletana menyahaktifkan pepsin secara balik pada pH 5, tindak balas yang dipercepatkan dengan kehadiran Cu(II).^[35]

Pepsin babi dihalang oleh perencat pepsin 3 (PI-3) yang dihasilkan oleh cacing gelang besar babi (Ascaris suum).^[36] PI-3 menduduki tapak aktif pepsin menggunakan sisa terminal N-nya lalu menyekat pengikatan substrat . Sisa asid amino 1 hingga 3 (Gln-Phe-Leu) di PI-3 matang terikat di kedudukan P1'-P3' pepsin. Terminal N PI-3 dalam kompleks PI-3:pepsin diposisikan oleh ikatan hidrogen yang membentuk lembaran helaian β, di mana tiga helai disumbangkan oleh pepsin dan lima oleh PI-3.^[36]

Produk pencernaan protein oleh pepsin menghalang tindak balas.^[37][38]

Sukralfat, ubat yang digunakan untuk merawat ulser perut dan keadaan berkaitan pepsin lain, juga menghalang aktiviti pepsin.^[39]

Pepsin komersial diekstrak daripada lapisan kelenjar perut babi. Ia adalah komponen renet yang digunakan untuk mengental susu semasa pembuatan keju. Pepsin digunakan dalam pelbagai aplikasi ketika pembuatan makanan: untuk mengubah suai dan menyediakan kualiti sebatan kepada protein soya dan gelatin,^[40] mengubah suai protein sayuran untuk digunakan dalam makanan ringan bukan tenusu, membuat bijirin yang telah dimasak menjadi bijirin panas segera,^[41] dan menyediakan hidrolisat protein haiwan dan sayur-sayuran untuk digunakan dalam perisa makanan dan minuman. Ia digunakan dalam industri kulit untuk mengeluarkan rambut dan tisu sisa dari kulit, dan dalam pemulihan perak daripada filem fotografi yang dibuang dengan mencerna lapisan gelatin yang memegang perak.^[42] Pepsin secara historis merupakan bahan tambahan gula-gula getah jenama Beeman oleh Dr. Edwin E. Beeman.

Pepsin biasanya digunakan dalam penyediaan serpihan F(ab')2 daripada antibodi. Dalam sesetengah ujian, adalah lebih baik untuk menggunakan hanya bahagian terikat antigen (Fab) di antibodi. Dalam aplikasi ini, antibodi boleh dicerna secara enzim untuk menghasilkan sama ada serpihan Fab atau F(ab')2 antibodi. Untuk menghasilkan serpihan F(ab')2, IgG dicerna dengan pepsin yang memutuskan rantai berat berhampiran kawasan engsel.^[43] Satu atau lebih ikatan disulfida yang bergabung dengan rantai berat di kawasan engsel dikekalkan, jadi kedua-dua kawasan Fab antibodi kekal bercantum lalu menghasilkan molekul divalen (mengandungi dua tapak pengikatan antibodi), oleh itu sebutan F(ab')2. Rantai ringan kekal utuh dan melekat pada rantai berat. Serpihan Fc dicerna menjadi peptida kecil. Serpihan fabrik dihasilkan melalui pembelahan IgG dengan papain dan bukannya pepsin. Papain membelah IgG di atas kawasan engsel yang mengandungi ikatan disulfida yang bergabung dengan rantai berat, tetapi di bawah tapak ikatan disulfida antara rantai ringan dan rantai berat. Ini menjana dua monovalen berasingan (mengandungi tapak pengikat antibodi tunggal) serpihan Fab dan serpihan Fc yang utuh. Serpihan boleh ditulenkan dengan penapisan gel, pertukaran ion atau kromatografi pertalian.^[44]

Serpihan antibodi Fab dan F(ab')2 digunakan dalam sistem ujian, di mana kehadiran rantau Fc boleh menyebabkan masalah. Dalam tisu seperti nodus limfa atau limpa, atau dalam persediaan darah periferal, sel dengan reseptor Fc (makrofaj, monosit, limfosit B dan sel pembunuh semula jadi) hadir, dan boleh mengikat rantau Fc antibodi utuh, menyebabkan pewarnaan latar belakang di kawasan yang tidak mengandungi antigen sasaran. Penggunaan serpihan F(ab')2 atau Fab memastikan bahawa antibodi mengikat antigen berbanding reseptor Fc. Serpihan ini mungkin juga wajar untuk mengotorkan sediaan sel dengan kehadiran plasma kerana ia tidak dapat mengikat pelengkap, yang boleh menghancurkan sel. Serpihan F(ab')2 dan Fab pada kadar lebih besar membenarkan penyetempatan antigen sasaran yang lebih tepat, iaitu dalam tisu pewarnaan bagi mikroskopi elektron. Kelainan serpihan F(ab')2 membolehkannya memaut silang antigen, membenarkan penggunaan dalam ujian kerpasan, pengagregatan sel melalui antigen permukaan atau ujian roset.^[45]

Tiga gen berikut mengekod enzim pepsinogen A manusia yang serupa:

Gen manusia keempat mengekod gastriksin, juga dikenali sebagai pepsinogen C: