La pepsina / ˈpɛpsɪn / es una endopeptidasa que descompone las proteínas en péptidos y aminoácidos más pequeños . 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 . [2]
Es una de las tres endopeptidasas principales (enzimas que cortan proteínas por la mitad) 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 dietéticas 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. [3]
El zimógeno (proenzima) de la pepsina , el pepsinógeno, es liberado por las células principales gástricas en la pared del estómago y, al mezclarse con el ácido clorhídrico del jugo gástrico , el pepsinógeno se activa para convertirse en pepsina. [2]
La pepsina fue una de las primeras enzimas descubiertas por Theodor Schwann en 1836. Schwann acuñó su nombre a partir de la palabra griega πέψις pepsis , que significa " digestión " (de πέπτειν peptein "digerir"). [4] [5] [6] [7] Se determinó que una sustancia ácida que podía convertir los alimentos a base de nitrógeno en material soluble en agua era la pepsina. [8]
En 1928, se convirtió en una de las primeras enzimas en cristalizarse cuando John H. Northrop la cristalizó mediante diálisis, filtración y enfriamiento. [9]
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 principales gástricas liberan pepsinógeno. Este zimógeno es activado por el ácido clorhídrico (HCl), que se libera desde las células parietales en el revestimiento del estómago. La hormona gastrina y el nervio vago desencadenan la liberación de pepsinógeno y HCl desde el revestimiento del estómago cuando se ingiere alimento. El ácido clorhídrico crea un entorno ácido, que permite que el pepsinógeno se despliegue y se desdoble de manera autocatalítica , generando así pepsina (la forma activa). La pepsina desdobla 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). [10]
La pepsina es más activa en ambientes ácidos con un pH entre 1,5 y 2,5. [11] [12] Por lo tanto, su principal sitio de síntesis y actividad es el estómago ( pH entre 1,5 y 2). En los seres humanos, la concentración de pepsina en el estómago alcanza los 0,5 – 1 mg/ml. [13] [14]
La pepsina es inactiva a un pH de 6,5 o superior, sin embargo, la pepsina no se desnaturaliza por completo ni se inactiva de forma irreversible hasta un pH de 8,0. [11] [15] Por lo tanto, la pepsina en soluciones de hasta un pH de 8,0 se puede reactivar tras la reacidificación. La estabilidad de la pepsina a un 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. [16] [17] Al pH medio de la laringofaringe (pH = 6,8), la pepsina estaría inactiva, pero podría reactivarse en eventos de reflujo ácido posteriores, lo que provocaría daños en los tejidos locales.
La pepsina exhibe una amplia especificidad de escisión. La pepsina digiere hasta el 20% de los enlaces amida ingeridos. [18] Los residuos en las posiciones P1 y P1' [19] son los más importantes para determinar la probabilidad de escisión. Generalmente, los aminoácidos hidrófobos en las posiciones P1 y P1' aumentan la probabilidad de escisión. La fenilalanina , leucina y metionina en la posición P1, y la fenilalanina , triptófano y tirosina en la posición P1' dan como resultado la probabilidad de escisión más alta. [3] [18] : 675 La escisión se ve desfavorecida por los aminoácidos con carga positiva histidina , lisina y arginina en la posición P1. [3]
La pepsina es una de las principales causas de daño a la mucosa durante el reflujo laringofaríngeo . [20] [21] La pepsina permanece en la laringe (pH 6,8) después de un evento de reflujo gástrico. [16] [17] Aunque enzimáticamente inactiva en este entorno, la pepsina permanecería estable y podría reactivarse en eventos de reflujo ácido posteriores. [15] La exposición de la mucosa laríngea a la pepsina enzimáticamente activa, pero no a la pepsina o al ácido inactivados de forma irreversible, da como resultado una expresión reducida de proteínas protectoras y, por lo tanto, aumenta la susceptibilidad laríngea al daño. [15] [16] [17]
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 los síntomas de reflujo y la lesión de la mucosa. [22] [23] [24] [25] En condiciones no ácidas (pH neutro), la pepsina es internalizada por las células de las vías respiratorias superiores, como la laringe y la hipofaringe, mediante un proceso conocido como endocitosis mediada por receptores . [26] Actualmente se desconoce el receptor por el cual la pepsina es endocitosada. Tras la captación celular, la pepsina se almacena en vesículas intracelulares de pH bajo en el que se restauraría su actividad enzimática. La pepsina se retiene dentro de la célula hasta 24 horas. [27] Tal exposición a la pepsina a pH neutro y la endocitosis de la pepsina provocan cambios en la expresión genética asociada con la inflamación, que subyace a los signos y síntomas del reflujo, [28] y la progresión tumoral. [29] Esta y otras investigaciones [30] implican a la pepsina en la carcinogénesis atribuida al reflujo gástrico.
La pepsina presente en muestras de las vías respiratorias se considera un marcador sensible y específico del reflujo laringofaríngeo. [31] [32] Se están realizando investigaciones para desarrollar nuevas herramientas terapéuticas y diagnósticas dirigidas a la pepsina para el reflujo gástrico. Actualmente se encuentra disponible un diagnóstico rápido y no invasivo de la pepsina llamado Peptest que determina la presencia de pepsina en muestras de saliva. [33]
La pepsina puede ser inhibida por un pH alto (ver Actividad y estabilidad) o por compuestos inhibidores. La pepstatina 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 pepsina; la estatina es un análogo potencial del estado de transición para la catálisis por parte de la pepsina y otras proteasas ácidas. La pepstatina no se une covalentemente a la pepsina y, por lo tanto, la inhibición de la pepsina por parte de la pepsina es reversible. [34] El 1-bis(diazoacetil)-2-feniletano inactiva reversiblemente la pepsina a pH 5, una reacción que se acelera por la presencia de Cu(II). [35]
La pepsina porcina es inhibida por el inhibidor de pepsina-3 (PI-3) producido por el gusano redondo grande del cerdo ( Ascaris suum ). [36] El PI-3 ocupa el sitio activo de la pepsina utilizando sus residuos N-terminales y, por lo tanto, bloquea la unión del sustrato . Los residuos de aminoácidos 1-3 (Gln-Phe-Leu) del PI-3 maduro se unen a las posiciones P1'-P3' de la pepsina. El extremo N del PI-3 en el complejo PI-3:pepsina está posicionado por enlaces de hidrógeno que forman una lámina β de ocho hebras , donde tres hebras son aportadas por la pepsina y cinco por el PI-3. [36]
Un producto de la digestión de proteínas por la pepsina inhibe la reacción. [37] [38]
El sucralfato , un fármaco utilizado para tratar las úlceras de estómago y otras afecciones relacionadas con la pepsina, también inhibe la actividad de la pepsina. [39]
La pepsina comercial se extrae de la capa glandular de los estómagos de cerdo. Es un componente del cuajo que se utiliza para cuajar la leche durante la fabricación del queso. La pepsina se utiliza para diversas aplicaciones en la fabricación de alimentos: para modificar y proporcionar cualidades batientes a la proteína de soja y la gelatina, [40] para modificar las proteínas vegetales para su uso en aperitivos no lácteos, para convertir los cereales precocidos en cereales calientes instantáneos, [41] y para preparar hidrolizados de proteínas animales y vegetales para su uso en la aromatización de alimentos y bebidas. 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 las películas fotográficas desechadas mediante la digestión de la capa de gelatina que contiene la plata. [42] La pepsina fue históricamente un aditivo de la goma de mascar de la marca Beeman's gum del Dr. Edwin E. Beeman.
La pepsina se utiliza comúnmente en la preparación de fragmentos F(ab')2 a partir de anticuerpos. En algunos ensayos, es preferible utilizar solo la porción de unión al antígeno (Fab) del anticuerpo . 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. [43] 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, produciendo una molécula divalente (que contiene dos sitios de unión del anticuerpo), de ahí la designación F(ab')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 de la 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 del anticuerpo) y un fragmento Fc intacto. Los fragmentos se pueden purificar mediante filtración en gel, intercambio iónico o cromatografía de afinidad. [44]
Los fragmentos de anticuerpos Fab y F(ab')2 se utilizan en sistemas de ensayo en los que 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, lo que provoca 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 celulares en presencia de plasma, porque no pueden unirse al complemento, que podría lisar las células. Los fragmentos F(ab')2 y, en mayor medida, los fragmentos Fab permiten una localización más exacta del antígeno diana, es decir, en la tinción de tejido para microscopía electrónica. La divalencia del fragmento F(ab')2 le permite unirse a antígenos, lo que permite su uso en ensayos de precipitación, agregación celular a través de antígenos de superficie o ensayos de formación de rosetas. [45]
Los siguientes tres genes codifican enzimas pepsinógeno A humanas idénticas:
Un cuarto gen humano codifica la gastricsina, también conocida como pepsinógeno C:
