La pepsina / ˈ p ɛ p s ɪ n / es una endopeptidasa que descompone las proteínas en péptidos y aminoácidos más pequeños . Es una de las principales enzimas digestivas del sistema digestivo de los humanos y de 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 principales endopeptidasas (enzimas que cortan las proteínas por la mitad) del sistema digestivo humano , siendo las otras dos la quimotripsina y la tripsina . También existen 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. [3]
El zimógeno (proenzima) de la pepsina , el pepsinógeno, es liberado por las células principales del estómago 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 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 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 del estómago 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 ingieren alimentos. El ácido clorhídrico crea un ambiente ácido que permite que el pepsinógeno se despliegue y se escinda de forma 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 llamado embarazo). -glucoproteína asociada). [10]
La pepsina es más activa en ambientes ácidos entre pH 1,5 y 2,5. [11] [12] En consecuencia, su sitio principal de síntesis y actividad es el estómago ( pH 1,5 a 2). En los seres humanos, la concentración de pepsina en el estómago alcanza entre 0,5 y 1 mg/ml. [13] [14]
La pepsina es inactiva a un pH de 6,5 y superior; sin embargo, la pepsina no se desnaturaliza por completo ni se inactiva irreversiblemente hasta un pH de 8,0. [11] [15] Por lo tanto, la pepsina en soluciones de hasta pH 8,0 puede reactivarse tras la reacidificación. La estabilidad de la pepsina a pH alto tiene implicaciones importantes sobre 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 posteriores de reflujo ácido que provoquen daño a 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 hidrofóbicos 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 mayor probabilidad de escisión. [3] [18] : 675 La escisión se ve perjudicada por los aminoácidos cargados positivamente histidina , lisina y arginina en la posición P1. [3]
La pepsina es una de las principales causas de daño de 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 ambiente, la pepsina permanecería estable y podría reactivarse en eventos posteriores de reflujo ácido. [15] La exposición de la mucosa laríngea a pepsina enzimáticamente activa, pero no a pepsina o ácido inactivados irreversiblemente, 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 síntomas de reflujo y 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 mediante el cual se endocitosa la pepsina. Tras la absorción celular, la pepsina se almacena en vesículas intracelulares de pH bajo a las que se restablecería su actividad enzimática. La pepsina se retiene dentro de la célula hasta por 24 horas. [27] Dicha exposición a la pepsina a pH neutro y la endocitosis de la pepsina provoca cambios en la expresión genética asociados con la inflamación, que subyace a los signos y síntomas de reflujo, [28] y la progresión del tumor. [29] Esta y otras investigaciones [30] implican a la pepsina en la carcinogénesis atribuida al reflujo gástrico.
La pepsina 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 de diagnóstico dirigidas a la pepsina para el reflujo gástrico. Ahora está disponible un diagnóstico rápido de pepsina no invasivo 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 pepstatina; La estatina es un análogo potencial del estado de transición para la catálisis por 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 la pepstatina 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 gran gusano redondo del cerdo ( Ascaris suum ). [36] 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) de PI-3 maduro se unen a las posiciones P1' - P3' de la pepsina. El extremo N de PI-3 en el complejo PI-3:pepsina está posicionado mediante enlaces de hidrógeno que forman una lámina β de ocho hebras , donde tres hebras son aportadas por pepsina y cinco por 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 del estómago de los cerdos. Es un componente del cuajo que se utiliza 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 de batido a la proteína de soja y la gelatina, [40] para modificar las proteínas vegetales para su uso en refrigerios no lácteos, para convertir cereales precocidos en cereales calientes instantáneos, [41] y para preparar hidrolizados de proteínas animales y vegetales 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 mediante la digestión de la capa de gelatina que retiene la plata. [42] La pepsina fue históricamente un aditivo de la goma de mascar de la marca Beeman's del Dr. Edwin E. Beeman.
La pepsina se utiliza habitualmente en la preparación de fragmentos F(ab')2 a partir de anticuerpos. En algunos ensayos, es preferible utilizar solo la porción del anticuerpo que se une al antígeno (Fab) . Para estas aplicaciones, los anticuerpos se pueden digerir 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 mediante la 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. [44]
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, hay células con receptores Fc (macrófagos, monocitos, linfocitos B y células asesinas naturales) que pueden unirse a la región Fc de los 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 celulares en presencia de plasma, porque no son capaces de 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 la tinción de tejido para microscopía electrónica. La divalencia del fragmento F(ab')2 le permite entrecruzar antígenos, lo que permite su uso en ensayos de precipitación, agregación celular mediante antígenos de superficie o ensayos de formación de rosetas. [45]
Los tres genes siguientes codifican enzimas pepsinógeno A humanas idénticas:
Un cuarto gen humano codifica la gastricsina, también conocida como pepsinógeno C:
