Pepsina

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 en el sistema digestivo 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 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 especializada en romper 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 corte de la pepsina es amplia, pero algunos aminoácidos como la tirosina , la fenilalanina y el triptófano aumentan la probabilidad de corte. ^{[ 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 la pepsina era una sustancia ácida capaz de convertir alimentos nitrogenados en material soluble en agua. ^{[ 8 ]}

En 1928, se convirtió en una de las primeras enzimas en ser cristalizadas cuando John H. Northrop la cristalizó utilizando 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 se activa por el ácido clorhídrico (HCl), liberado por las células parietales de la mucosa gástrica. La hormona gastrina y el nervio vago desencadenan la liberación de pepsinógeno y HCl de la mucosa gástrica al ingerir 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 producir 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 prorrenina) y pepsinógeno F (también llamado 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 consiguiente, su principal sitio de síntesis y actividad es el estómago ( pH entre 1,5 y 2). En humanos, la concentración de pepsina en el estómago alcanza entre 0,5 y 1  mg/mL. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

La pepsina es inactiva a pH 6,5 y superior; sin embargo, la pepsina no se desnaturaliza completamente ni se inactiva irreversiblemente hasta pH 8,0. ^{[ 11 ] [ 15 ]} Por lo tanto, la pepsina en soluciones de hasta pH 8,0 puede reactivarse al reacidificarse. 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 episodio de reflujo gástrico. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Al pH medio de la laringofaringe (pH = 6,8), la pepsina estaría inactiva, pero podría reactivarse tras episodios posteriores 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. ^{[ 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 , la leucina y la metionina en la posición P1, y la fenilalanina , el triptófano y la tirosina en la posición P1' dan como resultado la mayor probabilidad de escisión. ^{[ 3 ] [ 18 ] : 675} La escisión es desfavorecida 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 episodio de reflujo gástrico. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Si bien es enzimáticamente inactiva en este entorno, la pepsina se mantendría estable y podría reactivarse en episodios posteriores de reflujo ácido. ^{[ 15 ]} La exposición de la mucosa laríngea a pepsina enzimáticamente activa, pero no a pepsina irreversiblemente inactivada o ácido, produce una expresión reducida de proteínas protectoras y, por lo tanto, aumenta la susceptibilidad de la laringe 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 daño a la mucosa. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} En condiciones no ácidas (pH neutro), la pepsina es internalizada por células de las vías respiratorias superiores, como la laringe y la hipofaringe, mediante un proceso conocido como endocitosis mediada por receptores . ^{[ 26 ]} El receptor por el cual se endocita la pepsina es actualmente desconocido. Tras la captación celular, la pepsina se almacena en vesículas intracelulares de pH bajo en las que se restauraría 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 causan cambios en la expresión génica asociados 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 en muestras de las vías respiratorias se considera un marcador sensible y específico para el reflujo laringofaríngeo. ^{[ 31 ] [ 32 ]} Se están llevando a cabo investigaciones para desarrollar nuevas herramientas terapéuticas y diagnósticas dirigidas a la pepsina para el reflujo gástrico. Actualmente, está disponible una prueba diagnóstica rápida y no invasiva de pepsina llamada Peptest, que determina la presencia de pepsina en muestras de saliva. ^{[ 33 ]}

La pepsina puede ser inhibida por un pH alto (véase 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 inhibitoria (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 la 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, por lo que 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 nematodo grande del cerdo ( Ascaris suum ). ^{[ 36 ]} El PI-3 ocupa el sitio activo de la pepsina mediante sus residuos N-terminales, bloqueando así 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-terminal del PI-3 en el complejo PI-3:pepsina se posiciona mediante 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 úlceras estomacales 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 los cerdos. Es un componente del cuajo que se usa para coagular la leche durante la fabricación de queso. La pepsina se usa 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 proteínas vegetales para su uso en productos de refrigerio no lácteos, para convertir cereales precocidos en cereales calientes instantáneos, ^{[ 41 ]} y para preparar hidrolizados de proteínas animales y vegetales para su uso en el sabor de alimentos y bebidas. Se usa 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 contiene la plata. ^{[ 42 ]} Históricamente, la pepsina fue un aditivo de la goma de mascar marca Beeman's del 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 porción de unión al antígeno (Fab) del anticuerpo . Para estas aplicaciones, los anticuerpos pueden ser digeridos enzimáticamente para producir un fragmento Fab o un fragmento 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 de anticuerpos), de ahí la designación F(ab')2. Las cadenas ligeras permanecen intactas y unidas a la cadena pesada. El fragmento Fc se digiere en péptidos pequeños. Los fragmentos Fab se generan por escisión de la 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 de anticuerpos) y un fragmento Fc intacto. Los fragmentos pueden purificarse 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 ganglios linfáticos o bazo, o en preparaciones de sangre periférica, se encuentran células con receptores Fc (macrófagos, monocitos, linfocitos B y células asesinas naturales), que pueden unirse a la región Fc de los anticuerpos intactos, provocando 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, ya que no pueden unirse al complemento, que podría lisar las células. Los fragmentos F(ab')2, y en mayor medida los Fab, permiten una localización más precisa del antígeno diana, por ejemplo, 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 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:

• Base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: Pepsina A A01.001 Archivada el 20/03/2008 en Wayback Machine , Pepsina B A01.002 Archivada el 21/12/2007 en Wayback Machine , Pepsina C (Gastricsina) A01.003 Archivada el 02/06/2020 en Wayback Machine
• Pepsina+A en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Pepsinógenos en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Pepsinogen+A en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Pepsinogen+C en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Chicle Beemans
• Pepsina: Molécula del mes. Archivado el 30/11/2015 en Wayback Machine , por David Goodsell, Banco de Datos de Proteínas RCSB.
• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P20142 (Gastricsina humana) en el PDBe-KB .
• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P0DJD7 (Pepsin A-4) en el PDBe-KB .