Кіріспе

Пепсин /'//p//ɛ//p//s//ɪ//n/ – ақуыздарды кіші пептидтер мен аминқышқылдарына ыдырататын эндопептидаза. Бұл адамдар мен көптеген басқа жануарлардың ас қорыту жүйесіндегі маңызды ас қорыту ферменттерінің бірі, ол тағамдағы ақуыздарды қорытуға көмектеседі. Пепсин – активті ортасында каталитикалық аспартатты қолданатын аспартикалық протеаз. Пепсиннің зимагені (проферменті), пепсиноген, асқазан қабырғасындағы асқазанның бас жасушаларынан бөлінеді, ал асқазан сөлінің тұз қышқылымен араласқанда пепсиноген пепсинге айналады.

Тарих

Пепсин 1836 жылы Теодор Шванн ашқан алғашқы ферменттердің бірі болды. Шванн оның атын грекше πέψις (pepsis) сөзінен алған, ол "қорытылу" (πέπτειν – peptein, "қорыту") деген мағына береді. Азот негізді тағамдарды суда еритін заттарға айналдыратын қышқыл зат пепсин екені анықталды. 1928 жылы Джон Х. Нортроп оны диализ, сүзгілеу және салқындату арқылы кристалдастырғанда, ол кристалдастырылған алғашқы ферменттердің біріне айналды.

Алдын ала

Пепсин пепсиноген деп аталатын зимоген түрінде өрнектеледі, оның бастапқы құрылымы белсенді ферментке қарағанда 44 аминқышқылға артық. Асқазанда асқазанның бас жасушалары пепсиногенді бөліп шығарады. Бұл зимоген асқазан қабығындағы париетті жасушалардан бөлінетін тұз қышқылы (HCl) арқылы белсендіріледі. Гастрин гормоны және блукалы жүйке тамақ ішкен кезде асқазан қабығынан пепсиноген мен HCl-дың бөлінуін күшейтеді. Тұз қышқылы қышқыл ортаны құрайды, бұл пепсиногенге өзін-өзі катализдеу арқылы ашылып, бөлінуге мүмкіндік береді, соның нәтижесінде пепсин (белсенді түрі) пайда болады. Пепсин пепсиногеннен 44 аминқышқылды кесіп алып, одан да көп пепсин жасайды. Пепсиногендер негізгі құрылысына сәйкес 5 топқа бөлінеді: пепсиноген А (сондай-ақ пепсиноген I деп те аталады), пепсиноген В, прогастриксин (сондай-ақ пепсиноген II және пепсиноген C деп те аталады), прохимозин (сондай-ақ прореннин деп те аталады) және пепсиноген F (сондай-ақ жүктілікке байланысты гликопротеин деп те аталады).

Әрекет және тұрақтылық

Пепсин қышқыл ортада, pH 1,5-тен 2,5-ке дейін ең белсенді болады. Сәйкесінше, оның негізгі синтезделу және әрекет ету орны асқазан (pH 1,5-тен 2-ге дейін). Адамдарда асқазандағы пепсин концентрациясы 0,5 – 1 мг/мл-ге жетеді. Пепсин pH 6,5 және одан жоғары болғанда белсенділігін жояды, бірақ pH 8,0-ға дейін толық денатурацияланбайды немесе қайтымсыз деактивацияланбайды. Сондықтан, pH 8,0 дейінгі ерітіндідегі пепсин, қайта қышқылданғаннан кейін қайта белсендірілуі мүмкін. Пепсиннің жоғары pH-тағы тұрақтылығы, ларингофарингеальды рефлюкске байланысты ауруларға елеулі әсер етеді. Пепсин асқазан рефлюксінен кейін көмейде қалады. Көмей-жұтқыншақтың орташа pH-ында (pH = 6,8) пепсин белсенді болмайды, бірақ кейін қышқыл рефлюкс болғанда қайта белсендірілуі мүмкін, бұл жергілікті тіндерге зақым келтіреді. Пепсин кең спектрлі жару ерекшелігін көрсетеді. Пепсин жұтылған амидтік байланыстардың 20%-ға дейін гидролиздеуге қабілетті. P1 және P1' позицияларындағы қалдықтар жару ықтималдығын анықтауда маңызды рөл атқарады. Әдетте, P1 және P1' позицияларындағы гидрофобты аминқышқылы барлық жағдайда жару ықтималдығын арттырады. P1 позициясындағы фенилаланин, лейцин және метионин, ал P1' позициясындағы фенилаланин, триптофан және тирозин ең жоғары жару ықтималдығын қамтамасыз етеді. Пепсин асқазан рефлюксінен кейін көмейде (pH 6,8) қалады. Қышқыл емес жағдайларда (бейтарап pH), пепсин жоғарғы тыныс жолдарының жасушалары, мысалы, көмей және жұтқыншақ жасушаларымен рецепторлық эндоцитоз арқылы ішке сіңіріледі. Пепсиннің эндоцитозға қатысатын рецепторы әзірге белгісіз. Жасушаға сіңгеннен кейін пепсин төмен pH-тағы ішкі жасушалық көпіршіктерде сақталады, онда оның ферменттік активтілігі қайта жанданады. Пепсин жасуша ішінде 24 сағатқа дейін сақталады. Мұндай бейтарап pH-та пепсинге ұшырау және пепсиннің эндоцитозы қабынумен байланысты ген экспрессиясының өзгеруіне алып келеді, бұл рефлюкс симптомдарының және ісік прогрессиясының себебі болып табылады. Осы және басқа зерттеулер пепсинді асқазан рефлюксіне байланысты канцерогенез процесіне қатыстырады. Тыныс жолдарының үлгілеріндегі пепсин ларингофарингеальды рефлюкс диагностикасы үшін сезімтал және ерекше маркер болып саналады. Асқазан рефлюксін емдеу және диагностикалау үшін жаңа пепсинге бағытталған құралдарды әзірлеу бойынша зерттеулер жалғасуда. Қазіргі уақытта сілекей үлгілерінде пепсиннің болуын анықтайтын Peptest деп аталатын жылдам, инвазивті емес диагностикалық тест қолжетімді.

Ингибиторлар

Пепсин жоғары pH (қараңыз: белсенділігі және тұрақтылығы) немесе ингибиторлық қосылыстармен тежелуі мүмкін. Пепстатин – төмен молекулалық салмағы бар қосылыс және қышқыл протеазаларға қатысты күшті ингибитор, пепсин үшін ингибиторлық диссоциация тұрақтысы (Ki) шамамен 10−10 М құрайды. Пепстатиннің статил қалдығы пепстатиннің пепсинді тежеуіне жауапты деп есептеледі; статин пепсин және басқа қышқыл протеазалардың катализіндегі өтпелі күйдің потенциалды аналогы болып табылады. Пепстатин пепсинмен ковалентті байланыспайды, сондықтан пепстатинмен пепсинді тежеу кері қайтымды. 1 bis(диазоацетил) 2 фенилэтан pH 5-те пепсинді кері қайтымды түрде белсенділігінен айырады, бұл реакция Cu(II) қатысуымен үдемелі. Шошқа пепсині ірі дөңгелек құрттың (Ascaris suum) өндіретін пепсин ингибиторы 3 (PI 3) арқылы тежеледі. PI 3 пепсиннің белсенді орынын N-терминалдық қалдықтарын пайдаланып иеленеді, соның нәтижесінде субстраттың байланысуы бұзылады. Пісіп жетілген PI 3 аминоқышқылдарының қалдықтары (Глн Фе Лев) пепсиннің P1'–P3' позицияларына байланысады. PI 3:пепсин кешеніндегі PI 3-тің N-ұшы сутегі байланыстары арқылы орналасады, олар сегіз спиральді β-парақты құрайды, онда үш спираль пепсинге, ал бесеуі PI 3-ке тиесілі. Асқазан жарасын және пепсинмен байланысты басқа да жағдайларды емдеу үшін қолданылатын сукральфат та пепсин активтілігін тежейді.

Қолданбалар

Коммерциялық пепсин шошқаның асқазанының без қабатынан алынады. Ол ірімшік өндірісі кезінде сүтті ұйыту үшін пайдаланылатын қағыштың құрамдас бөлігі болып табылады. Пепсин азық-түлік өндірісінде әртүрлі мақсаттарда қолданылады: соя ақуызы мен желатинді өзгертуге және оның қасиеттерін жақсартуға, сүт емес тағамдық өнімдерде қолдануға арналған өсімдік ақуыздарын өзгертуге, алдын ала пісірілген дәнді дақылдарды жылдам дайындалатын дақылдарға айналдыруға және тағамдар мен сусындардың дәмін жақсарту үшін жануарлар мен өсімдіктер ақуыздарының гидролизаттарын дайындауға. Ол былғары өнеркәсібінде терінің түктерін және қалдық тіндерін алып тастау үшін, сондай-ақ, күмісті ұстайтын желатин қабатын қорыту арқылы қолданылған фотопленкалардан күмісті қалпына келтіру үшін қолданылады. Пепсин тарихи түрде доктор Эдвин Э. Биманның «Бимен» жегуші талшығының құрамына кірген. Пепсин антиденелерден F(ab')2 фрагменттерін дайындауда жиі қолданылады. Кейбір зерттеулерде антигенге байланысатын (Fab) антидене бөлігін ғана қолдану тиімді. Мұндай жағдайларда антиденелерді ферменттік жолмен қорыту арқылы Fab немесе F(ab')2 фрагментін алуға болады. F(ab')2 фрагментін алу үшін IgG пепсинмен қорытылады, ол ауыр тізбектерді шаршы аймағының жанынан ажыратады. Антидененің екі Fab аймағы бірігіп, екі валентті молекула (екі антидене байланысу орны бар) құрайды, сондықтан бұл F(ab')2 деп аталады. Жеңіл тізбектер ауыр тізбекке жалғанып, өзгермейді. Fc фрагменті кішкентай пептидтерге ыдырайды. Fab фрагменттері пепсиннің орнына папаинмен IgG-ні бөлу арқылы алынады. Папаин IgG-ді ауыр тізбектерді байланыстыратын дисульфидтік байланыстар бар шаршы аймақтың үстінен, бірақ жеңіл тізбек пен ауыр тізбек арасындағы дисульфидтік байланыстың орнынан төмен ажыратады. Бұл екі жеке моновалентті (бір антидене байланысу орны бар) Fab фрагменті мен толық Fc фрагментін құрайды. Фрагменттерді гель сүзгісі, ион алмасу немесе аффиниттік хроматография арқылы тазартуға болады. Fab және F(ab')2 антидене фрагменттері Fc аймағының болуы қиындық туғызатын зерттеу жүйелерінде қолданылады. Лимфа түйіндері немесе селезен сияқты тіндерде немесе перифериялық қанда Fc рецепторлары бар жасушалар (макрофагтар, моноциттер, B лимфоциттері және табиғи өлтіруші жасушалар) болады, олар толық антидененің Fc аймағына байланысып, мақсатты антигені қамтымайтын аймақтарда жалған бояуға себеп болуы мүмкін. F(ab')2 немесе Fab фрагменттерін қолдану антидененің Fc рецепторларына емес, антигенге байланысуын қамтамасыз етеді. Бұл фрагменттер плазманың болуы кезінде жасуша препараттарын бояу үшін де пайдалы болуы мүмкін, өйткені олар жасушаларды лиздеуге қабілетті комплементке байланыса алмайды. F(ab')2 және одан да көп Fab фрагменттері мақсатты антигенді дәлірек анықтауға мүмкіндік береді, яғни электронды микроскопия үшін тінді бояуда. F(ab')2 фрагментінің екі валенттілігі оған антигендерді байланыстырып, тұндыру зерттеулеріне, беткі антигендер арқылы жасушалық агрегацияға немесе розетка тәрізді зерттеулерге қолдануға мүмкіндік береді.