เปปซิน
เปปซินในเชิงซ้อนกับเปปสแตติน[ 1 ]
ตัวระบุ
หมายเลข EC	3.4.23.1
หมายเลข CAS	9001-75-6
ฐานข้อมูล
อินท์เอ็นซ์	มุมมองของ IntEnz
เบรนด้า	เบรนด้าเข้าร่วม
เอ็กซ์แพซี่	มุมมองของ NiceZyme
เคกก์	รายการ KEGG
เมตาไซค์	วิถีการเผาผลาญ
ไพรแอม	ประวัติโดยย่อ
โครงสร้างPDB	RCSB PDB PDBe PDBsum
ออนโทโลยีของยีน	อามิโก้ / ควิกโก้
ค้นหา พีเอ็มซี บทความ พับเมด บทความ เอ็นซีบีไอ โปรตีน

เปปซิน/ ˈ p ɛ p s ɪ n /เป็นเอนโดเปปติเดสที่ย่อยสลายโปรตีน ให้เป็น เปปไทด์และกรดอะมิโนขนาดเล็กเป็นหนึ่งในเอนไซม์ย่อยอาหาร หลัก ในระบบย่อยอาหารของมนุษย์และสัตว์อื่นๆ อีกมากมาย โดยช่วยย่อยโปรตีนในอาหารเปปซินเป็นแอสปาร์ติกโปรตีเอสโดยใช้แอสปาร์เทตที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในบริเวณออกฤทธิ์^{[ 2 ]}

เปปซินเป็นหนึ่งในสามเอนโดเปปติเดสหลัก (เอนไซม์ที่ตัดโปรตีนตรงกลาง) ในระบบย่อยอาหารของมนุษย์อีกสองชนิดคือไคโมทริปซินและทริปซิน นอกจากนี้ ยังมี เอ็กโซเปปติเดส ซึ่งกำจัดกรดอะมิโนแต่ละตัวที่ปลายทั้งสองข้างของโปรตีน ( คาร์บอกซีเปปติเดสที่ผลิตโดยตับอ่อนและ อะมิโนเปปติเดส ที่หลั่งโดยลำไส้เล็ก) ในระหว่างกระบวนการย่อยอาหาร เอนไซม์เหล่านี้แต่ละชนิดมีความเชี่ยวชาญในการตัดพันธะระหว่างกรดอะมิโน ชนิดต่างๆ ทำงานร่วมกันเพื่อย่อยโปรตีนในอาหารให้เป็นส่วนประกอบต่างๆ เช่น เปปไทด์และกรดอะมิโน ซึ่งลำไส้เล็กสามารถดูดซึม ได้ง่าย ความจำเพาะในการตัดของเปปซินนั้นกว้าง แต่กรดอะมิโน บางชนิด เช่นไทโรซีน ฟี นิลอะลานีนและทริปโตเฟนจะเพิ่มโอกาสในการตัด^{[ 3 ]}

ไซโมเจน (โปรเอนไซม์) ของเปปซินคือ เปปซินโนเจน ซึ่งถูกปล่อยออกมาจากเซลล์หลักของกระเพาะอาหารในผนังกระเพาะอาหาร และเมื่อผสมกับกรดไฮโดรคลอริกของน้ำย่อยในกระเพาะอาหารเปปซินโนเจนจะถูกกระตุ้นให้กลายเป็นเปปซิน^{[ 2 ]}

เปปซินเป็นหนึ่งในเอนไซม์กลุ่มแรกที่ถูกค้นพบโดยธีโอดอร์ ชวานน์ในปี ค.ศ. 1836 ชวานน์ตั้งชื่อมันจากคำภาษากรีกว่า πέψις pepsisซึ่งหมายถึง " การย่อย " (จากπέπτειν peptein "ย่อย") ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}สารที่เป็นกรดซึ่งสามารถเปลี่ยนอาหารที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบให้เป็นสารที่ละลายน้ำได้ถูกกำหนดให้เป็นเปปซิน^{[ 8 ]}

ในปี พ.ศ. 2461 เอนไซม์ชนิดนี้กลายเป็นหนึ่งในเอนไซม์แรกๆ ที่ถูกทำให้ตกผลึกเมื่อจอห์น เอช. นอร์ธรอปทำให้เอนไซม์ตกผลึกโดยใช้การฟอกไต การกรอง และการทำให้เย็น^{[ 9 ]}

เปปซินถูกสร้างขึ้นในรูปของไซโมเจนที่เรียกว่าเปปซิโน เจน ซึ่ง โครงสร้างหลักของมันมีกรดอะมิโน เพิ่มขึ้นอีก 44 ตัว เมื่อเทียบกับเอนไซม์ที่ออกฤทธิ์แล้ว

ในกระเพาะอาหาร เซลล์หลักของกระเพาะอาหารจะปล่อยเปปซินโนเจนออกมา สารตั้งต้นนี้จะถูกกระตุ้นด้วยกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ซึ่งถูกปล่อยออกมาจากเซลล์พาไรเอทัลในเยื่อบุผนังกระเพาะอาหาร ฮอร์โมนแกสตรินและเส้นประสาทเวกัสจะกระตุ้นการปล่อยทั้งเปปซินโนเจนและ HCl จากเยื่อบุผนังกระเพาะอาหารเมื่อรับประทานอาหาร กรดไฮโดรคลอริกสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ซึ่งทำให้เปปซินโนเจนคลายตัวและแยกตัวเองออกใน ลักษณะ เร่งปฏิกิริยา ด้วยตนเอง ทำให้เกิดเปปซิน (รูปแบบที่ออกฤทธิ์) เปปซินจะแยกกรดอะมิโน 44 ตัวออกจากเปปซินโนเจนเพื่อสร้างเปปซินเพิ่มขึ้น

เปปซินโนเจนส่วนใหญ่จัดกลุ่มเป็น 5 กลุ่มที่แตกต่างกันตามโครงสร้างหลัก ได้แก่ เปปซินโนเจน A (เรียกอีกอย่างว่าเปปซินโนเจน I), เปปซินโนเจน B, โปรแกสทริซิน (เรียกอีกอย่างว่าเปปซินโนเจน II และเปปซินโนเจน C), โปรคีโมซิน (เรียกอีกอย่างว่าโปรเรนนิน) และเปปซินโนเจน F (เรียกอีกอย่างว่าไกลโคโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการตั้งครรภ์) ^{[ 10 ]}

เปปซินจะทำงานได้ดีที่สุดในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดที่มีค่า pH ระหว่าง 1.5 ถึง 2.5 ^{[ 11 ] [ 12 ]}ดังนั้น สถานที่หลักในการสังเคราะห์และการทำงานของเปปซินจึงอยู่ในกระเพาะอาหาร ( pH 1.5 ถึง 2) ในมนุษย์ ความเข้มข้นของเปปซินในกระเพาะอาหารจะอยู่ที่ 0.5 – 1 มก./มล. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

เปปซินไม่ทำงานที่ pH 6.5 ขึ้นไป อย่างไรก็ตาม เปปซินจะไม่ถูกทำลายอย่างสมบูรณ์หรือไม่ทำงานอย่างถาวรจนกว่าจะถึง pH 8.0 ^{[ 11 ] [ 15 ]}ดังนั้น เปปซินในสารละลายที่มี pH สูงถึง 8.0 สามารถกลับมาทำงานได้อีกครั้งเมื่อเติมกรดเข้าไป ความเสถียรของเปปซินที่ pH สูงมีนัยสำคัญต่อโรคที่เกิดจากการไหลย้อนของกรดในกล่องเสียงและคอหอย เปปซินยังคงอยู่ในกล่องเสียงหลังจากเกิดการไหลย้อนของกรดจากกระเพาะอาหาร^{[ 16 ] [ 17 ]}ที่ pH เฉลี่ยของกล่องเสียงและคอหอย (pH = 6.8) เปปซินจะไม่ทำงาน แต่สามารถกลับมาทำงานได้อีกครั้งเมื่อเกิดการไหลย้อนของกรดในครั้งต่อไป ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อในบริเวณนั้น

เปปซินแสดงความจำเพาะในการตัดที่กว้าง เปปซินจะย่อยพันธะอะไมด์ที่รับประทานเข้าไปได้ถึง 20% ^{[ 18 ]}สารตกค้างในตำแหน่ง P1 และ P1' ^{[ 19 ]}มีความสำคัญที่สุดในการกำหนดความน่าจะเป็นของการตัด โดยทั่วไป กรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำในตำแหน่ง P1 และ P1' จะเพิ่มความน่าจะเป็นของการตัดฟีนิลอะลานีนลิวซีนและเมไทโอนีนในตำแหน่ง P1 และฟีนิลอะลานีนทริปโตเฟนและไทโรซีนในตำแหน่ง P1' ส่งผลให้มีความน่าจะเป็นของการตัดสูงสุด^{[ 3 ] [ 18 ] : 675} การตัดจะไม่เกิดขึ้นกับ กรดอะมิโน ที่มีประจุบวกฮิสติดีนไลซีนและอาร์จินีนในตำแหน่ง P1 ^{[ 3 ]}

เปปซินเป็นสาเหตุหลักประการหนึ่งของการทำลายเยื่อบุผิวระหว่างการไหลย้อนของกรดในกล่องเสียงและคอหอย^{[ 20 ] [ 21 ]}เปปซินยังคงอยู่ในกล่องเสียง (pH 6.8) หลังจากการไหลย้อนของกรดจากกระเพาะอาหาร^{[ 16 ] [ 17 ]}แม้ว่าจะไม่ทำงานทางเอนไซม์ในสภาพแวดล้อมนี้ แต่เปปซินจะยังคงเสถียรและสามารถกลับมาทำงานได้อีกครั้งเมื่อเกิดการไหลย้อนของกรดในครั้งต่อไป^{[ 15 ]}การสัมผัสของเยื่อบุกล่องเสียงกับเปปซินที่ทำงานทางเอนไซม์ แต่ไม่ใช่เปปซินที่ไม่ทำงานอย่างถาวรหรือกรด ส่งผลให้การแสดงออกของโปรตีนป้องกันลดลง และทำให้กล่องเสียงมีความเสี่ยงต่อความเสียหายมากขึ้น^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

เปปซินอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อเยื่อบุในระหว่างการไหลย้อนของกรดในกระเพาะอาหารที่เป็นกรดอ่อนหรือไม่เป็นกรด การไหลย้อนของกรดอ่อนหรือไม่เป็นกรดมีความสัมพันธ์กับอาการไหลย้อนและการบาดเจ็บของเยื่อบุ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}ภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นกรด (pH เป็นกลาง) เปปซินจะถูกดูดซึมเข้าสู่เซลล์ของทางเดินหายใจส่วนบน เช่น กล่องเสียงและคอหอยส่วนล่าง โดยกระบวนการที่เรียกว่าการดูดซึมเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ^{[ 26 ]} ปัจจุบันยังไม่ทราบตัวรับที่เป ปซินถูกดูดซึมเข้าสู่เซลล์ เมื่อเซลล์ดูดซึมเปปซินเข้าไปแล้ว เปปซินจะถูกเก็บไว้ในถุงภายในเซลล์ที่มี pH ต่ำ ซึ่งกิจกรรมของเอนไซม์จะได้รับการฟื้นฟู เปปซินจะถูกกักเก็บไว้ภายในเซลล์ได้นานถึง 24 ชั่วโมง^{[ 27 ]}การสัมผัสกับเปปซินที่ค่า pH เป็นกลางและเอนโดไซโตซิสของเปปซินทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบ ซึ่งเป็นสาเหตุของอาการและอาการของกรดไหลย้อน^{[ 28 ]}และการลุกลามของเนื้องอก^{[ 29 ]}งานวิจัยนี้และงานวิจัยอื่นๆ^{[ 30 ]}ชี้ให้เห็นว่าเปปซินมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเกิดมะเร็งที่เกิดจากกรดไหลย้อน

เปปซินในตัวอย่างทางเดินหายใจถือเป็นตัวบ่งชี้ที่มีความไวและความจำเพาะสำหรับการไหลย้อนของกรดในกล่องเสียงและคอหอย^{[ 31 ] [ 32 ]}การวิจัยเพื่อพัฒนาเครื่องมือบำบัดและวินิจฉัยโรคกรดไหลย้อนชนิดใหม่ที่มุ่งเป้าไปที่เปปซินกำลังดำเนินอยู่ ปัจจุบันมีเครื่องมือวินิจฉัยเปปซินแบบไม่รุกรานที่รวดเร็วที่เรียกว่า Peptest ซึ่งสามารถตรวจหาเปปซินในตัวอย่างน้ำลายได้^{[ 33 ]}

เปปซินอาจถูกยับยั้งโดยค่า pH สูง (ดูกิจกรรมและความเสถียร ) หรือโดยสารประกอบยับยั้งเปปสแตตินเป็นสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและเป็นสารยับยั้งที่มีฤทธิ์เฉพาะเจาะจงสำหรับโปรตีเอสที่เป็นกรด โดยมีค่าคงที่การแยกตัวยับยั้ง (Ki) ประมาณ 10 ⁻¹⁰ M สำหรับเปปซิน เชื่อกันว่าหมู่สแตทิลของเปปสแตตินเป็นสาเหตุของการยับยั้งเปปซิน โดยเปปสแตติน สแตตินเป็นอะนาล็อกที่มีศักยภาพของสถานะการเปลี่ยนผ่านสำหรับการเร่งปฏิกิริยาโดยเปปซินและโปรตีเอสที่เป็นกรดอื่นๆ เปปสแตตินไม่ได้จับกับเปปซินแบบพันธะโควาเลนต์ ดังนั้นการยับยั้งเปปซินโดยเปปสแตตินจึงสามารถย้อนกลับได้^{[ 34 ]} 1-bis(diazoacetyl)-2-phenylethane ยับยั้งเปปซินแบบย้อนกลับได้ที่ pH 5 ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เร่งขึ้นโดยการมีอยู่ของ Cu(II) ^{[ 35 ]}

เปปซินของหมูถูกยับยั้งโดยสารยับยั้งเปปซิน-3 (PI-3) ที่ผลิตโดยพยาธิไส้กลมขนาดใหญ่ของหมู ( Ascaris suum ) ^{[ 36 ]} PI-3 เข้าครอบครองตำแหน่งออกฤทธิ์ของเปปซินโดยใช้สารตกค้างที่ปลาย N และด้วยเหตุนี้จึงปิดกั้น การจับกับ สารตั้งต้นสารตกค้างกรดอะมิโน 1 - 3 (Gln-Phe-Leu) ของ PI-3 ที่เจริญเต็มที่แล้วจะจับกับตำแหน่ง P1' - P3' ของเปปซิน ปลาย N ของ PI-3 ในคอมเพล็กซ์ PI-3:เปปซินถูกจัดวางโดยพันธะไฮโดรเจนซึ่งก่อตัวเป็นแผ่นเบต้า แปดสาย โดยสามสายมาจากเปปซินและห้าสายมาจาก PI-3 ^{[ 36 ]}

ผลิตภัณฑ์จากการย่อยโปรตีนโดยเปปซินจะยับยั้งปฏิกิริยา^{[ 37 ] [ 38 ]}

ซูคราลเฟต ซึ่งเป็นยาที่ใช้รักษาแผลในกระเพาะอาหารและภาวะอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับเปปซิน ยังยับยั้งการทำงานของเปปซินด้วย^{[ 39 ]}

เปปซินเชิงพาณิชย์สกัดจากชั้นต่อมของกระเพาะหมู เป็นส่วนประกอบของเรนเน็ตที่ใช้ในการทำให้โปรตีนในนมจับตัวเป็นก้อนระหว่างการผลิตชีส เปปซินถูกนำไปใช้ในหลากหลายด้านในการผลิตอาหาร เช่น การปรับปรุงและเพิ่มคุณสมบัติในการตีให้โปรตีนถั่วเหลืองและเจลาติน^{[ 40 ]}การปรับปรุงโปรตีนจากพืชเพื่อใช้ในขนมขบเคี้ยวที่ไม่ใช่นม การเปลี่ยนซีเรียลที่ปรุงสุกแล้วให้เป็นซีเรียลร้อนสำเร็จรูป^{[ 41 ]}และการเตรียมไฮโดรไลเสตโปรตีนจากสัตว์และพืชเพื่อใช้ในการปรุงแต่งรสชาติอาหารและเครื่องดื่ม นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องหนังเพื่อกำจัดขนและเนื้อเยื่อที่เหลืออยู่จากหนังสัตว์ และในการกู้คืนเงินจากฟิล์มถ่ายภาพที่ทิ้งแล้วโดยการย่อยชั้นเจลาตินที่ยึดเงินไว้^{[ 42 ]}ในอดีต เปปซินเป็นสารเติมแต่งในหมากฝรั่งยี่ห้อ Beeman 's gumของ ดร. เอ็ดวิน อี. บีแมน

เปปซินมักใช้ในการเตรียมชิ้นส่วน F(ab')2จากแอนติบอดี ในการทดสอบบางอย่าง การใช้เฉพาะส่วนที่จับกับแอนติเจน (Fab) ของแอนติบอดี นั้นเหมาะสมกว่า สำหรับการใช้งานเหล่านี้ แอนติบอดีอาจถูกย่อยด้วยเอนไซม์เพื่อสร้างชิ้นส่วน Fab หรือ F(ab')2 ของแอนติบอดี ในการสร้างชิ้นส่วน F(ab')2 นั้น IgG จะถูกย่อยด้วยเปปซิน ซึ่งจะตัดโซ่หนักใกล้บริเวณบานพับ^{[ 43 ]}พันธะไดซัลไฟด์หนึ่งหรือมากกว่าที่เชื่อมโซ่หนักในบริเวณบานพับจะยังคงอยู่ ดังนั้นบริเวณ Fab ทั้งสองของแอนติบอดีจึงยังคงเชื่อมต่อกัน ทำให้ได้โมเลกุลสองวาเลนซ์ (มีตำแหน่งจับแอนติบอดีสองตำแหน่ง) ดังนั้นจึงเรียกว่า F(ab')2 โซ่เบายังคงอยู่ครบถ้วนและติดอยู่กับโซ่หนัก ชิ้นส่วน Fc จะถูกย่อยเป็นเปปไทด์ขนาดเล็ก ชิ้นส่วน Fab ถูกสร้างขึ้นโดยการตัด IgG ด้วยปาเปนแทนที่จะเป็นเปปซิน ปาเปนจะตัด IgG เหนือบริเวณบานพับที่มีพันธะไดซัลไฟด์ที่เชื่อมโซ่หนัก แต่ต่ำกว่าตำแหน่งของพันธะไดซัลไฟด์ระหว่างโซ่เบาและโซ่หนัก ทำให้เกิดชิ้นส่วน Fab แบบโมโนวาเลนต์สองชิ้นแยกกัน (มีตำแหน่งการจับแอนติบอดีเพียงตำแหน่งเดียว) และชิ้นส่วน Fc ที่สมบูรณ์ ชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้โดยการกรองด้วยเจล การแลกเปลี่ยนไอออน หรือโครมาโทกราฟีแบบแอฟฟินิตี^{[ 44 ]}

ชิ้นส่วนแอนติบอดี Fab และ F(ab')2 ถูกนำมาใช้ในระบบการทดสอบที่การมีอยู่ของบริเวณ Fc อาจก่อให้เกิดปัญหา ในเนื้อเยื่อ เช่น ต่อมน้ำเหลืองหรือม้าม หรือในตัวอย่างเลือดจากหลอดเลือดส่วนปลาย จะมีเซลล์ที่มีตัวรับ Fc (มาโครฟาจ โมโนไซต์ ลิมโฟไซต์บี และเซลล์นักฆ่าตามธรรมชาติ) ซึ่งสามารถจับกับบริเวณ Fc ของแอนติบอดีที่สมบูรณ์ ทำให้เกิดการย้อมสีพื้นหลังในบริเวณที่ไม่มีแอนติเจนเป้าหมาย การใช้ชิ้นส่วน F(ab')2 หรือ Fab ช่วยให้มั่นใจได้ว่าแอนติบอดีจับกับแอนติเจน ไม่ใช่ตัวรับ Fc ชิ้นส่วนเหล่านี้อาจเป็นที่ต้องการสำหรับการย้อมสีตัวอย่างเซลล์ในพลาสมา เนื่องจากไม่สามารถจับกับคอมพลีเมนต์ ซึ่งอาจทำให้เซลล์แตกได้ ชิ้นส่วน F(ab')2 และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Fab ช่วยให้ระบุตำแหน่งของแอนติเจนเป้าหมายได้แม่นยำยิ่งขึ้น เช่น ในการย้อมสีเนื้อเยื่อสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ความเป็นวาเลนซีคู่ของชิ้นส่วน F(ab')2 ช่วยให้สามารถเชื่อมโยงแอนติเจนได้ ทำให้สามารถใช้สำหรับการทดสอบการตกตะกอน การรวมกลุ่มของเซลล์ผ่านแอนติเจนบนพื้นผิว หรือการทดสอบโรเซ็ตติ้ง^{[ 45 ]}

ยีนทั้งสามต่อไปนี้เข้ารหัสเอนไซม์เปปซินโนเจนเอของมนุษย์ที่เหมือนกัน:

ยีนตัวที่สี่ของมนุษย์เข้ารหัสโปรตีนแกสทริซิน หรือที่รู้จักกันในชื่อเปปซินโนเจน ซี:

• ฐาน ข้อมูลออนไลน์ MEROPSสำหรับเอนไซม์เปปติเดสและสารยับยั้ง: Pepsin A A01.001 เก็บถาวรเมื่อ 2008-03-20 ที่Wayback Machine , Pepsin B A01.002 เก็บถาวรเมื่อ 2007-12-21 ที่Wayback Machine , Pepsin C (Gastricsin) A01.003 เก็บถาวรเมื่อ 2020-06-02 ที่Wayback Machine
• Pepsin+A ในฐานข้อมูล Medical Subject Headings (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• เปปซินโนเจน ในฐานข้อมูล Medical Subject Headings (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• Pepsinogen+A ใน หัวข้อทางการแพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• Pepsinogen+C ใน หัวข้อทางการแพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• หมากฝรั่งบีแมนส์
• เปปซิน: โมเลกุลประจำเดือนเก็บรักษาไว้เมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน 2015 ที่Wayback Machineโดย David Goodsell, RCSB Protein Data Bank
• ภาพรวมของข้อมูลโครงสร้างทั้งหมดที่มีอยู่ในPDBสำหรับUniProt : P20142 (Human Gastricsin) ที่PDBe- KB
• ภาพรวมของข้อมูลโครงสร้างทั้งหมดที่มีอยู่ในPDBสำหรับUniProt : P0DJD7 (Pepsin A-4) ที่PDBe- KB