Пепсин: пищеварительный фермент желудка¶

Пепсин — протеолитический фермент (протеаза) класса гидролаз, относящийся к семейству аспартатных протеаз. Он вырабатывается в желудке позвоночных животных и человека и служит основным компонентом желудочного сока, обеспечивающим расщепление белков до более простых пептидов. Пепсин синтезируется в неактивной форме — пепсиногене, который активируется под действием соляной кислоты. Фермент действует в кислой среде и является одним из ключевых звеньев пищеварения.

¶История изучения

Первые систематические исследования желудочного пищеварения относятся к XVIII–XIX векам. В 1820-х годах американский врач Уильям Бомонт изучал работу желудка на примере пациента с незаживающей фистулой, что позволило наблюдать переваривание пищи непосредственно. В 1836 году немецкий физиолог Теодор Шванн выделил из стенок желудка вещество, ответственное за расщепление белков, и предложил для него термин «пепсин» (от греческого pepsis — «пищеварение»). Позднее, в 1930-х годах, американский биохимик Джон Нортроп получил пепсин в кристаллическом виде и установил, что он является белком-ферментом; за эту работу он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1946 году.

¶Синтез и активация

Главные клетки слизистой оболочки желудка синтезируют неактивный предшественник — пепсиноген. Молекула пепсиногена крупнее активного фермента: при переходе в пепсин от неё отщепляется фрагмент из нескольких десятков аминокислотных остатков, который блокировал активный центр. Такой механизм защищает клетки, где синтезируется фермент, от самопереваривания.

Активация происходит в просвете желудка двумя путями:

• под действием соляной кислоты желудочного сока, которая изменяет конформацию молекулы;
• автокаталитически — уже образовавшийся пепсин активирует новые порции пепсиногена.

Поскольку фермент работает только в кислой среде, оба процесса тесно связаны с секрецией соляной кислоты обкладочными клетками.

¶Свойства

Пепсин относится к аспартатным протеазам: в его активном центре находятся два остатка аспарагиновой кислоты, участвующие в гидролизе пептидных связей. Характеристики фермента:

Пепсин гидролизует белки до пептидов, но не расщепляет их полностью до отдельных аминокислот. Дальнейшее переваривание продолжается в тонком кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы (трипсина, химотрипсина) и кишечных пептидаз.

¶Роль в пищеварении

Основная функция пепсина — начальный этап расщепления белков пищи. Благодаря ему крупные белковые молекулы распадаются на более короткие фрагменты, доступные для последующего действия других ферментов. Помимо этого, кислая среда желудка и пепсин участвуют в обезвреживании части микроорганизмов, попавших с пищей.

У человека желудочный сок содержит несколько изоформ пепсина (пепсин A, гастриксин и другие), различающихся по оптимуму pH и субстратной специфичности. У жвачных животных, например у телят, в сычуге вырабатывается близкий фермент — химозин (реннин), который створаживает молоко.

¶Применение

Пепсин находит практическое применение в нескольких областях:

• Медицина. Препараты пепсина используются при нарушениях секреторной функции желудка, при ахилии и некоторых формах гастрита, а также в составе комбинированных средств, замещающих желудочный сок.
• Пищевая промышленность. Фермент применяется при производстве сыров (для створаживания молока), а также в переработке белкового сырья.
• Лабораторная практика. Пепсин используют в биохимических исследованиях для ограниченного протеолиза белков, а также при выделении и анализе пептидов.
• Кожевенное производство. В прошлом фермент применяли для обработки кож.

¶Медицинское значение

Нарушения выработки пепсина и соляной кислоты связаны с рядом заболеваний желудочно-кишечного тракта. Пониженная кислотность (гипо- и ахлоргидрия) снижает активность фермента и затрудняет переваривание белков. Повышенная секреция, напротив, создаёт условия для повреждения слизистой оболочки и развития гастрита и язвенной болезни. Для оценки функции желудка проводят исследование желудочного сока, включая определение кислотности и активности протеаз.

Пепсин обнаруживается и вне желудка — например, в крови и моче, куда он попадает в небольших количествах. Это используется в диагностике: повышение уровня пепсиногена в крови может рассматриваться как один из маркеров некоторых заболеваний желудка.

¶Интересные факты

• Пепсин был одним из первых ферментов, для которых была установлена белковая природа.
• Оптимум pH пепсина (около 2) — один из самых низких среди известных ферментов человека.
• Фермент способен сохранять активность в течение длительного времени в кислой среде, но быстро и необратимо инактивируется при защелачивании.
• Название фермента дало начало термину «пепсин» в ряде языков и связано с общим корнем, обозначающим пищеварение.