Пипсин — пищеварительный фермент¶

Пипсин (пепсин) — протеолитический фермент класса гидролаз, вырабатываемый слизистой оболочкой желудка и обеспечивающий расщепление белков до пептидов. Относится к семейству аспартатных протеаз, для каталитической активности требует кислой среды. Является одним из ключевых компонентов желудочного сока у позвоночных животных и человека.

¶История изучения

Существование вещества, расщепляющего белки в желудке, предполагалось ещё в XVIII веке. В 1820-х годах французский физиолог Франсуа Мажанди показал, что желудочный сок растворяет мясо в пробирке, то есть действует независимо от живого организма. Термин «пепсин» (от греческого πέψις — «пищеварение») ввёл в 1836 году немецкий физиолог Теодор Шванн, он же начал выделять активное начало из слизистой желудка.

В 1929 году американский биохимик Джон Нортроп получил пепсин в кристаллическом виде и доказал, что это белок-фермент. За эту работу он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1946 году (совместно с Джеймсом Самнером и Уэнделлом Стэнли). Позднее была установлена первичная структура молекулы, а в 1990-х — детальный механизм катализа.

¶Химическая природа и свойства

Пепсин — глобулярный белок с молекулярной массой около 34 500 дальтон. Молекула состоит из одной полипептидной цепи, уложенной в две пространственно близкие области (домена), между которыми расположен активный центр. В состав активного центра входят два остатка аспарагиновой кислоты, что определяет принадлежность фермента к аспартатным протеазам.

Основные характеристики:

• Оптимум pH — около 1,5–2,0; при pH выше 5 фермент денатурирует и теряет активность необратимо.
• Изоэлектрическая точка — около pH 1, что делает пепсин устойчивым в сильнокислой среде.
• Специфичность — гидролизует пептидные связи, образованные ароматическими аминокислотами (фенилаланином, тирозином, триптофаном), а также лейцином.
• Устойчивость — выдерживает нагревание до 60 °C в кислой среде, но разрушается в щелочной.

Помимо собственно пепсина, желудочный сок содержит несколько родственных протеаз — гастриксин, пепсин B и другие, близкие по строению и функциям.

¶Синтез и активация

Пепсин вырабатывается главными клетками (обкладочными) желёз желудка в виде неактивного предшественника — пепсиногена. Синтез происходит на мембранах шероховатого эндоплазматического ретикулума, затем белок проходит через аппарат Гольджи и накапливается в зимогеновых гранулах.

Активация пепсиногена происходит в просвете желудка под действием соляной кислоты, которую секретируют париетальные клетки. При снижении pH ниже 5 молекула пепсиногена претерпевает конформационные изменения, от неё отщепляется N-концевой фрагмент (около 44 аминокислотных остатков), и образуется активный пепсин. Этот процесс называется аутокаталитическим: образовавшийся пепсин сам ускоряет превращение новых молекул пепсиногена.

¶Биологическая роль

Пепсин запускает переваривание белков в желудке. Он расщепляет крупные белковые молекулы на более короткие полипептиды, которые затем поступают в двенадцатиперстную кишку, где продолжают перевариваться ферментами поджелудочной железы (трипсином, химотрипсином) и кишечными пептидазами.

Помимо пищеварительной функции, пепсин участвует в обеззараживании пищи, поскольку кислая среда желудка и частичный протеолиз губительны для многих микроорганизмов. У некоторых животных (например, у жвачных) роль пепсина в переваривании частично перекрывается действием микрофлоры рубца.

¶Применение

Пепсин используется в медицине как лекарственное средство при недостаточной секреторной функции желудка (гипоацидный гастрит, ахилия). Его назначают в составе комбинированных препаратов, часто вместе с соляной кислотой, поскольку фермент активен только в кислой среде.

В пищевой промышленности пепсин применяют:

• при производстве сыров — для створаживания молока (вместе с химозином);
• при получении белковых гидролизатов;
• в производстве желатина и в переработке рыбного сырья.

В лабораторной практике пепсин используют для расщепления белков при подготовке образцов к анализу, а также в исследованиях структуры белков.

¶Клиническое значение

Нарушения секреции пепсина связаны с заболеваниями желудка. Повышенная выработка фермента и соляной кислоты способствует развитию язвенной болезни и гастроэзофагеального рефлюкса, при котором пепсин забрасывается в пищевод и повреждает его слизистую. Пониженная секреция наблюдается при атрофическом гастрите и приводит к нарушению переваривания белков.

Определение уровня пепсина и пепсиногена в крови и моче применяется в диагностике как маркер состояния слизистой желудка. Отдельные изоформы пепсиногена рассматриваются как потенциальные биомаркеры при онкологических заболеваниях желудка.

¶Ингибиторы

Активность пепсина подавляется рядом веществ. К ним относятся:

• антациды — нейтрализуют соляную кислоту, повышая pH и тем самым инактивируя фермент;
• ингибиторы протонной помпы — снижают секрецию кислоты, косвенно уменьшая активацию пепсиногена;
• блокаторы H2-рецепторов — уменьшают выработку соляной кислоты;
• пепстатин — специфический ингибитор, вырабатываемый некоторыми микроорганизмами и используемый в исследованиях.

Изучение ингибиторов пепсина имеет прикладное значение для терапии кислотозависимых заболеваний.