Pepsin
Obsah boxu
Pepsin je jedním z hlavních trávicích enzymů v trávicí soustavě obratlovců, včetně člověka. Jedná se o endopeptidázu, která v kyselém prostředí žaludku zahajuje proces trávení bílkovin (tzv. proteolýza). Pepsin štěpí dlouhé polypeptidové řetězce bílkovin na menší fragmenty, které jsou následně dále zpracovávány v tenkém střevě.
Pepsin je produkován v neaktivní formě zvané pepsinogen hlavními buňkami žaludeční sliznice. K jeho aktivaci na funkční pepsin dochází působením kyseliny chlorovodíkové (HCl), která je rovněž produkována v žaludku a udržuje zde extrémně nízké pH. Tento mechanismus zabraňuje tomu, aby enzym trávil buňky, které ho produkují.
📜 Historie a objev
Pepsin byl jedním z prvních objevených enzymů. V roce 1836 ho německý fyziolog Theodor Schwann izoloval ze žaludeční šťávy a pojmenoval ho z řeckého slova pepsis, což znamená "trávení". Schwann prokázal, že se nejedná o kyselinu chlorovodíkovou samotnou, ale o jinou látku v žaludeční šťávě, která je zodpovědná za rozklad potravy. Tím položil základy pro pochopení enzymatické katalýzy.
V roce 1930 americký biochemik John Howard Northrop úspěšně izoloval a vykrystalizoval pepsin v čisté formě. Tímto experimentem definitivně dokázal, že enzymy jsou bílkoviny. Za svou práci na izolaci a krystalizaci enzymů, včetně pepsinu a trypsinu, obdržel v roce 1946 Nobelovu cenu za chemii.
🧬 Struktura a aktivace
Pepsin je relativně malý protein, tvořený jediným polypeptidovým řetězcem obsahujícím přibližně 326 aminokyselin. Patří do skupiny aspartátových proteáz, což znamená, že v jeho aktivním místě se nacházejí dvě klíčové asparagové kyseliny. Tyto zbytky jsou nezbytné pro katalytický mechanismus štěpení peptidové vazby.
🏛️ Zymogen a jeho aktivace
Aby se zabránilo samonatrávení buněk žaludeční sliznice, je pepsin syntetizován a vylučován jako neaktivní prekurzor – zymogen zvaný pepsinogen. Pepsinogen má na svém N-konci přídavný peptidový segment (cca 44 aminokyselin), který blokuje aktivní místo enzymu a brání mu v činnosti při neutrálním pH.
Aktivace probíhá v několika krocích v kyselém prostředí žaludku (pH < 5):
- Konformační změna: Nízké pH způsobené kyselinou chlorovodíkovou (HCl) změní prostorové uspořádání molekuly pepsinogenu.
- Autokatalytické štěpení: Tato změna odhalí aktivní místo, které následně samo odštěpí blokační peptidový segment. Tento proces, kdy molekula katalyzuje svou vlastní přeměnu, se nazývá autokatalýza.
- Vznik aktivního pepsinu: Po odštěpení blokačního segmentu vzniká plně aktivní molekula pepsinu.
Jednou aktivovaný pepsin může následně aktivovat další molekuly pepsinogenu, což vede k rychlé kaskádové reakci a masivní produkci aktivního enzymu v žaludku po přijetí potravy.
⚙️ Funkce a mechanismus účinku
Hlavní funkcí pepsinu je zahájení trávení bílkovin přijatých v potravě. Jako endopeptidáza štěpí peptidové vazby uvnitř proteinového řetězce, nikoli na jeho koncích.
🎯 Substrátová specificita
Pepsin není zcela specifický, ale přednostně štěpí peptidové vazby za hydrofobními, a zejména aromatickými aminokyselinami, jako jsou fenylalanin, tryptofan a tyrosin. Tímto štěpením rozkládá velké, komplexní proteiny na menší, rozpustnější fragmenty nazývané peptony a proteózy. Tyto fragmenty jsou následně transportovány do dvanáctníku, kde jejich trávení dokončují další proteázy, jako je trypsin a chymotrypsin, vylučované slinivkou břišní.
🌡️ Optimální podmínky
Pepsin je unikátní svou schopností fungovat v extrémně kyselém prostředí. Jeho optimální pH pro aktivitu se pohybuje mezi 1,5 a 2,5. Při pH vyšším než 5 se jeho struktura nevratně mění (denaturace) a ztrácí svou enzymatickou aktivitu. To je důvod, proč pepsin přestává fungovat, jakmile se trávenina (chymus) dostane z žaludku do zásaditějšího prostředí tenkého střeva. Optimální teplota pro jeho funkci je okolo 37 °C, což odpovídá teplotě lidského těla.
🩺 Klinický význam
Správná funkce pepsinu je klíčová pro efektivní trávení bílkovin. Poruchy v jeho produkci nebo regulaci mohou vést k různým zdravotním problémům.
- Peptický vřed: Pepsin, spolu s kyselinou chlorovodíkovou, je hlavním agresivním faktorem při vzniku žaludečních a dvanáctníkových vředů. Pokud je narušena ochranná hlenová vrstva (mukózní bariéra) žaludku nebo dvanáctníku (např. infekcí Helicobacter pylori nebo užíváním nesteroidních protizánětlivých léků), může pepsin začít trávit samotnou stěnu trávicího traktu, což vede ke vzniku vředu.
- Gastroezofageální reflux (GERD): Při refluxu se kyselý obsah žaludku, včetně pepsinu, vrací do jícnu. Sliznice jícnu není na takto agresivní prostředí adaptována, což vede k jejímu poškození, pálení žáhy a zánětu (ezofagitida).
- Laryngofaryngeální reflux (LPR): Jedná se o variantu refluxu, kdy se žaludeční šťávy dostávají až do oblasti hrtanu a hltanu. Přítomnost pepsinu v těchto tkáních může způsobovat chronický kašel, chrapot, pocit knedlíku v krku a další dýchací potíže. Pepsin může zůstat v těchto tkáních neaktivní a být reaktivován při dalším kyselém podnětu (např. konzumací kyselých potravin).
- Achlorhydrie: Stav, kdy žaludek neprodukuje dostatek kyseliny chlorovodíkové. To vede k nedostatečné aktivaci pepsinogenu na pepsin a následně k poruchám trávení bílkovin.
🧪 Využití
Kromě své biologické role má pepsin i komerční a laboratorní využití.
- Potravinářský průmysl: Historicky se používal při výrobě sýrů jako součást syřidla pro srážení mléka, ačkoli dnes je častěji nahrazován specifičtějším chymosinem. Dále se používá k modifikaci rostlinných proteinů (např. sójových) nebo k přípravě hydrolyzátů pro potravinové doplňky.
- Kožedělný průmysl: Používá se k odstraňování zbytků tkání a chlupů z kůží.
- Laboratorní výzkum: V imunologii se pepsin používá k štěpení protilátek (imunoglobulinů G) na specifické fragmenty, tzv. F(ab')₂ fragmenty, které si zachovávají schopnost vázat antigen, ale postrádají Fc region, což je užitečné v některých experimentálních postupech.
💡 Pro laiky (Jak pepsin funguje)
Představte si bílkovinu z jídla (například z masa nebo luštěnin) jako velmi dlouhý a složitě zamotaný náhrdelník z různých druhů korálků. Aby tělo mohlo tyto "korálky" (aminokyseliny) využít, musí nejprve náhrdelník rozstříhat na menší kousky.
- Žaludek jako dílna: Váš žaludek je jako specializovaná dílna, kde se tento proces zahajuje.
- Kyselina jako spínač: Když sníte jídlo, žaludek začne produkovat silnou kyselinu. Tato kyselina funguje jako hlavní spínač.
- Pepsinogen – složené nůžky: V žaludku jsou připraveny "nůžky" zvané pepsinogen. Jsou ale složené a zajištěné, aby nepoškodily stěny žaludku, když není co stříhat.
- Aktivace na pepsin: Kyselina v žaludku tento zámek na "nůžkách" odemkne a rozloží je. Tím se z neaktivního pepsinogenu stane aktivní pepsin – ostré a připravené nůžky.
- Stříhání náhrdelníku: Pepsin pak začne procházet zamotané náhrdelníky (bílkoviny) a stříhá je na specifických místech, obvykle u "korálků" určitého typu. Nestříhá je na jednotlivé korálky, ale na kratší, lépe ovladatelné řetízky.
Tyto kratší řetízky pak putují do tenkého střeva, kde už na ně čekají další, jemnější "nůžky" (jiné enzymy), které dílo dokončí a rozstříhají je na jednotlivé korálky, jež tělo může vstřebat a použít.