Pepsin
Pepsin adalah enzim yang memecah protein menjadi peptida yang lebih kecil (pepsin merupakan salah satu protease). Enzim ini diproduksi di lambung dan merupakan salah satu enzim pencernaan utama dalam sistem pencernaan manusia dan banyak hewan lainnya yang membantu mencerna protein dalam makanan. Pepsin memiliki struktur tiga dimensi, satu atau lebih rantai polipeptida terpelintir dan terlipat, menyatukan sejumlah kecil asam amino untuk membentuk situs aktif, tempat substrat berikatan dan reaksi terjadi. Pepsin merupakan protease aspartat, menggunakan aspartat katalitik pada situs aktifnya.
Pepsin merupakan salah satu dari tiga protease utama dalam sistem pencernaan manusia, dua lainnya adalah kimotripsin dan tripsin. Selama proses pencernaan, enzim-enzim ini, yang masing-masing memiliki spesialisasi dalam memutuskan ikatan antara jenis asam amino tertentu, berkolaborasi untuk memecah protein makanan menjadi komponennya, yaitu peptida dan asam amino, yang dapat segera diserap oleh usus halus. Pepsin paling efisien dalam memutus ikatan peptida antara asam amino hidrofobik, khususnya asam amino aromatik seperti fenilalanin, triptofan, dan tirosin.
Proenzim pepsin, pepsinogen, dilepaskan oleh sel utama pada dinding lambung, dan saat bercampur dengan asam klorida dari jus lambung, pepsinogen teraktifkan menjadi pepsin.
Pepsin adalah salah satu enzim pertama yang ditemukan. Enzim ini ditemukan pada tahun 1836 oleh Theodor Schwann. Schwann menciptakan namanya berasal dari kata Yunani , yang berarti "pencernaan" (dari "untuk mencerna"). Ilmuwan pada kisaran waktu tersebut mulai menemukan banyak senyawa biokimia yang berperan penting dalam proses biologis, dan pepsin adalah salah satunya. Zat asam yang mampu mengubah makanan berbasis nitrogen menjadi bahan yang larut dalam air dideterminasikan menjadi pepsin.
Pada tahun 1928, pepsin menjadi salah satu enzim pertama yang dikristalisasi ketika John H. Northrop mengkristalkannya dengan menggunakan dialisis, filtrasi, dan pendinginan.
Pepsin diekspresikan sebagai zimogen yang disebut pepsinogen dengan struktur primernya memiliki 44 asam amino tambahan.
Pada lambung, sel utama mengeluarkan pepsinogen. Zimogen ini diaktifkan oleh asam klorida (HCl) yang dilepaskan dari sel parietal pada lapisan lambung. Hormon gastrin dan saraf vagus memicu pelepasan pepsinogen dan HCl dari lapisan lambung saat makanan tertelan. Asam klorida menciptakan lingkungan asam, yang memungkinkan pepsinogen tersingkap dan memotong diri dengan cara otokatalitik sehingga menghasilkan pepsin (bentuk aktif). Pepsin memecah 44 asam amino dari pepsinogen untuk menciptakan lebih banyak pepsin.
Pepsin paling aktif berada di lingkungan asam dengan suhu antara 37 °C hingga 42 °C. Dengan demikian, situs sintesis primer dan aktivitasnya berada di dalam lambung (pH 1,5 sampai 2). Pepsin akan mencerna hingga 20% ikatan amida yang tertelan dengan memotong secara istimewa di sisi N-terminal asam amino aromatik seperti fenilalanin, triptofan, dan tirosin. Pepsin menunjukkan pemotongan istimewa untuk residu hidrofobik, terlebih aromatik, pada posisi P1 dan P1'. Peningkatan kerentanan terhadap hidrolisis terjadi jika terdapat asam amino yang mengandung sulfur berdekatan dengan ikatan peptida yang dimiliki asam amino aromatik. Pepsin menunjukkan aktivitas maksimum pada pH 2,0 dan tidak aktif pada pH lebih dari 6,5, tetapi pepsin tidak sepenuhnya terdenaturasi atau diinaktivasi secara ireversibel hingga pH 8,0. Oleh karena itu, pepsin dalam larutan berpH hingga 8,0 dapat diaktifkan kembali saat reasidifikasi. Stabilitas pepsin pada pH tinggi memiliki implikasi yang signifikan terhadap penyakit yang disebabkan oleh refluks laringofaring. Pepsin tetap berada di laring setelah kejadian refluks lambung. Pada pH rata-rata dari laringofaring (pH = 6,8) pepsin akan menjadi tidak aktif, tetapi dapat diaktifkan kembali pada kejadian refluks asam selanjutnya yang mengakibatkan kerusakan pada jaringan lokal.
Pepsin adalah salah satu penyebab utama kerusakan mukosa selama refluks laringofaring. Pepsin tetap berada di laring (pH 6,8) mengikuti kejadian refluks lambung. Sementara aktivitas enzimatik tidak aktif di lingkungan ini, pepsin akan tetap stabil dan dapat diaktifkan kembali pada kejadian refluks asam selanjutnya. Paparan mukosa laring dengan pepsin aktif secara enzimatik, tetapi pepsin atau asam tersebut tidak terinaktivasi ireversibel, berakibat pada berkurangnya ekspresi protein pelindung dan dengan demikian meningkatkan kerentanan laring terhadap kerusakan.
Pepsin juga dapat menyebabkan kerusakan mukosa selama refluks asam lambung lemah atau tak asam. Refluks lemah atau tak asam ini berkorelasi dengan gejala refluks dan kerusakan mukosa. Di bawah kondisi tak asam (pH netral), pepsin diserap oleh sel-sel saluran napas bagian atas seperti laring dan hipofaring oleh suatu proses yang dikenal sebagai endositosis yang dimediasi reseptor. Reseptor yang menyebabkan pepsin terendositosis saat ini belum diketahui. Pada penyerapan seluler, pepsin disimpan dalam vesikula intraselular dengan pH rendah yang menyebabkan aktivitas enzimatiknya akan pulih kembali. Pepsin dipertahankan di dalam sel hingga 24 jam. Paparan dengan pepsin pada pH netral dan endositosis pepsin menyebabkan perubahan pada ekspresi gen yang terkait dengan peradangan, yang mendasari tanda dan gejala refluks, dan progresi tumor. Penelitian ini dan lainnya melibatkan pepsin dalam karsinogenesis yang disebabkan oleh refluks lambung.
Pepsin dalam spesimen saluran napas dianggap sebagai penanda sensitif dan spesifik untuk refluks laringofaring. Penelitian yang mengembangkan alat terapi terapeutik dan diagnostik pepsin baru untuk refluks lambung sedang berlangsung. Diagnosis pepsin tak invasif cepat yang disebut Peptest sekarang tersedia untuk menentukan adanya pepsin dalam sampel air liur.
Pepsin sebaiknya disimpan pada temperatur sangat rendah (antara −80 °C hingga −20 °C) untuk mencegah autolisis (pencernaan sendiri).
Pepsin dapat dihambat oleh pH tinggi atau oleh senyawa inhibitor. Pepstatin adalah senyawa dengan berat molekul rendah dan inhibitor potensial yang spesifik untuk protease asam dengan Ki sekitar 10 M untuk pepsin. Residu statil pada pepstatin dianggap bertanggung jawab atas inhibisi pepstatin pada pepsin; statin merupakan analog potensial dari keadaan transisi untuk katalisis oleh pepsin dan protease asam lainnya. Pepstatin tidak secara kovalen mengikat pepsin sehingga penghambatan pepsin oleh pepstatin reversibel. 1-bis(diazoasetil)-2-feniletana secara reversibel menginaktivasi pepsin pada pH 5, suatu reaksi yang dipercepat dengan adanya Cu(II). Sukralfat juga menginhibisi pepsin.
Pepsin juga mengalami inhibisi umpan balik; produk pencernaan protein memperlambat reaksi dengan menghambat pepsin.
Pepsin komersial diekstraksi dari lapisan kelenjar lambung babi. Pepsin merupakan komponen renet yang digunakan untuk menggumpalkan susu selama pembuatan keju. Pepsin digunakan untuk berbagai aplikasi dalam pembuatan makanan, yaitu: untuk memodifikasi dan memberikan kualitas pembuihan pada protein kedelai dan gelatin, mengubah protein nabati yang digunakan dalam makanan ringan nonsusu, membuat sereal mentah menjadi sereal panas instan, dan menyiapkan protein hewani dan hidrolisat nabati untuk digunakan dalam penyedap makanan dan minuman. Pepsin digunakan dalam industri kulit untuk menghilangkan rambut dan jaringan sisa dari kulit dan dalam pemulihan perak dari film fotografi tak terpakai dengan mencerna lapisan gelatin yang mengandung perak. Pepsin secara historis merupakan zat aditif pada permen karet Beemans Gum oleh Dr. Edward E. Beeman.
Pepsin biasa digunakan dalam pembuatan fragmen F(ab') dari antibodi. Dalam beberapa pengujian, lebih baik hanya menggunakan bagian pengikatan antigen (Fab) dari antibodi. Untuk aplikasi ini, antibodi dapat dicerna secara enzimatik untuk menghasilkan fragmen antibodi baik Fab maupun F(ab'). Untuk menghasilkan fragmen F(ab'), IgG dicerna dengan pepsin, yang memotong rantai berat di dekat daerah engsel. Satu atau lebih ikatan disulfida yang bergabung dengan rantai berat di daerah engsel dipertahankan, sehingga kedua daerah Fab dari antibodi tetap bergabung bersama, menghasilkan molekul divalen (mengandung dua tempat pengikatan antibodi), sebagai penandaan F(ab'). Rantai ringan tetap utuh dan melekat pada rantai berat. Fragmen Fc dicerna menjadi peptida kecil. Fragmen Fab dihasilkan oleh pemotongan IgG dengan papain, bukan pepsin. Papain memotong IgG di atas daerah engsel yang mengandung ikatan disulfida yang bergabung dengan rantai berat, tetapi berada di bawah lokasi ikatan disulfida antara rantai ringan dengan rantai berat. Pemotongan ini menghasilkan dua fragmen Fab monovalen terpisah (mengandung satu tempat pengikatan antibodi tunggal) dan fragmen Fc utuh. Fragmen dapat dimurnikan dengan filtrasi gel, pertukaran ion, atau kromatografi afinitas.
Fragmen antibodi Fab dan F(ab') digunakan dalam sistem pengujian yang menimbulkan masalah jika terdapat wilayah Fc. Pada jaringan seperti kelenjar getah bening atau limpa, atau dalam preparat darah periferal, sel dengan reseptor Fc (makrofag, monosit, limfosit B, dan sel pembunuh alami) dapat mengikat wilayah Fc dari antibodi utuh, menyebabkan pewarnaan latar belakang pada daerah yang tidak mengandung antigen target. Penggunaan fragmen F(ab') atau Fab mampu memastikan antibodi tersebut mengikat antigen dan bukan reseptor Fc. Fragmen ini mungkin juga digunakan untuk pewarnaan preparat sel dengan adanya plasma karena mereka tidak mampu mengikat komplemen sehingga dapat melisiskan sel. Fragmen F(ab'), dan Fab pada tingkat yang lebih tinggi, memungkinkan lokalisasi antigen target yang tepat, yaitu pada pewarnaan jaringan untuk mikroskop elektron. Divalensi fragmen F(ab') memungkinkannya untuk menghubungkan antigen, penggunaan untuk pengujian presipitasi, agregasi seluler melalui antigen permukaan, atau pengujian roset.
Tiga gen berikut mengkodekan enzim pepsinogen A manusia yang identik:
Gen manusia keempat mengkodekan gastriksin yabg juga dikenal sebagai pepsinogen C: