PEPSINA HUMANA

Por Ana Rubio Blasco y Victoria Alexia Talabán Rocha

INTRODUCCIÓN

La pepsina es una proteína producida por las paredes del estómago. El ácido secretado por las células parietales, que se encuentran en las glándulas del estómago, hace que el pepsinógeno se active dando lugar a la pepsina.

Esta proteína tiene función peptidasa, es decir, descompone las proteínas dando lugar a péptidos más simples para facilitar la integración de los aminoácidos en los tejidos y obtener energía de ellos.

Esta proteína solo reacciona en un ambiente ácido (pH entre 1,5 y 2), por lo que es necesario la segregación de ácido clorhídrico por el estómago.

Estructura pepsina 1QRP unida a inhibidor, imagen basada en PDB.

ESTRUCTURA  

La pepsina es un péptido de cadena única con poco enrollamiento helicoidal. Se enrolla de tal manera que se forma una proteína con forma globular. Las uniones que mantienen los pliegues de esta proteína son muy similares a los del pepsinógeno del que provienen.  

Esta enzima se encuentra dividida en tres dominios: uno central y dos laterales. El dominio central se sitúa bajo el centro activo, actuando como apoyo mediante las 6 láminas beta antiparalelas de las que se compone; los residuos que lo forman son Val 1 – Leu 6, Asp 149 – Val 184 y Gln 308 – Ala 326.  En el lóbulo N-terminal encontramos residuos de Glu 7 – Gln 148, mientras que en el lóbulo C-terminal encontramos residuos Thr 185 – Arg 307. Ambos dominios laterales se componen de láminas beta dispuesta ortogonalmente, aunque se diferencian en las capas que aparecen, 3 en el N-terminal y 2 en el C-terminal. 

RESIDUOS 1QRP

En la siguiente imagen (imagen A) vemos los diferentes residuos citados anteriormente que forman la pepsina.
RESIDUOS PEPSINA HUMANA 1QRP IMAGEN OBTENIDA DE PDB (imagen A

DOMINIOS ESTRUCTURALES

En la siguiente imagen expuesta (imagen B), podemos observar los diferentes dominios estructurales que forman la proteína. Los dos dominios laterales son en los que encontramos las láminas beta de color rosa y verde. Y el dominio central, que se encuentra bajo el centro activo , es  en el que vemos las láminas beta coloreadas de naranja. 

DOMINIOS ESTRUCTURALES PEPSINA (imagen B) IMAGEN BASADA EN PDB 3UTL

La pepsina, al ser una peptidasa, pertenece al grupo de las proteasas, más específicamente a las proteasas aspárticas. Este grupo de proteínas presentan en su centro activo dos residuos de ácido aspártico (Asp 32 y Asp 215, en naranja en la imagen), de ahí proviene su nombre, que les ayuda en su función enzimática.

Pepsina humana en la que se destacan los residuos Asp 32 y Asp 215. Obtenida del PDB 3utl.

Los enlaces de hidrógeno pueden no ser la principal fuerza de estabilización de esta proteína, ya que se ha observado que concentraciones de urea de hasta cuatro molares apenas tienen efecto en la inactivación de la pepsina. 

Perlmann ha señalado que la pepsina contiene casi el doble del porcentaje habitual de aminoácidos hidrófobos con cadenas laterales, como ya hemos mencionado contiene valina, alanina y leucina. 

Los grupos ionizables de la pepsina consisten en treinta y seis carboxilos. 

MECANISMO DE REACCIÓN

La pepsina descompone las proteínas ingeridas en aminoácidos más simples, por tanto, funciona digiriendo los enlaces peptídicos. Ciertos estímulos como la acetilcolina, la gastrina y un bajo pH excitan las células parietales que se encuentran en las capas más profundas de las glándulas gástricas y estas producen pepsinógeno.  

La acetilcolina, neurotransmisor liberado por las terminales nerviosas parasimpáticas, también es responsable de la estimulación de las células parietales para producir y liberar ácido clorhídrico (HCl) a través de sus bombas de protones. 

El HCl, tiene gran importancia en este proceso ya que el bajo pH del estómago se debe a este ácido y hace que el pepsinógeno se descomponga en su forma activa, la pepsina. 

Otra hormona gastrointestinal de importancia en este proceso es la gastrina, secretada por las células G, que también interviene activando las células parietales para la formación de ácido clorhídrico. 

Una vez que el pepsinógeno se descompone y encontramos la pepsina en el estómago, esta comienza a actuar. Para su buen funcionamiento el pH del medio debe mantenerse entre 1,5 y 2. En este momento la pepsina se une a las cadenas polipeptídicas y comienza la ruptura de enlaces peptídicos liberando aminoácidos.  

Cuando la digestión avanza y la pepsina llega al duodeno esta pierde su forma activa al encontrarse en un pH por encima de 6. Esto no significa que acabe la digestión de proteínas, la digestión sigue en el intestino delgado a través de enzimas pancreáticas como tripsina, quimotripsina, elastasa y carboxipeptidasa. 

Es importante destacar que el ambiente del estómago necesario para el buen funcionamiento de las péptidas, y por tanto, la digestión de proteínas pone en peligro las mucosas de las paredes del estómago, que corren el riesgo de autodigestión. Es por esto, que existe un revestimiento de las mucosas por moléculas de bicarbonato. 

Imagen que señala las partes con importancia en el mecanismo de acción de la enzima. Autor: César Menor Salván.

APLICACIONES BIOMÉDICAS Y BIOTECNOLÓGICAS 

Una de las aplicaciones biomédicas de la pepsina que se ha hipotetizado es utilizar su presencia en la saliva como método de detección de reflujo gastroesofágico (GERF) y laringofaríngeo (LPR), debido a la necesidad de encontrar procedimientos no intrusivos de diagnóstico. 

Sin embargo, los niveles de pepsina salival, obtenidos mediante un test específico (Peptest), no han resultado estar correlacionados con el diagnóstico de LPR mediante impedanciometría intraluminal multicanal combinada con ph-metría. Tampoco tuvieron diferencias significantes en el caso de ser comparados entre un grupo que no padecía GERF y otro que sí. 

Otra de sus aplicaciones involucra su función peptidasa, ya que la pepsina es utilizada para hidrolizar quitosano o chitosan, un polisacárido natural que, para ser utilizado en medicina, farmacología o la industria alimenticia debe ser hidrolizado, facilitando su uso al disminuir su gran peso molecular. 

REFERENCIAS 

Akeson, W. R., & Stahmann, M. A. (1964). A pepsin pancreatin digest index of protein quality evaluation. The Journal of nutrition, 83(3), 257-261. 

Bajwa, S. A., Toro, F., & Kasi, A. (2020). Physiology, Esophagus. StatPearls [Internet]. 

Bernal, J. D., & Crowfoot, D. (1934). X-ray photographs of crystalline pepsin. Nature, 133(3369), 794-795. 

Bobin, F., Journe, F., & Lechien, J. R. (2020). Saliva pepsin level of laryngopharyngeal reflux patients is not correlated with reflux episodes. The Laryngoscope, 130(5), 1278-1281. 

Brown, J., & Shermetaro, C. (2021). Laryngopharyngeal reflux. StatPearls [Internet]. 

Fujinaga, M., Chernaia, M. M., Mosimann, S. C., James, M. N., & Tarasova, N. I. (1995). Crystal structure of human pepsin and its complex with pepstatin. Protein Science, 4(5), 960-972. 

Gohi, B. F. C. A., Zeng, H. Y., & Pan, A. D. (2016). Optimization and characterization of chitosan enzymolysis by pepsin. Bioengineering, 3(3), 17. 

Heda, R., & Tombazzi, C. R. (2018). Physiology, Pepsin. StatPearls [Internet]. 

Heda, R., Toro, F., & Tombazzi, C. R. (2019). Physiology, pepsin 

Herriott, R. M. (1962). Pepsinogen and pepsin. The Journal of general physiology, 45(4), 57-76. 

Ly, J., Almaguel, R., Delgado, E., Carón, M., & Cruz, E. (2010). Estudios de digestibilidad in vitro (pepsina/pancreatina) de raíces de yuca para alimentar cerdos». Revista Computadorizada de Producción Porcina Volumen, 17(4). 

Mamo, J., & Assefa, F. (2018). The role of microbial aspartic protease enzyme in food and beverage industries. Journal of Food Quality, 2018

Race, C., Chowdry, J., Russell, J. M., Corfe, B. M., & Riley, S. A. (2019). Studies of salivary pepsin in patients with gastro‐oesophageal reflux disease. Alimentary pharmacology & therapeutics, 49(9), 1173-1180. 

Rajagopalan, T. G., Moore, S., & Stein, W. H. (1966). Pepsin from pepsinogen: Preparation and properties. Journal of Biological Chemistry, 241(21), 4940-4950. 

Umezawa, H., AOYAGI, T., MORISHIMA, H., MATSUZAKI, M., HAMADA, M., & TAKEUCHI, T. (1970). Pepstatin, a new pepsin inhibitor produced by agtinomygetes. The Journal of antibiotics, 23(5), 259-262. 

https://europepmc.org/article/NBK/nbk537005

https://psicologiaymente.com/salud/pepsina