Пепсин как пищеварительный фермент¶

Пепсин — это пищеварительный фермент класса гидролаз (протеаз), который расщепляет белки в кислой среде желудка. Относится к группе аспартатных протеаз, то есть для своей каталитической активности использует остатки аспарагиновой кислоты в активном центре. Пепсин вырабатывается клетками слизистой оболочки желудка в виде неактивного предшественника — пепсиногена, который превращается в активную форму при контакте с соляной кислотой. Фермент действует при значениях pH от 1,5 до 3,5 и играет ключевую роль в начальном этапе переваривания белковой пищи у человека и многих животных.

¶История изучения

Пепсин стал одним из первых ферментов, выделенных в относительно чистом виде. В 1836 году немецкий физиолог Теодор Шванн обнаружил в стенках желудка вещество, способное переваривать белки, и дал ему название «пепсин» (от греческого πέψις — «пищеварение»). В 1929 году американский биохимик Джон Нортроп получил кристаллический пепсин и доказал, что фермент имеет белковую природу; за эту работу он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1946 году. Исследования пепсина заложили основы современной энзимологии — науки о ферментах.

¶Химическая природа и строение

Пепсин представляет собой глобулярный белок с молекулярной массой около 34 500 дальтон. Молекула состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 327 аминокислотных остатков. В активном центре фермента расположены два остатка аспарагиновой кислоты, которые участвуют в разрыве пептидных связей. Оптимум каталитической активности пепсина лежит в сильнокислой среде, что отличает его от большинства других ферментов организма, работающих при нейтральном pH.

Пепсин преимущественно расщепляет пептидные связи, образованные ароматическими аминокислотами — фенилаланином, тирозином и триптофаном, а также лейцином. В результате действия фермента крупные белковые молекулы распадаются на более короткие пептиды, которые затем перевариваются другими протеазами в тонком кишечнике.

¶Образование и активация

Синтез пепсина происходит в главных клетках фундальных желёз желудка. Эти клетки вырабатывают неактивный пепсиноген, который накапливается в гранулах и выделяется в просвет желудка. Активация пепсиногена происходит двумя путями:

под действием соляной кислоты, выделяемой обкладочными клетками, — при снижении pH ниже 5 происходит отщепление фрагмента молекулы и формирование активного центра;
автокаталитически — уже образовавшийся пепсин ускоряет превращение новых молекул пепсиногена в активную форму.

Такой механизм защищает клетки желудка от самопереваривания, поскольку активный фермент образуется только в полости органа.

¶Виды пепсина

В желудочном соке человека присутствует не один, а несколько родственных ферментов. Основные из них:

пепсин А — главная форма, составляющая до 70 % общей протеолитической активности;
пепсин В (желатиназа) — расщепляет желатин;
пепсин С (гастриксин) — действует при более высоких значениях pH, ближе к 3,5;
пепсин D — обнаруживается в небольших количествах.

Соотношение этих форм может меняться в зависимости от индивидуальных особенностей и состояния организма.

¶Функции в пищеварении

Основная функция пепсина — начальное расщепление белков пищи до пептидов. Благодаря работе фермента белки, поступившие с едой, теряют свою структуру и становятся доступными для дальнейшего переваривания. Пепсин также участвует в обезвреживании некоторых микроорганизмов, попадающих в желудок, и способствует усвоению витамина B12, хотя последний процесс в большей степени связан с соляной кислотой и внутренним фактором Касла.

Помимо желудка, небольшое количество пепсина обнаруживается в крови и моче, что используется в диагностике.

¶Применение

Пепсин нашёл применение в нескольких областях:

Медицина. Препараты на основе пепсина используются при нарушениях пищеварения, сопровождающихся пониженной кислотностью желудочного сока (гипоацидный гастрит). Они выпускаются в сочетании с соляной кислотой.
Пищевая промышленность. Фермент применяется при производстве сыров для створаживания молока, а также в хлебопечении и при обработке желатина.
Лабораторная практика. Пепсин используется в биохимических исследованиях для расщепления белков при подготовке образцов.

¶Значение и нарушения

Нарушения выработки пепсина и пепсиногена могут приводить к расстройствам пищеварения. При атрофическом гастрите, когда снижается количество главных клеток, продукция пепсиногена падает, что затрудняет переваривание белков. Повышенная активность пепсина в сочетании с соляной кислотой способствует развитию язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, а также гастроэзофагеального рефлюкса, при котором содержимое желудка забрасывается в пищевод и повреждает его слизистую.

Определение уровня пепсиногена в крови применяется как диагностический маркер состояния слизистой оболочки желудка и используется в гастроэнтерологии для оценки риска атрофических изменений.

¶Интересные факты

Пепсин — один из немногих ферментов человека, работающих в сильнокислой среде; его активность сохраняется даже при pH около 2.
Желудочный сок способен переварить небольшой кусок мяса, но стенки желудка защищены слоем слизи, который обновляется каждые несколько дней.
Пепсин был вторым ферментом (после уреазы), полученным в кристаллическом виде, что сыграло важную роль в доказательстве белковой природы ферментов.

Источники: учебники по биохимии, физиологии человека, материалы по энзимологии, научные публикации о пищеварительных ферментах.