pepsinogenเป็น zymogen ของน้ำย่อยซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ย่อยสลายหลักรับผิดชอบในการดำเนินการย่อยโปรตีนในกระเพาะอาหารเลี้ยงลูกด้วยนม Zymogens หรือ proenzymes เป็นสารตั้งต้นของเอนไซม์ที่ไม่ใช้งานกล่าวคือไม่สามารถเร่งปฏิกิริยาที่เกิดจากรูปแบบที่ใช้งานอยู่ได้
การกระตุ้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างสามมิติของโปรตีนที่ก่อให้เกิดการก่อตัวของไซต์ที่ใช้งานได้ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในกรณีส่วนใหญ่เกิดขึ้นพร้อมกับการสลายโปรตีนของโปรตีนส่วนหนึ่ง
โครงสร้างสามมิติของเปปซินซึ่งเป็นรูปแบบของเพปซิโนเจนที่เร่งปฏิกิริยา โดย Jawahar Swaminathan และเจ้าหน้าที่ MSD ที่ European Bioinformatics Institute จาก Wikimedia Commons
ดังนั้นเพปซิโนเจนจึงต้องได้รับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเพื่อให้ได้มาซึ่งกิจกรรมของเปปทิเดสที่ต้องการและช่วยในการย่อยโปรตีนในกระเพาะอาหารหลังจากกินอาหารเข้าไป
โครงสร้าง
เปปซิโนเจนเป็นโปรตีนกรดอะมิโน 371 ชนิดที่อยู่ในตระกูลโปรตีนแอสพาร์ติกที่ยิ่งใหญ่โดยมีกรดแอสปาร์ติกตกค้างอยู่ในใจกลางที่ออกฤทธิ์
โครงสร้างควอเทอร์นารีของมันถูกกำหนดเป็นครั้งแรกสำหรับโปรตีนที่แสดงออกในสุกรโดยใช้เทคนิค X-ray crystallography ผลลัพธ์ที่ได้ก็คล้ายกับที่แสดงโดยโปรตีนเปปซินที่โตเต็มที่หรือออกฤทธิ์
ดังนั้นความแตกต่างเพียงอย่างเดียวที่พบคือการมีอยู่ในเปปซิโนเจนของกรดอะมิโน 44 ชนิดที่พับอยู่บนรอยแยกของบริเวณที่ใช้งานอยู่ ในตำแหน่งนี้จะขัดขวางการทำงานร่วมกันของโปรตีเอสนี้กับโปรตีนที่จะถูกย่อยสลาย
เปปไทด์ซึ่งจะถูกแยกออกเพื่อก่อให้เกิดเอนไซม์ที่ใช้งานอยู่ที่ปลายขั้วอะมิโนของโปรตีน
เนื่องจากมันทำหน้าที่เป็นเพียงปลั๊กเท่านั้นการที่เพปซิโนเจนไม่สามารถย่อยสลายโปรตีนได้ไม่ได้เกิดจากความผิดปกติของโครงสร้างของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ ในทางตรงกันข้ามมันยังคงมีโครงสร้างเดียวกันในทั้งสองรูปแบบของเอนไซม์
ในแง่นี้เป็นที่น่าสังเกตว่าโครงสร้างผลึกของเพปซิโนเจนเป็นแบบจำลองโดยประมาณของโครงสร้างของไซโมเจนอื่น ๆ ที่อยู่ในตระกูลโปรตีนแอสพาร์ติกขนาดใหญ่
คุณสมบัติ
ในช่วงเริ่มต้นของชีวิตเพปซิน (รูปแบบที่ใช้งานของเพปซิโนเจน) มีความสำคัญต่อการย่อยนม ต่อจากนั้นหน้าที่ของมันคือการย่อยโปรตีนในอาหารให้เป็นส่วนประกอบ (กรดอะมิโน) เพื่อให้ดูดซึมได้ง่าย
การสังเคราะห์และการหลั่ง
เปปซิโนเจนถูกสังเคราะห์โดยเซลล์หลักและเซลล์ของเยื่อบุกระเพาะอาหาร ต่อจากนั้นมันจะถูกเก็บไว้ในถุงหลั่งที่ยังคงอยู่ในไซโทพลาซึมของเซลล์เหล่านี้จนกว่าจะถึงเวลาที่จำเป็นต้องมีการปลดปล่อย
ดังนั้นการหลั่งไซโมเจนนี้จึงเป็นกระบวนการที่ถูกควบคุม การปลดปล่อยออกจากถุงซึ่งอาศัยอยู่ในไซโตซอลผ่านเอ็กโซไซโทซิสต้องอาศัยสิ่งกระตุ้นของฮอร์โมนและประสาท ระดับที่เพิ่มขึ้นของการหลั่งเอนไซม์ในกระเพาะอาหารและแกสทรินเช่นเดียวกับอะซิติลโคลีน, cholecystokinin, ปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนังและไนตริกออกไซด์จะกระตุ้นการสังเคราะห์และการหลั่ง
นอกจากนี้การทดลองที่ดำเนินการกับเซลล์ AtT20 ซึ่งเป็นสายเซลล์ที่ใช้กันทั่วไปในการศึกษาเส้นทางการหลั่งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นของแอมป์แบบวัฏจักรก็สามารถกระตุ้นการหลั่งดังกล่าวได้เช่นกัน
นอกเหนือจากการหลั่งในกระเพาะอาหารตามปกติแล้วยังตรวจพบเปปซิโนเจนในเลือดและปัสสาวะในปริมาณที่ค่อนข้างต่ำซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่า uropepsinogen
ต้นกำเนิดของ uropepsinogen เช่นเดียวกับบทบาทของมันสามารถเล่นได้ในทั้งสองสถานที่นั้นยังคงไม่เป็นที่แน่ชัด อย่างไรก็ตามการไม่พบในผู้ป่วยที่กระเพาะอาหารถูกเอาออกอย่างสมบูรณ์ดูเหมือนจะบ่งบอกว่าต้นกำเนิดของมันนั้นเป็นโรคกระเพาะเช่นกัน
ประเภท
จนถึงขณะนี้มีการอธิบายถึงเพปซิโนเจนหลัก 2 ประเภท ได้แก่ เปปซิโนเจน I และเพปซิโนเจน II ทั้งสองประเภทไม่แสดงความแตกต่างในการเร่งปฏิกิริยาและยังเปิดใช้งานโดยการย่อยสลายโปรตีนที่ขึ้นกับกรดไฮโดรคลอริก
Pepsinogen I ถูกสังเคราะห์และหลั่งออกมาทั้งจากเซลล์หลักและเซลล์ fundic ของเยื่อบุกระเพาะอาหาร ดังนั้นการหลั่งของมันจะลดลงในผู้ป่วยที่เป็นโรคกระเพาะอักเสบเรื้อรังซึ่งเป็นโรคกระเพาะอาหารที่มีลักษณะการหายไปทั้งหมดของต่อมในกระเพาะอาหาร
แตกต่างจากรุ่นหลัง pepsinogen II (PGII) ถูกสังเคราะห์โดยเซลล์ทั้งหมดที่เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อเมือกในกระเพาะอาหาร แต่เด่นกว่าโดยเยื่อเมือกในช่องท้องและเซลล์ที่ประกอบเป็นต่อมBrünnerที่มีอยู่ในลำไส้เล็กส่วนต้น .
ในผู้ป่วยที่เป็นโรคกระเพาะอักเสบเรื้อรังเพปซิโนเจนชนิดนี้จะชดเชยการหลั่งของเพปซิโนเจนที่ลดลง
การมีอยู่ของเพปซิโนเจนทั้งสองประเภทนี้ซึ่งมีความแตกต่างกันโดยการหลั่งออกมาโดยเซลล์ที่แตกต่างกันเท่านั้นอาจดูเหมือนซ้ำซ้อน อย่างไรก็ตามอาจเป็นการปรับตัวตามวิวัฒนาการเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสังเคราะห์เปปซินเมื่อจำเป็น
การเปิดใช้งาน
เปปซิโนเจนจะได้รับกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาเมื่อเปลี่ยนเป็นเปปซินซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการกำจัดกรดอะมิโน 44 ชนิดที่มีอยู่ในโพรงไซต์ที่ใช้งานอยู่
การทำงานที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับค่า pH ต่ำในช่วง 1.5 ถึง 2 ภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาค่าเหล่านี้จะคงอยู่โดยการหลั่งของกรดไฮโดรคลอริกในช่องภายในเซลล์
การย่อยกรดในระดับกระเพาะอาหารไม่ได้เกิดขึ้นในสัตว์ทุกชนิดตัวอย่างเช่นแมลงซึ่งขาดเพปซิโนเจน อย่างไรก็ตามสัตว์มีกระดูกสันหลังที่มีกระเพาะอาหารมีฤทธิ์ในกระเพาะอาหาร
เปปซิโนเจนซึ่งเก็บไว้ในถุงหลั่งของเซลล์หลักจะถูกปล่อยเข้าสู่ท่อกระเพาะเมื่อจำเป็น เมื่อไปถึงลูเมนของกระเพาะอาหารจะถูกเปลี่ยนเป็นเปปซินจากสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและถูกกระตุ้นโดยโมเลกุลของเพปซิโนเจนมากขึ้น
โดยการกระทำของเส้นใยประสาทภายในและการกระตุ้นช่องคลอดภายนอกการผลิตเพปซิโนเจนจะถูกกระตุ้นเช่นเดียวกับ HCl, แกสตรินและฮิสตามีน ในทางกลับกันฮีสตามีนและแกสทรินกระตุ้นให้เซลล์ข้างขม่อมหลั่ง HCl
น้ำย่อยก็เหมือนกับเอนโดเปปทิเดสทั้งหมดทำหน้าที่สร้างพันธะเฉพาะระหว่างกรดอะมิโนในโปรตีนเพื่อสร้างเปปไทด์ที่มีขนาดเล็กลง
กล่าวอีกนัยหนึ่ง; ไฮโดรไลเซสพันธะเปปไทด์ภายในของโปรตีน การออกฤทธิ์ของมันมีประสิทธิภาพสูงสุดกับพันธะเปปไทด์ที่ใกล้เคียงกับกรดอะมิโนอะโรมาติก (ฟีนิลอะลานีนไทโรซีน) ซึ่งแตกต่างจากไซโมเจนสารตั้งต้นการเปลี่ยนแปลงแบบปรับตัวของเปปซินที่ค่า pH สูงกว่า 6 ทำให้การเร่งปฏิกิริยาลดลงอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้
อ้างอิง
- Bryksa BC, Tanaka T, Yada RY การปรับเปลี่ยนขั้ว N ช่วยเพิ่มเสถียรภาพเป็นกลาง - pH ของเปปซิน ชีวเคมี. พ.ศ. 2546; 42: 13331-13338
- Foltmann B, Pedreson VB. การเปรียบเทียบโครงสร้างหลักของโปรตีเอสที่เป็นกรดและไซโมเจน Adv Exp Med จิตเวช. 2520; 95: 3-22.
- Guyton A, Hall J. (2549). ตำราสรีรวิทยาการแพทย์. (ฉบับที่ 11) สหรัฐอเมริกา: Elsevier Saunders
- แคสเปอร์ D, Fauci A, Longo D, Braunwald E, Hauser S, Jameson J. (2005). แฮร์ริสันหลักการของอายุรศาสตร์. (ฉบับที่ 16) เม็กซิโก: McGrawHill
- Kitahara F, Shimazaki R, Sato T, Kojima Y, Morozumi A, Fujino MA โรคกระเพาะที่รุนแรงที่มีการติดเชื้อ Helicobacter pylori และมะเร็งกระเพาะอาหาร มะเร็งกระเพาะอาหาร พ.ศ. 2541; 1: 118-124
- Lin Y, Fused M, Lin X, Hartsuck JA, Tang J. J Biol chem. พ.ศ. 2535; 267: 18413-18418
- Mangeat P. การหลั่งกรดและการปรับโครงสร้างใหม่ของเยื่อหุ้มเซลล์ข้างขม่อมในกระเพาะอาหารเดี่ยวในวัฒนธรรมหลัก. เซลล์ชีววิทยา. 1990; 69: 223-257
- Prozialeck J, Wershil BK. (2017) พัฒนาการของการทำงานของสารคัดหลั่งในกระเพาะอาหาร สรีรวิทยาของทารกในครรภ์และทารกแรกเกิด (ฉบับที่ห้า) เล่ม 1, หน้า 881-888
- ชูเบิร์ตมล. การหลั่งในกระเพาะอาหาร ปัจจุบัน Opin Gastroent 2005; 21: 633-757
- Sielecki AR, Fedorov AA, Boodhoo A, Andreeva NS, James MNG โครงสร้างโมเลกุลและคริสตัลของเพปซินพอร์ซีนเชิงเดี่ยวกลั่นที่ความละเอียด 1.8 Å J Mol จิตเวช. 1990; 214: 143-170
- Webb PM, Hengels KJ, Moller H, Newell DG, Palli D, Elder JB ระบาดวิทยาของระดับเพปซิโนเจนในซีรัมในระดับต่ำและความสัมพันธ์ระหว่างประเทศกับอัตรามะเร็งกระเพาะอาหาร ระบบทางเดินอาหาร. พ.ศ. 2537; 107: 1335-1344
- วูล์ฟ MM, Soll AH. สรีรวิทยาของการหลั่งกรดในกระเพาะอาหาร N Engl J Med 1998; 319: 1707