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Pepsina |
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Molecola del mese di dicembre 2000 La pepsina digerisce le proteine nell'ambiente fortemente acido dello stomaco  IntroduzioneDurante le feste di Natale, spesso mettiamo a dura prova i nostri enzimi digestivi più che in qualsiasi altro periodo dell'anno. Il nostro sistema digestivo possiede un insieme di enzimi stabili e robusti costruiti per affrontare quei ricchi pranzi e farli in mille pezzi. La pepsina, mostata qui a fianco (file PDB 5pep), è il primo di una serie di enzimi che digeriscono le proteine. Nello stomaco, le catene proteiche vengono legate nella profonda fenditura che costituisce il suo sito attivo e vengono tagliate in frammenti più piccoli. Più avanti, nell'intestino, un insieme di proteasi e peptidasi finisce il lavoro di idrolisi. I frammenti ottenuti sono amminoacidi e dipeptidi che vengono assorbiti dalle cellule che li usano per la sintesi di nuove proteine o come combustibile per il loro metabolismo.  Lavoro
pericolosoGli enzimi che digeriscono le proteine pongono un problema serio. L'enzima viene sintetizzato all'interno di una cellula, ma deve essere controllato in qualche modo perchè non cominci subito a digerire le proteine della stessa cellula che l'ha prodotto. Per risolvere questo problema, la pepsina, come molti altri enzimi proteolitici, è creata come propepsina inattiva, mostrata qui a fianco (file PDB 3psg), che può essere attivata in seguito, quando è al sicuro fuori della cellula. Quando la pepsina viene costruita, la sua catena proteica viene fatta precedere da un segmento aggiuntivo di 44 amminoacidi, mostrato in magenta nella figura qui a fianco. Questa ostruisce la grande fenditura che fa da sito attivo e blocca l'attività dell'enzima. Nello stomaco, la coda aggiuntiva viene tagliata e l'enzima comincia il suo lavoro di distruzione. Un pezzo di storia scientifica Per molte ragioni gli enzimi digestivi sono degli ottimi candidati per la ricerca scientifica. Possono essere isolati facilmente e sono presenti in grande quantità nei succhi digestivi. Sono anche straordinariamente stabili perchè sono adatti a lavorare nelle dure condizioni presenti nel sistema digestivo. Le reazioni catalizzate dagli enzimi digestivi possono essere seguite con facilità: li si può aggiungere a una proteina come la gelatina e osservare come questa perde la sua consistenza di gel. Nel XVIII secolo, la pepsina è stata il primo enzima ad essere scoperto, ed è stato il secondo enzima ad essere cristallizzato (dopo la ureasi). Questi cristalli hanno avuto un ruolo importante nel dimostrare che gli enzimi erano proteine e che avevano una struttura definita. Oggi, negli archivi PDB, sono disponibili molte strutture di pepsina come quella vista sopra (file PDB 5pep), determinate a partire da cristalli simili.  Proteasi
acideLa pepsina è un tipico rappresentante di un gruppo di enzimi chiamati proteasi acide. Nel caso della pepsina questo nome è doppiamente appropriato. La pepsina lavora al meglio in ambiente molto acido per acido cloridrico. Ma la somiglianza con gli altri enzimi mostrati qui sopra si riferisce ad un altro tipo di acido. Il sito attivo delle proteasi acide contiene due residui di acido aspartico, che attivano una molecola d'acqua e la usano per tagliare le catene proteiche. Questi acidi aspartici sono mostrati nella pagina seguente. Le proteasi acide si sono evolute per svolgere molte funzioni in organismi diversi. La pepsina, mostrata in alto a sinistra (file PDB 5pep), è ottimizzata per la digestione del cibo nell'ambiente acido dello stomaco. E' un enzima che rompe le proteine in molti punti diversi. La chimosina, mostrata in alto a destra (file PDB 4cms), viene sintetizzata dai vittelli giovani per rompere le proteine del latte. Una forma purificata di chimosina, presa dallo stomaco di vittello, è stata usata per secoli per far cagliare il latte nella produzione del formaggio. La catepsina D, mostrata in basso a sinistra (file PDB 1lyb), digerisce le proteine all'interno dei lisosomi, una sorta di piccoli stomachi interni alla cellula. Altre proteasi acide, come la renina (non mostrata qui, file PDB 1hrn), sono progettate per fare un taglio apecifico in una particolare proteina, favorendo la maturazione di un ormone o di una proteina strutturale. La endotiapepsina, mostrata in basso a destra (file PDB 4ape), è prodotta da un fungo e viene secreta nell'ambiente circostante dove rompe le proteine, permettendo al fungo di nutrirsi con i frammenti. Esplorando la struttura La pepsina usa una coppia di amminoacidi di acido aspartico per eseguire la reazione di taglio delle proteine. In un esempio di evoluzione parallela (dove due organismi hanno sviluppato in modo indipendente lo stesso metodo per risolvere un problema), il meccanismo è simile a quello utilizzato dall'HIV-1 proteasi (mdm 7/2000). Nella figura sotto (file PDB 5pep) i due acidi aspartici nel sito attivo (asp 32 e asp 215) sono mostrati in azzurro nel centro della profonda fenditura che costituisce il sito attivo. . . . . . . . . . . . . . . .  Nella prossima figura si possono vedere, oltre ai due acidi aspartici del sito attivo, anche tre ponti disolfuro. Questi legami, formati tra gli atomi di zolfo (gialli) di due cisteine, uniscono tra loro segmenti diversi della proteina e quindi rinforzano la struttura 3D della catena proteica. . . . . . . . . . . . . . . .  |
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