Enzim Pepsin: Struktur, Fungsi dan penggunaan

Dikutip dari Wikipedia, 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.

Penggunaan enzim 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’)2 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’)2. Untuk menghasilkan fragmen F(ab’)2, 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’)2. 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’)2 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’)2 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’)2, dan Fab pada tingkat yang lebih tinggi, memungkinkan lokalisasi antigen target yang tepat, yaitu pada pewarnaan jaringan untuk mikroskop elektron. Divalensi fragmen F(ab’)2 memungkinkannya untuk menghubungkan antigen, penggunaan untuk pengujian presipitasi, agregasi seluler melalui antigen permukaan, atau pengujian roset.

Fungsi Pepsin

Di dalam tubuh, pepsin membantu proses pencernaan makanan. Dalam hal ini, pepsin berperan dalam proses pemecahan protein yang berasal dari makanan. Proses pemecahan protein oleh pepsin terjadi di dalam perut (lambung). Pepsin mengubah protein menjadi peptida-peptida penyusunnya yang berukuran lebih kecil. Fungsi pepsin tersebut sebenarnya adalah mempercepat reaksi pemecahan protein menjadi peptida penyusunnya. Dari hal itu bisa kita lihat bahwa enzim pepsin aktif dalam suasana asam yang berkisar pada temperatur tubuh, yaitu antara 37 hingga 42 derajat Celcius. Aktivitas optimal enzim pepsin pada suasana pH rendah (asam), hal itu berbeda dengan enzim-enzim tubuh pada umumnya yang aktif pada suasana netral (pH sekitar 7).

Dalam memecah protein, enzim pepsin memiliki spesialisasi untuk memecah ikatan peptida pada protein sehingga molekul-molekul besar penyusunnya akan dihasilkan. Pada saat ini protein dipecah oleh enzim Pepsin menjadi molekul-molekul yang lebih kecil (jika dibandingkan ukuran protein sebelum dicerna). Meski telah dipecah oleh pepzin, namun protein belum sepenuhnya pecah sempurna, karena sebenarnya hanya 20% dari ikatan peptida (atau ikatan amida) pada protein yang dikatalisis pemecahannya oleh enzim Pepsin.

Oleh karena itu, enzim protease lain masih diperlukan untuk memecah protein menjadi molekul-molekul asam amino sederhana. Di sinilah, tripsin dan kimotripsin mengambil alih. Molekul-molekul protein yang telah dipecah enzim Pepsin yang berasal dari lambung selanjutnya akan menuju usus halus. Di usus halus itulah, kimotripsin dan tripsin akan memecah molekul protein menjadi molekul yang berkuran lebih kecil lagi, sehingga dapat diserap dan diedarkan ke seluruh tubuh.

Struktur Enzim Pepsin

Pada dasarnya, protein merupakan polimer besar yang bergabung dengan ikatan peptida. Ikatan peptida adalah hubungan amida yang bergabung dengan gugus amino dari satu asam amino dengan gugus karboksil lain. Protein terdiri dari beberapa jenis asam amino, dengan perbedaan berada di sifat kimia rantai samping. Ketika banyak asam amino yang bergabung dengan cara ini, itu mengarah pada pembentukan peptida. Polipeptida terbentuk ketika ratusan asam amino bergabung dengan cara ini. Dalam kasus protein, satu atau lebih rantai polipeptida yang diikat bersama oleh interaksi non-kovalen. Mereka memiliki N-terminus, di mana gugus amino dari asam amino akhirnya dihapus linknya, dan C-terminal, di mana gugus karboksil dari asam amino akhir adalah unlinked.

Pepsinogen memiliki tambahan asam amino pada 44 N-terminus. Selama transformasi pepsinogen menjadi pepsin, 44 asam amino ini dirilis. Sementara pepsin memiliki residu asam amino esensial yang lebih sedikit, memiliki 44 residu asam. Ini adalah alasan mengapa tetap stabil pada pH yang sangat rendah. Untuk mencegah pencernaan sendiri, pepsin harus disimpan pada suhu yang sangat rendah yang berkisar antara -80 ° C dan -20 ° C.

Pepsin menghidrolisis ikatan peptida protein, memecah mereka ke fragmen polipeptida kecil. Hal ini aktif dalam kondisi yang asam yang disediakan oleh adanya asam lambung dalam perut. PH rendah perut disebabkan oleh sekresi HCl oleh kelenjar lambung.

Keasaman lambung yang kuat mendenaturasi protein dari makanan yang dicerna, sehingga meningkatkan pemaparan dari ikatan peptida dari protein. Pepsin bekerja paling baik pada keasaman asam lambung yang normal, yang memiliki pH yang berkisar antara 1,5 dan 2,5. Harus dicatat bahwa reaksi untuk konversi pepsinogen menjadi pepsin membutuhkan nilai pH kurang dari 5. Pepsin tidak efektif dalam usus, seperti asam lambung yang dinetralkan, dengan nilai pH menjadi 7. Penelitian laboratorium telah menunjukkan bahwa pepsin yang paling efisien dalam membelah ikatan yang melibatkan asam amino aromatik yang mencakup fenilalanin, triptofan, dan tirosin.

Pada catatan penutup, impuls dari saraf vagus, serta sekresi gastrin dan hormon sekretin merangsang pelepasan pepsinogen ke dalam lambung, di mana ia dicampur dengan asam klorida dan cepat diubah menjadi enzim pepsin. Harus dicatat bahwa pepsin hanya terlibat dalam degradasi parsial protein. Situs utama pencernaan protein adalah usus, dimana tripsin, kimotripsin (disekresi oleh pankreas), dan lain-lain bekerja pada pencernaan protein, dengan demikian memecah mereka menjadi peptida, yang pada gilirannya diubah menjadi asam amino.