Why Does Pepsin Have a Negative Charge at Very Low pH? An Analysis of Conserved Charged Residues in Aspartic Proteinases

Abstract

Pepsyna ma kilka właściwości, które znacznie różnią się od tych typowych dla innych białek. Ma ona bardzo niskie optimum pH dla hydrolizy różnych substratów i wysoką aktywność przy pH 2. Sugeruje to bardzo stabilną strukturę trzeciorzędową w warunkach, w których wiele białek ulega pełnej denaturacji. Te właściwości pepsyny są krytyczne dla jej fizjologicznej funkcji, która zachodzi w ekstremalnie kwaśnych warunkach światła żołądka. Tam rozwinięte hydrofobowe rdzenie białek, które mają być rozszczepione, są narażone na pierwszy atak hydrolityczny pepsyny. Inną bardzo specyficzną właściwością pepsyny jest jej wyjątkowo niski punkt izoelektryczny. Posiada ona ładunek ujemny netto w zakresie niskich wartości pH, w tym pH optymalnego dla aktywności katalitycznej. Białka, które mają zostać rozszczepione, mają w tym zakresie pH ładunek dodatni netto. Te cechy molekularne pepsyny są ściśle współzależne, ponieważ wszystkie są konsekwencją specyficznego układu i interakcji grup naładowanych w trójwymiarowym fałdzie enzymu. Na ich wyjaśnienie wskazują dane dotyczące rafinowanej struktury A pepsyny świńskiej o rozdzielczości 1,8 Å (Sielecki i in., 1990). Pepsyna świńska została również udoskonalona z rozdzielczością 2,3 Å w monoklinicznej formie krystalicznej przez Abad-Zapatero et al. (1990) i w heksagonalnej formie krystalicznej przez Cooper et al. (1990).