Pepsin[1]
1. 개요
트립신(trypsin), 키모트립신(chymotrypsin) 등과 함께 사람을 비롯한 동물의 위에서 주로 발견되는 소화효소로서 물에 녹지 않는 단백질을 프로테오스(proteose) 또는 수용성인 펩톤(폴리펩타이드 등)으로 분해하여 소화되기 쉽도록 하는 역할을 하며, 소화제 외에도 이유식이나 인공유, 또는 새끼 돼지의 모이로 이용되기도 한다.트립신과 더불어 인간이 섭취하는 단백질을 분해하는 가장 중요한 효소로, 최적 pH는 2-3, 최적온도는 30~40도로 위산이 많아 pH가 낮은 위에서 최적의 활성을 보인다. 소화된 음식물이 샘창자로 빠져나갈 때 췌장에서 분비하는 탄산수소나트륨에 의해 비활성화된다.
'펩신'(Pepsin)이라는 말은 독일의 생리학자 테오도어 슈반(Theodor Schwann, 1810 ~ 1882)이 1836년 처음 붙인 명칭으로, 그리스어로 '소화'를 의미하는 'Pepsis'에서 따왔다. 이는 효소 중에서 최초로 이름이 붙은 것이다.
2. 생성 과정
초기에 위 점막에서 분자량이 약 4만에 이르는 펩시노젠(pepsinogen)으로 분비되며 염산(수소 이온)과 반응해 펩신으로 변한다. 펩시노젠은 펩신에서 44개의 아미노산이 추가된 것이라고 할 수 있는데, 염산에 의해 pH가 내려가고 이에 따라 그 아미노산들이 분리되어 펩신이 되는 것이다. 이때의 펩신은 펩시노젠과 달리 실질적인 분해 작용을 한다는 점에서 활성 펩신이라고 부르며, 이와 반대로 펩시노젠을 불활성이라고 하기도 한다. 펩신을 바로 분비하지 않는 이유는 당연히 효소를 내보내는 쪽도 단백질 덩어리이기 때문. 즉 위 자체의 단백질이 분해되는 것을 방지하기 위해서이다.펩시노젠이 화학적 반응을 거쳐 펩신이 되기 때문에 펩시노젠을 펩신의 전구체[2](precursor, 前驅體)라고 부르기도 한다.[3]
3. 분해 작용
펩신은 소화 대상에 해당하는 일부 단백질을 분해하는 것으로 많이 알려져 있지만, 실제로는 죽은 헤모글로빈, 카제인 등 순수 단백질의 대부분을 분해할 수 있다. 단, 펩신의 활성이 높은 pH에서는 이들이 변성하기 쉽다.단백질에서 방향족 아미노산이 있는 부분을 잘라내는 방식으로 분해하는데, 글리신(glycine)과 같은 일부 아미노산 부분은 분해하지 못한다.
M. Bergmann 등에 의하여 밝혀진 바로는 펩신에 의하여 잘 분해되는 펩티드 사슬과 그렇지 않은 것이 있다고 한다. Cbz, Glu, Tyr, CyS, D, Phe를 각각 벤질옥시카르보닐(benzyloxycarbonyl), 글루타민산(glutamic acid), 티로신(tyrosine), 시스테인(cysteine), D-아미노산, 페닐알라닌(phenylalanine)이라고 하고 사슬이 끊어지는 부분을 +라고 하면, 잘 분해되는 것으로는 Cbz-Glu + TyrㆍOH, Cbz-CyS + TyrㆍOH 등이 있고, 분해되기 어려운 것으로는 Cbz-D-Glu-TyrㆍOH, Cbz-Glu-D-PheㆍOH 등이 있다.
4. 트립신과의 비교
단백질을 분해한다는 점에서는 트립신과 같지만, 트립신은 이자에서 분비되며[4] 펩신은 위에서 분비되어 화학 반응을 통해 변화되어 생성된다는 차이점이 있다.실제로 네이버 지식iN 검색 결과를 보면 펩신과 트립신의 차이점을 묻는 질문이나 이 둘이 서로 같은 뜻인지를 묻는 질문이 많다.
5. 화학적 구조
분자량이 약 3만~4만에 이르고 수많은 아미노산으로 구성되어 있다. 또한 등전점(어떤 물질이 가진 양쪽성 전해질, 콜로이드 입자 등의 전하의 합이 0이 될 때의 pH)이 매우 낮은데, 이 원인이 아직까지 밝혀지지 않았다고 한다.6. 교육 과정에서의 펩신
- 중학교 2학년 과학의 'Ⅳ. 소화, 순환, 호흡, 배설 - 2. 소화' 소단원에서 배우게 된다.
- 대학수학능력시험의 과학탐구 영역 과목 중 하나인 생명 과학Ⅰ의 'III. 항상성과 건강'에서 소화계를 배울 때 배운다. 생명 과학Ⅱ에서는 'I. 세포와 물질대사 - 1. 세포의 특성 - 효소의 역할과 특성' 소단원에서 배우는 효소들 중 하나로, 실제로 2015학년도 대학수학능력시험 생명 과학Ⅱ 7번 문제가 그래프 2개를 주고 아밀레이스와 펩신을 구분하고 이들의 특징을 묻는 문제였다.
- 2013학년도 대학수학능력시험까지 적용되었던 교과 과정에서는 과학탐구 영역 생물Ⅰ 과목의 'II. 영양소와 소화 - 2. 소화와 흡수' 단원에서 배운다.
7. 펩신과 관련된 용어들
- 함당 펩신(Saccharated(또는 Zuckerhaltiges) pepsin / 含糖-) : 돼지 또는 소로부터 얻어지는 펩신에 젖당을 혼합한 의약품으로, 소화 불량을 개선하기 위하여 섭취한다.
- 위액펩신(pepsin in gastric juice / 胃液-) : 간호학대사전에 실린 용어로, 해당 사전에서는 앤슨법(Anson method) 등 위액에서 검출되는 펩신의 측정법을 다루고 있다. 네이버 지식백과
- 사카레이티드펩신(Saccharated Pepsin) : 돼지 또는 소의 위점막의 펩신과 락토스(Lactose)를 섞은 원료이다.
- 유로펩신(uropepsin) : 펩시노겐의 일부가 배설된 것이다.
- 펩신소화(pepsin digestion[5]) : 펩신에 의한 소화를 의미한다.
8. 펩신의 억제와 항펩신제
펩신은 음식물의 소화에 필요한 요소이지만 펩신의 역류 등으로 역류성 식도염 등의 질환이 발생할 수 있으므로[6][7] 이를 억제해야 하는 상황도 있다. 이때 쓰이는 약물을 항펩신제(pepsin inhibitors)라고 하는데, 이들은 펩신의 특정한 작용을 억제하는 것과 펩신과 직접 결합하여 펩신 자체의 활성을 억제하는 것으로 분류할 수 있다.한편, 펩신은 강한 산성에서 활발히 작용하고 pH가 충분히 높으면 불활성화된다는 점에 착안하면 위가 띄고 있는 산성을 중화시키는 것도 펩신을 억제시키는 방법들 중 하나라고 할 수 있으며, 따라서 제산제도 일종의 항펩신제라고 할 수 있다.
펩신의 작용을 억제하기 위해서 사용되는 물질이나 약물로는 라우릴술폰산나트륨(sodium lauryl sulfone)[8], 자당황산에스터알루미늄, 아미노펙틴 황산에스터 등이 있다.
9. 펩신 관련 연구 및 실험
- 중앙일보 기사에 따르면 위산 역류 시 펩신이 같이 역류하여 편도의 방어막을 손상시키고, 이후 편도 안에서 염증을 일으킨다는 연구 결과가 있다.
- #: 매트릭스 보조 레이저 탈착 질량분석기(MALDI-TOF MS)를 이용한 펩신의 특이성 연구 결과이다.
- # : 기관지나 폐에서 분비되는 객담이나 침의 펩신을 이용한 위식도 역류 진단 방법에 관한 연구이다.
- 각종 생물학 교재 등에 등장하는 펩신과 관련된 실험으로 펩신 용액을 달걀 흰자와 반응시키는 실험이 있는데, 보통 온도나 pH 등에 따른 펩신의 활성도(pepsin activity)를 측정하기 위한 목적이다.
- 항체 구조 연구에 펩신이 사용되었다.
10. 대중 매체에서의 펩신
- 울트라맨 레오에 등장하는 괴수 중 하나인 원반생물 블랙돔의 주 무기 중 하나는 입에서 나오는 펩신이다.
- 2014년 11월 16일 방송된 KBS2의 개그 콘서트의 전 코너 시청자 의견에서는 김승혜의 대사 중에 다음과 같은 것이 있었다(수업 내용을 노래로 설명).지금부터 수업 재밌게 해줄게요. 입에서 아밀라아제. 탄수화물 분해되고 위에서 펩신이 단백질 분해. 분해.
11. 여담
- 음료회사이자 그 회사의 주요 상품인 펩시콜라의 이름은 이 펩신에서 따온 것이다. 펩시콜라는 원래 소화제 대용품으로 만들어진 것이었기 때문에, 소화 효소인 펩신에서 상표명을 가져온 것이다. 다만 실제로 펩신 성분이 들어있는 것은 아니다.
- 한국경제 기사에 따르면 가톨릭대학교와 강원대학교의 적성고사 과학탐구 영역에 펩신에 의한 단백질의 소화 과정을 묻는 문제가 출제되었다고 한다.
- 일본어로는 ペプシン, 중국어로는 胃蛋白酶[9](wèidànbáiméi)。라고 한다.
12. 관련 문서
[1] '펩신의'는 peptic, '펩신 분비'는 pepsinia, '펩신 소화'는 peptic digestion이라고 한다.[2] 특정 물질이 되기 전 단계의 물질이라는 의미이다.[3] 효소의 경우 활성형이 되기 이전의 전구체를 따로 zymogen 혹은 proenzyme 으로 부르는 경우가 많다.[4] 분비될 때는 트립시노젠(trypsinogen) 상태이다.[5] '위내소화'의 의미도 있다.[6] 평소에는 식도와 위의 경계에 있는, 음식이 넘어갈 때에만 열리는 괄약근에 의하여 펩신의 역류가 방지된다.[7] 위장병의 원인은 공격인자와 방어인자 등으로 분류되는데, 펩신은 위산이나 위산의 분비를 촉진시키는 여러 가지 요소 등과 함께 공격인자로 분류되곤 한다.[8] 샴푸에도 흔히 쓰이는 계면활성제이다.그렇다고 샴푸를 먹으면 안되지만[9] 한자를 소리 나는 대로 읽으면 '위단백매'이다.