파파인

3. 구조

파파인 전구 단백질은 345개의 아미노산 잔기를 포함하며,^[6] 신호 서열(1-18), 프로펩타이드(19-133) 및 성숙 펩타이드(134-345)로 구성된다. 아미노산 숫자는 성숙 펩타이드를 기준으로 한다. 이 단백질은 3개의 이황화 가교에 의해 안정화된다. 3차원 구조는 두 개의 뚜렷한 구조적 도메인으로 구성되며, 그 사이에 틈이 존재한다. 이 틈에는 활성 부위가 있으며, 여기에는 키모트립신의 촉매 삼합체와 유사한 촉매 이합체가 들어 있다. 촉매 이합체는 시스테인-25 (여기에서 분류가 파생됨)와 히스티딘-159 아미노산으로 구성된다. 아스파르트산-158은 세린 프로테아제 촉매 삼합체에서 아스파르트산의 역할과 유사한 역할을 하는 것으로 생각되었지만, 이후 이는 입증되지 않았다.^[7]

4. 기능

파파인은 펩타이드 결합을 분해하는 과정에서 탈양성자화된 시스테인이 있는 촉매 이합체를 사용한다.^[8] 근처의 Asn-175는 His-159의 이미다졸 고리를 정렬하여 촉매 Cys-25를 탈양성자화할 수 있도록 돕는다. 이 시스테인은 펩타이드 골격의 카르보닐 탄소에 대한 친핵성 공격을 수행한다. 이것은 공유 아실-효소 중간체를 형성하고 펩타이드의 아미노 말단을 방출한다. 효소는 물 분자에 의해 탈아실화되고 펩타이드의 카르복시 말단 부분을 방출한다. 면역학에서 파파인은 면역글로불린 (항체)의 Fc (결정화 가능) 부분을 Fab (항원 결합) 부분에서 절단하는 것으로 알려져 있다.

파파인은 비교적 내열성 효소로, 최적 온도는 60~70 °C이다.^[9]

파파인은 알라닌(Ala), 발린(Val), 류신(Leu), 아이소류신(Ile), 페닐알라닌(Phe), 트립토판(Trp), 티로신(Tyr)과 같은 소수성 단위 다음에 오는 아르기닌 또는 라이신을 절단하는 것을 선호하며 발린이 뒤따르지 않는다.^[10]

5. 용도

파파인은 질긴 육류 섬유를 분해하는 성질이 있어, 남아메리카 원주민들이 오래전부터 고기를 연하게 하는 데 사용해왔다.^[1][11] 현재도 파파인을 활성 성분으로 하는 육류 연화제가 널리 판매되고 있다.^[1]

파파인은 세포 배양 준비 과정에서 세포를 분리하는 데 사용될 수 있다. 조직 조각을 파파인 용액으로 처리하면 세포 외 기질 분자가 절단되어 세포가 분리된다. 또한, 파파인은 일부 만성 상처 관리에서 죽은 조직을 제거하는 효소 세정 제제의 성분으로도 활용된다.

파파인은 일부 치약과 민트 사탕에 치아 미백제로 첨가되기도 하지만, 그 효과는 미미하며 장기간 사용해야 눈에 띄는 효과를 얻을 수 있다.^[12] 또한, 파파인은 치아 우식증 제거 젤인 Papacarie의 주요 성분으로, 치과 드릴 없이 우식증을 제거하고 복원 재료의 상아질 결합 강도를 유지하는 데 도움을 준다.^[13]

그 외에도 파파인은 소변 약물 검사에서 칸나비노이드 검사를 방해하는 것으로 알려져 있으며,^[14], 광전지용 티타니아 박막 조립^[15], 퇴행성 디스크 질환 모델 제작^[16][17] 등 다양한 분야에서 활용된다.

파파야(Carica papaya)에서 발견되어 이러한 이름이 붙었으며, 익은 파파야에는 파파인이 거의 포함되어 있지 않다. 브로멜라인(생파인애플 과실) , 액티니딘(키위) 그리고 피신(무화과)도 유사한 효소이다.

파파인은 시스테인과 히스티딘을 촉매 잔기로 가지며, 단백질과 펩티드의 가수 분해 반응을 일으킨다. 이 과정에서 염기성 아미노산, 글리신, 로이신과 이어지는 아미노산과의 펩티드 결합이 절단된다. 파파인은 로이펩틴이나 시스테인 잔기 수식 시약에 의해 저해된다.

일본 외 국가에서는 파파인 연고가 상처의 괴사 조직 제거 목적으로 사용되기도 한다.^[19]

6. 면역글로불린

7. 생산

파파인은 일반적으로 파파야 나무의 열매에서 라텍스를 채취하여 생산한다. 라텍스는 과일의 목 부분에 칼집을 내어 채취하며, 과일 위에서 건조되거나 용기에 떨어뜨려 건조시킨다. 이렇게 채취, 건조된 라텍스는 불순물 제거를 위한 정제 과정을 거치는데, 이는 정부에 등록된 과정을 통해 활성 파파인 효소 시스템을 용해하고 추출하는 방식으로 이루어진다. 정제된 파파인은 분말 또는 액체 형태로 공급된다.

8. 규제

2008년 9월 23일, 미국 식품의약국(FDA)은 회사들에게 2008년 11월 4일까지 파파인을 포함하는 안과용 균형 염 용액 및 국소 약품의 마케팅을 중단하라고 경고했다. FDA는 "국소 형태의 파파인 함유 의약품은 역사적으로 승인 없이 판매되어 왔다..."고 밝혔다.^[18] FDA의 발표에 따르면, "이러한 승인되지 않은 제품들은 승인되지 않은 균형 염 용액으로 인한 영구적인 시력 손실 보고에서부터 국소 파파인 제품으로 인한 심각한 혈압 강하 및 심박수 증가에 이르기까지 소비자의 건강을 위협해왔다"고 제닛 우드콕 의약품 평가 및 연구 센터 국장은 말했다.

파파인을 함유한 국소용 약물 연고는 당뇨병성 궤양, 욕창, 정맥류성 궤양, 외상성 감염 상처와 같은 급성 및 만성 병변에서 죽거나 오염된 조직을 제거하는 데 사용된다.

2008년 미국 식품의약국(FDA)은 파파인을 함유한 제품을 사용한 환자에게서 심각한 부작용이 발생했다는 보고를 접수하여 해당 제품에 대한 조치를 취할 의사를 발표했다. 보고된 내용에는 저혈압(낮은 혈압)과 빈맥(빠른 심박수)을 유발하는 과민성(알레르기) 반응이 포함되었다. 또한 라텍스 알레르기가 있는 사람은 파파인의 원료인 파파야에도 알레르기가 있을 수 있으며, 이는 라텍스 민감성이 있는 사람이 국소용 파파인 약물 제품에 대한 부작용을 겪을 위험이 증가할 수 있음을 의미한다.

FDA는 국소용 파파인 제제 사용에 대한 우려가 있는 사람은 사용 중단에 대해 의료 서비스 제공자에게 문의할 것을 권고했다.

9. 인간 파파인 계열 시스테인 프로테아제

인간 파파인 계열 시스테인 프로테아제는 다음과 같다.

• CTSB
• CTSC
• CTSF
• CTSH
• CTSK
• CTSL1
• CTSL2
• CTSL3
• CTSO
• CTSS
• CTSW
• CTSZ

참조

_[1] 논문 Development of a meat tenderizer based on papaya peel. Observación por Pares Basada en Mapas Conceptuales: Una Estrategia para Fomentar "Scholarship of Teaching and Learning" en la Universidad Tecnológica de Panamá. 2013;24. https://utp.ac.pa/do[...] 2013-07
_[2] 서적 Proteolytic Enzymes: Serine and Cysteine Peptidases
_[3] 논문 Evolutionary families of peptidases 1993-02
_[4] 논문 Purification, characterization, and amino acid composition of rabbit pulmonary bleomycin hydrolase 1987-07
_[5] 논문 Novel cysteine proteinase inhibitors homologous to the proregions of cysteine proteinases 2002-04
_[6] 웹사이트 UniProt P00784: Papain precursor – ''Carica papaya'' (Papaya) https://www.uniprot.[...] UniProtKB
_[7] 논문 A protein engineering study of the role of aspartate 158 in the catalytic mechanism of papain 1990-07
_[8] 논문 Challenging a paradigm: theoretical calculations of the protonation state of the Cys25-His159 catalytic dyad in free papain 2009-12
_[9] 웹사이트 Data Sheet - Papain http://www.biozym.de[...] 2010-08-08
_[10] 웹사이트 Papain - Selective Proteolytic Enzymes https://www.sigmaald[...] 2020-08-02
_[11] 논문 Application of natural tenderizers in meat-a review. https://arccjournals[...] 2008
_[12] 논문 Efficacy of extrinsic stain removal by novel dentifrice containing papain and bromelain extracts 2012-10
_[13] 논문 Effect of a papain-based gel for chemomechanical caries removal on dentin shear bond strength https://scholar.goog[...]
_[14] 논문 Papain: a novel urine adulterant 2005-07
_[15] 논문 Enzymatically-controlled biomimetic synthesis of titania/protein hybrid thin films http://eprints.white[...] 2018-06
_[16] 논문 Papain-induced in vitro disc degeneration model for the study of injectable nucleus pulposus therapy 2013-03
_[17] 논문 Bovine explant model of degeneration of the intervertebral disc 2008-02
_[18] 웹사이트 Topical Drug Products Containing Papain; Enforcement Action Dates https://www.fda.gov/[...] United States Food and Drug Administration, Department of Health and Human Services 2008-09-22
_[19] 논문 Use and effectiveness of papain in the wound healing process: a systematic review https://doi.org/10.1[...] 2012-09