Ферме́нты пищеваре́ния, пищеварительные ферменты — ферменты, расщепляющие сложные компоненты пищи до более простых веществ, которые затем всасываются в организм. В более широком смысле пищеварительными ферментами также называют все ферменты, расщепляющие крупные (обычно полимерные) молекулы на мономеры или более мелкие части. Все ферменты желудочно-кишечного тракта относятся к классу «Гидролазы», это означает, что расщепление пищевых полимеров происходит всегда при участии молекулы воды.
Пищеварительные ферменты находятся в пищеварительной системе человека и животных. Кроме этого, к таким ферментам можно отнести внутриклеточные ферменты лизосом.
Основные места действия пищеварительных ферментов в организме человека и животных — это ротовая полость, желудок, тонкая кишка. Эти ферменты вырабатываются такими железами, как слюнные железы, железы желудка, поджелудочная железа и железы тонкой кишки. Часть ферментативных функций выполняется облигатной кишечной микрофлорой.
По субстратной специфичности пищеварительные ферменты делятся на несколько основных групп:
- протеазы: эндопептидазы, которые катализируют расщепление внутренних пептидных связей (пепсин, реннин, гастриксин в желудочном соке и трипсин, химотрипсин, эластаза в панкреатическом соке) и экзопептидазы, которые отщепляют по одной аминокислоте с карбоксильного конца (карбоксипептидаза в панкреатическом соке и аминопептидаза, пептидазы в кишечном соке)
- липазы расщепляют липиды до жирных кислот и глицерина
- карбогидразы гидролизуют углеводы, такие как крахмал или сахара, до простых сахаров, таких как глюкоза
- нуклеазы расщепляют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов
Содержание
Ротовая полость [ править | править код ]
Слюнные железы секретируют в полость рта альфа-амилазу (птиалин), которая расщепляет высокомолекулярный крахмал до более коротких фрагментов и до отдельных растворимых сахаров (декстрины, мальтоза, мальтриоза).
Желудок [ править | править код ]
Ферменты, секретирующиеся желудком называются желудочными ферментами. По химической природе практически все ферменты являются белками.
- Пепсин — основной желудочный фермент. Гидролитически расщепляет пептидные связи денатурированных белков до пептидов. Вырабатывается в так называемых «главных клетках» в неактивной форме в виде пепсиногена, чтобы предотвратить самопереваривание слизистой желудка. В полости желудка в кислой среде (рН=1.5—2,5) происходит превращение пепсиногена в активный пепсин. При этом отщепляется пепсин-ингибитор. Процесс идет аутокаталитически при участии НСl (ионов Н+), которая также вырабатывается в слизистой желудка, но в так называемых «париетальных клетках». Молекулярный вес пепсиногена около 42 000, а пепсина — около 35 000. Из этого следует, что реакция превращения пепсиногена в пепсин сопровождается отщеплением 15—20 % исходной молекулы. Активирование происходит за счет отщепления N-концевого участка пепсиногена, в котором сосредоточены все основные аминокислоты. Среди продуктов отщепления обнаруживается ингибитор пепсина с молекулярным весом 3242 и пять более мелких фрагментов, в сумме отвечающих молекулярному весу около 4000. Функцией соляной кислоты является также денатурация пищевых белков и обезвреживание патогенной микрофлоры, поступающей с пищей. Для защиты стенок желудка от агрессивной кислой среды «обкладочные клетки» слизистой вырабатывают муцин — гликопротеид — и ионы бикарбоната.
- Желатиназа расщепляет желатин и коллаген, основные протеогликаны мяса.
Тонкий кишечник [ править | править код ]
Ферменты поджелудочной железы [ править | править код ]
Поджелудочная железа является основной железой в системе пищеварения. Она секретирует ферменты в просвет двенадцатиперстной кишки.
- Протеазы:
- Трипсин является протеазой, аналогичной пепсину желудка.
- Химотрипсин — также протеаза, расщепляющая белки пищи.
- Карбоксипептидаза
- Несколько различных эластаз, расщепляющих эластин и некоторые другие белки.
Ферменты тонкой кишки [ править | править код ]
- Несколько пептидаз, в том числе:
- энтеропептидаза — превращает неактивный трипсиноген в активный трипсин;
- аланинаминопептидаза — расщепляет пептиды, образовавшиеся из белков после действия протеаз желудка и поджелудочной железы.
Микрофлора кишечника [ править | править код ]
Обитающие в толстом кишечнике человека микроорганизмы выделяют пищеварительные ферменты, способствующие перевариванию некоторых видов пищи.
- Кишечная палочка — способствует перевариванию лактозы
- Лактобактерии — превращают лактозу и другие углеводы в молочную кислоту
Пищеварительные ферменты насекомоядных растений [ править | править код ]
Из секрета непентесс Nepenthes macferlanei выделены протеазы, продемонстрирована также липазная активность. Его главный фермент, непентезин, по субстратной специфичности напоминает пепсин. [1]
Ферменты — это слово знакомо каждому из нас, а вот что оно означает, понятно далеко не всем. Иногда еще используется их греческое название — энзимы, что, впрочем, ясности не добавляет.
От ферментов зависит наша биологическая жизнь, без них не работала бы наша пищевая цепочка, сообщает Sputnik Беларусь.
Почему ферменты так важны для нас?
В нашем организме с рождения заложено определенное количество ферментов. Их у нас более 3 тысяч видов.
Без ферментов невозможно ни пищеварение, ни дыхание, без них ни единого раза не сократится сердце, не будут работать мыслительные процессы в головном мозге. Ферменты участвуют в беременности и родах, уменьшают воспалительные процессы, улучшают иммунную систему, а также участвуют в синтезе ДНК и внутриклеточном пищеварении. Мы состоим из клеток, жизнь кипит в каждой из них 24 часа в сутки благодаря ферментам. Можно уверенно сказать, что управление жизнью — это ферментативная реакция.
Ферменты — это белковые структуры, состоящие из цепочек аминокислот. Они участвуют в расщеплении необходимого и в разрушении ненужного.
Каждый фермент, как ключ, открывает только свой замок. Ферменты бывают растительные, животные и те, которые производит наш организм. Они всегда работают в определенной среде и условиях. Для них важна рН-среда, температура, наличие микроэлементов, витаминов и аминокислот. Поскольку ферменты — это белковая структура, при температуре около 48°С они коагулируются (разрушаются). Ферменты животного происхождения — это, по сути, высушенный фермент железы животного. И неприятность в том, что ферменты животного происхождения наш организм распознает, как свои и со временем функции желез, вырабатывающих собственные ферменты значительно снижаются, а при болезни органа и вовсе могут приблизиться к нулю.
Пельмени — шок для ферментов
Кислотно-щелочная среда имеет огромное значение для ферментов. Одни ферменты работают в кислой среде, а другие в щелочной. Именно поэтому медики рекомендуют раздельное питание, а иногда — добавочный прием ферментов.
Приведем пример: многие из вас наверняка замечали, что после хорошей порции пельменей нередко мучает отрыжка. Потому что пельмени — это мясной фарш и тесто. Чтобы расщепить мясо, нужны ферменты, работающие в кислой среде, а чтобы расщепить тесто — ферменты из щелочной среды. Вспоминаем химию. Кислота + щелочь = новый продукт и газ, который и выходит в виде отрыжки! Так что пельмени — скорее повод побаловать вкусовые рецепторы, чем польза для организма. Любое мясо лучше кушать с овощами и зеленью, которые содержат собственные ферменты и помогают организму справиться с белковым продуктом.
Как заставить правильно работать ферменты пищеварения?
Съев определенную пищу, мы должны перевести ее в доступную для нашего организма форму. И ферменты выступают здесь катализаторами процессов. На каждом этапе пищеварения работают свои группы ферментов. Давайте рассмотрим основные.
Амилаза
Вырабатывается слюнной железой. Благодаря чему в ротовой полости начинается первичный процесс ферментации, расщепления пищи. Поэтому правильное пищеварение начинается с тщательного пережевывания пищи.
Амилаза преобразует крахмал в глюкозу. Этот фермент не активен в желудочном соке, поэтому сахар лучше есть вприкуску — так в ротовой полости начнется его первичное расщепление.
Например, если пожевать 2-3 минуты кусочек черного хлеба, он приобретает сладковатый вкус, это означает, что фермент амилаза расщепил крахмал до глюкозы. Один этап пищеварения преодолен. Продолжайте жевать.
Чем дольше вы жуете — тем длиннее будет ваша жизнь.
Если амилаза поработала недостаточно, крахмал или сахара другими ферментами не расщепляются. Когда они попадут в толстый кишечник, то станут пищей для грибов, в частности рода Candida. Так что плохо пережеванный сахар помимо метеоризма может подарить вам еще и кандидоз.
Протеазы
Класс ферментов, которые расщепляют белки. Вырабатываются желудком, поджелудочной железой и кишечным секретом. В желудке начинает свою работу фермент пепсин. Он активен при рН 2, т. е. в кислой среде, расщепляет белки до пептидов. Если у человека гастрит, то идет сбой выработки и других ферментов желудка, участвующих в расщеплении белков. Особое внимание медиков привлекла способность этой группы ферментов расщеплять белки, вызывающие воспаление.
Если образуется недостаток протеаз, это приводит к тому, что белки не смогут расщепиться до конца и часть белков попадает в толстый кишечник.
У нас в кишечнике живет более 500 активных видов микрофлоры. Одни ее представители для нас полезны, другие — нейтральны до тех пор, пока не получают нужного питания. Нерасщепленные белки — как раз та пища, которой им не хватает. Подкрепившись, нейтральная флора начинает активно размножаться и переходит в патогенную, опасную для нас. Происходит резкое изменение микрофлоры и развивается дисбактериоз.
Лактаза
Выделяется тонким кишечником, для расщепления молочного сахара, он переходит в глюкозу.
Липаза
Фермент синтезируется поджелудочной железой для двенадцатиперстной кишки и тонкого кишечника, где идет расщепление жиров на глицерин и высшие жирные кислоты.
Также печенью выделяется желчь, которая позволяет расщепить жир из крупных капель на маленькие и дальше под действием липазы на мельчайшие формы. Переходя в питательные вещества, они впитываются в кишечнике и разносятся кровью к клеткам. Ферменты в клетках печени срабатывают миллион раз за 1 секунду.
При недостатке липазы жиры не до конца расщепляются и в виде крупных капель достигают толстого кишечника, вызывая раздражение его стенок, формируется синдром раздраженного кишечника.
Как понять, что ферментов в организме недостаточно?
Недостаток ферментов мы можем почувствовать на физическом уровне, если в течение 30 минут — часа ощущаем в области живота тяжесть, ноющую боль, распирание в животе или если вас клонит ко сну — проанализируйте содержимое своей тарелки и что было с ней рядом!
Может, это банальное отсутствие ферментов, ведь последствия могут быть разные: от недополучения питательных веществ как строительного материала до серьезных заболеваний.
Чтобы всегда быть в форме, нужно обязательно помнить, что еда — это в том числе и приятное вкусное лекарство. Практически все можно отрегулировать правильным питанием и разумным подходом!
Что уничтожает ферменты?
Температура, сахар, соль, уксус, контакт с металлом, время. Но если замороженные фрукты взбить в шербет, то в течение 15 минут вы получите изумительный коктейль из ферментов. Правда, желательно скушать его побыстрее, иначе в нем пойдут обратные процессы.
На земле существует немало продуктов, которые содержат ферменты.
Продукты, содержащие высокоактивные ферменты, способствующие очищению: бананы, манго, папайя, ананас, авокадо, киви, брусника, грейпфрут.
С осторожностью — чеснок, лук, сырая и квашеная капуста, сырые без химикатов морковь и свекла, редьки, пророщенное зерно, кроме пшеницы, мягкие сыры. А вот орехи, напротив, являются ингибиторами (блокаторами) ферментов, поэтому, готовя овощные салаты с орехами и семечками, подумайте, что для вас в прерогативе: наслаждение или польза?
Вещества, разрушающие ферменты: яичный белок, проросшая картошка, горох, бобы, чечевица, семечки, поэтому эти продукты лучше употреблять с вареной пищей, где априори уже не будет ферментов.
При нехватке ферментов, помимо того что в кишечнике бактерии и грибы начинают расти на непереваренных остатках пищи, начинаются запоры, болезни, связанные с нарушением обмена веществ (фосфорно-кальциевый обмен): боли в суставах и подагра, образуются кристаллы мочевой кислоты, которая скапливается в суставах.
Правильное пищеварение — это база как для здоровья, так и для развития болезни. Не забывайте об этом всякий раз, размышляя о том, чем бы подкрепиться.
Усвояемость пищи во многом зависит от качества ее переработки в организме человека. Переваривание пищи считается сложным процессом, в котором участвуют высокоактивные соединения белкового происхождения, способные ускорять процесс расщепления белковых, углеводных, липидных молекул до более мелких фрагментов.
Пищеварительные энзимы
Ферменты пищеварительной системы продуцируются клетками желез, секрет которых выделяется в пищеварительный тракт. Процесс расщепления сложных соединений является строго избирательным, поэтому существуют основные группы ферментов, способные воздействовать только на нуклеотидные, белковые, углеводные, жировые молекулы.
Действие пищеварительных ферментов
Ферменты пищеварительного тракта делятся на липазы, протеазы, амилазы, нуклеазы, нуклеотидазы.
Липазами называют ферменты, продуцируемые секреторными клетками в поджелудочной железе и желудке. Основное их назначение заключается в расщеплении липидов и поступлении их в кровь.
Амилазы служат для переваривания углеводных составляющих пищи, чтобы отдельные их фрагменты могли легко проникнуть в кровоток. К таким энзимам относят амилазу и мальтазу в слюне ротовой полости, лактазу в поджелудочном и кишечном соке.
Нуклеазы панкреатического секрета способны расщеплять кислоты нуклеиновые до нуклеотидов, а те в свою очередь под действием нуклеотидаз кишечного сока распадаются на нуклеозиды.
Ферментный состав слюны
В ротовой полости начинается процесс переваривания пищи, который связан с размачиванием сухих частиц слюной и первичным расщеплением углеводных составляющих. Ферменты слюны, в частности амилазы, оказывают воздействие на молекулы крахмала, превращая их в мальтозу. Жиры и белки пищи не подвергаются никаким химическим превращениям в полости рта.
Существуют и такие ферменты слюны, которые способны подвергать разрушению клеточную стенку вредоносных бактерий. Происходит это за счет гидролиза муреиновых структур оболочки. Именно поэтому слюна обладает бактерицидным действием.
Характеристика пищеварительных ферментов
Только соблюдение правильного питания и отсутствие вредных привычек позволит работать органам пищеварения в полную силу.
Подходящей температурой для нормального функционирования энзимов в организме является 36,6-37 градусов. Горячие блюда вызывают ожог слизистой оболочки в пищеводе и разрушение ферментных соединений. Происходит спазм гладких мышц желудочной стенки, вследствие чего неподготовленная пища поступает в 12-перстную кишку. Это приводит к расстройствам кишечника и всевозможным заболеваниям органов пищеварения.
Водородный показатель среды влияет на свойства ферментов, в частности на их активность. При разных концентрациях ионов водорода активные участки ферментного белка и субстрат ионизируются в разной степени.
Специфические свойства ферментов связаны с распознаванием химической структуры веществ, которые подвергаются расщеплению. Даже для двух изомеров одного вещества существуют свои энзимы.
Что такое протеолитические ферменты?
Протеазы являются гидролитическими ферментами, способными расщеплять связи пептидов и белков и восстанавливать полезные бактерии в кишечнике. Наличие химозина и пепсина в желудочном соке, химотрипсина, трипсина, эрепсина в кишечном секрете, карбоксипептидазы в панкреатическом соке говорит о разнообразии протеолитических ферментов.
Благодаря позиционной и субстратной специфичности этих энзимов происходит выбор участок разрыва в длинной пептидной цепочке гидролизуемой белковой или пептидной молекулы.
Протеолитические ферменты, в зависимости от места действия, бывают экзопептидазами, которые способны разрывать концевые связи, и эндопептидазами, осуществляющие гидролиз внутренних связей в белковой молекуле.
Пептидные связи на С- и N-конце белковой цепочки расщепляются карбоксипептидазой и аминопептидазой, относящимися к экзопептидазам. Существуют еще дипептидазы, разрывающие связь в дипептидах.
Эндопептидазы, в зависимости от структуры активного элемента, разделяются на:
- сериновые, в составе их активного центра содержится сериновый и гистидиновый остаток;
- цистеиновые, в составе их активного центра содержится SH-группа от цистеинового остатка;
- карбоксильные, в составе их активного центра содержится СООН-группа от остатка аспарагината;
- металлопротеиназу, в составе активного центра содержится ион металла.
На избирательность действия протеаз влияет аминокислотная структура остатков, их радикалы, пространственная конфигурация субстрата. Большинство протеаз реагируют на определенную структуру аминокислотных остатков, расположенных возле связи, которую разрывают. Например, трипсиновый фермент катализирует расщепление соединения между основными аминокислотами (лизином и аргинином), имеющими карбоксильную группу.
Протеолитические ферменты типа химотрипсина, пепсина реагируют на гидрофобный фенилаланиновый, тирозиновый, триптофановый и лейциновый остаток и разрывают возле них связи. Для действия эластазы поджелудочного сока важно наличие у аминокислотного остатка небольшого бокового ответвления, которые имеются у аланина и серина.
Структура протеолитических ферментов
Молекула протеазы представляет собой линейную цепочку из аминокислот, свернутую в глобулу и обладающую уникальным действием на белки. Поверхность протеолитических ферментов имеет впадину для связывания субстрата.
Несколько белковых цепочек могут объединяться в комплекс, а собранные таким образом глобулы образуют третичную структуру ферментов. Для активации многих протеаз кофакторами являются ионы Са 2+ и Mg 2+ .
Существуют протеолитические ферменты, которые соединены с мембранной оболочкой клеток и воздействуют на определенную белковую структуру. Примером может служить сигнальная протеаза, ответственная за транспорт белковых молекул из клеток в межклеточную область.
Ингибирование протеолитических ферментов
Некоторые заболевания пищеварительной системы вызваны чрезмерной деятельностью протеаз, например, состояние острого панкреатита. Активаторами ферментов, продуцируемых поджелудочной железой, являются цитокиназы. С их помощью образуется трипсин из трипсиногена, происходят превращения проэластазы, калликреиногена, химотрипсиногена в активные формы ферментов. В результате их действия в поджелудочной железе наблюдается переваривание ткани собственным секретом, а затем отек и кровоизлияние этого органа.
Ингибиторы протеолитических ферментов направлены на подавление их ферментативной деятельности. Использование для внутривенных инъекций лекарственных средств на основе тразилола, пантрипина и контрикала позволяет снизить активность протеаз и снять воспалительные процессы в поджелудочной железе.
Острота заболевания во многом зависит от трипсин-ингибиторной системы. При достаточном содержании ингибиторного вещества происходит нейтрализация активированного фермента с восстановлением равновесия. Недостаток ингибитора приводит к дальнейшему развитию заболевания.
Роль протеаз
На многие процессы в организме человека влияет действие протеолитических ферментов. Без их участия не произойдет оплодотворение, свертывание белка крови, фибринолиз, биосинтез белковых молекул, иммунные реакции, гормональная регуляция.
Нарушение работы протеаз вызывает мышечную дистрофию, заболевания аутоиммунного характера, легочную эмфизему, воспаление поджелудочной железы.
На основе протеолитических ферментов разработан ряд препаратов, позволяющих корректировать пищеварение, заживлять ранения и ожоги.
Протеазы применяют для изготовления питания для парэнтерального введения, для производства препаратов на основе гормонов и антибиотических средств.
Получают ферменты из внутренних органов и желез животных (крупный рогатый скот и свиньи) и из растительного субстрата (плодовый латекс дынного дерева).