Ферменты в человеческом организме. Для чего они нужны?

Для усвоения разнообразных пищевых продуктов организм человека вырабатывает 4 основные группы ферментов: протеазы, амилазы, липазы и нуклеазы .

Процесс пищеварения начинается во рту , в тот момент, когда человек пережевывает пищу. 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).

В желудке ежедневно вырабатывается 1,5–2 литра желудочного сока, содержащего пепсин (фермент, расщепляющий белки до пептидов) и HCl – соляную кислоту (пепсин активен только в кислой среде). Кроме того, в желудке есть и другие желудочные ферменты: желатиназа расщепляет желатин и коллаген, основные протеогликаны мяса; амилаза желудка расщепляет крахмал, но имеет второстепенное значение по отношению к амилазам слюнных желез и поджелудочной железы, липаза желудка расщепляет трибутирины масла, играет так же второстепенную роль по отношению к липазе поджелудочной железы.

В двенадцатиперстной кишке желудочный химус обрабатывается желчью и ферментами поджелудочной железы .

Поджелудочная железа вырабатывает около 20 пищеварительных ферментов и проферментов. Основными из них являются:

1. Протеолитические: трипсин, химотрипсин, пептидаза и эластаза (расщепляют белки и пептиды до аминокислот). Выделяются в виде проферментов - трипсиноген и др. (иначе бы произошло самопереваривание железы). Проферменты активируются энтерокиназами в кишечнике.
2. Липолитические: липаза (расщепляет триглицериды до моноглицеридов и жирных кислот; активна только в присутствии желчных кислот, которые эмульгируют жиры) и фосфолипаза (расщепляет фосфолипиды и лецитин).
3. Амилолитические: амилаза (расщепляет крахмал и другие полисахариды до дисахаридов; дисахариды, в свою очередь, расщепляются до моносахаридов ферментами тонкого кишечника - мальтазой, лактазой, инвертазой и др.).
4. Нуклеолитические: рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза (расщепляют нуклеиновые кислоты; их выделяется небольшое количество).

Ферменты поджелудочной железы активны только в щелочной среде. В состав панкреатического сока входят гидрокарбонаты , которые обеспечивают нейтрализацию кислого желудочного содержимого в двенадцатиперстной кишке.

Продукты ферментации проходят через мембрану энтероцитов и всасываются в верхних отделах тонкого кишечника.

В тонком кишечнике присутствует так же масса ферментов:

1. Несколько пептидаз , в том числе:

• энтеропептидаза - превращает трипсиноген в трипсин;
• аланинаминопептидаза - расщепляет пептиды, образовавшиеся из белков после действия протеаз желудка и поджелудочной железы.

1. Ферменты, расщепляющие дисахариды до моносахаридов :

• сахараза расщепляет сахарозу до глюкозы и фруктозы;
• мальтаза расщепляет мальтозу до глюкозы;
• изомальтаза расщепляет мальтозу и изомальтозу до глюкозы;
• лактаза расщепляет лактозу до глюкозы и галактозы.

3. Липаза кишечника расщепляет жирные кислоты.

4. Эрепсин - фермент, расщепляющий белки.

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. Растительные волокна ферментируются микроорганизмами толстого кишечника с образованием ряда полезных веществ (кислот, сахаров) а также небольшого количества газов, которые стимулируют кишечную моторику.

В нашем организме нет ферментов, расщепляющих растительную клетчатку - целлюлазы и гемицеллюлазы.

Представляете, какая армия ферментов работает в нашем организме? И теперь представьте, что будет, если какая-то часть из них перестанет работать, либо перестанет синтезироваться. И что тогда будет? Безвыходных ситуаций не бывает, да и фармацевтическая промышленность стоит на страже! Вот о как-раз мы и поговорим в следующий раз! И выясним заодно, нужны ли они здоровым людям!

В прошлых выпусках, мы говорили об углеводах, жирах, белках. Для получения и использования их из пищи важную роль играют ферменты.

Ферменты делятся на две основные группы: пищеварения и метаболизма.

Ферменты метаболизма катализируют практически все биохимические реакции на клеточном уровне и специфичны для каждого типа клеток. Два наиболее важных метаболических фермента - это супероксиддисмутаза (superoxide dismutase, SOD) и каталаза (catalase). Первый - защищает клетки от окисления, второй - выводит из организма перекись водорода , отход естественного метаболизма.

Ферменты пищеварения отвечают за расщепление пищевых белков, жиров и углеводов на базовые компоненты, абсорбируемые кровью через стенки желудочно-кишечного тракта.

Главный орган выработки ферментов - поджелудочная железа.

Поджелудочная железа - уникальный орган человеческого организма, вырабатываемые ею вещества, участвуют в процессах пищеварения и усвоения питательных веществ на всех этапах. Большая часть клеток этого органа вырабатывает сложный по составу пищеварительный сок, без ферментов которого невозможны процессы пищеварения в тонком кишечнике. Относительно небольшое количество клеток секретирует в кровь гормоны инсулин и глюкагон, которые участвуют в обмене углеродов и регуляции метаболических процессов практически во всех клетках организма, а также схожее по структуре с гормонами вещество липокаин, участвующее в регуляции некоторых биохимических процессах, происходящих в печени.

В составе пищеварительного сока, который вырабатывается внешне секреторными клетками поджелудочной железы, кроме жидкой его составляющей, есть небольшое количество слизи и ферменты, которые непосредственно участвуют в процессе переваривания пищи. Особенностью работы поджелудочной железы является тот факт, что некоторые ферментативные вещества, которые образуются в клетках, первоначально синтезируются в неактивной форме и в таком виде выделяются в проток поджелудочной железы, через который они попадают в общий желчный проток и двенадцатиперстную кишку.

Только в просвете кишечника происходит активизация неактивных ферментов – в противном случае панкреатический сок, компоненты которого отличаются высокой активностью, немедленно после выделения начинали бы переваривание ткани органа. Для активизации ферментов панкреатического сока необходимо наличие в просвете двенадцатиперстной кишки достаточного количества желчи . Под влиянием желчи клетки слизистой начального отдела тонкого кишечника начинают вырабатывать фермент энтерокиназу, которая превращает неактивную форму фермента трипсиноген в активный трипсин, а этот фермент в свою очередь активизирует остальные компоненты пищеварительного (панкреатического) сока.

Непосредственно на процесс регуляции панкреатического сока влияют нервные и гуморальные механизмы, тогда как на его количественный и качественный состав в большей мере влияет состав пищи, которую употребляет человек. Активная выработка ферментов поджелудочной железы начинается непосредственно в момент попадания пищи в просвет кишечника – примерно через 2-3 минуты и продолжается в течение 10-14 часов.

К ферментам поджелудочной железы относятся:

• ферменты, расщепляющие белковый компонент пищи - трипсин, химотрипсин, эрипсин, карбоксипептидаза;
• фермент, расщепляющий жиры пищи - липаза;
• ферменты, расщепляющие углеводы - амилаза, мальтаза, лактаза, инвертаза.

Амилаза

Фермент, необходимый для переваривания углеводной пищи. Амилаза разлагает сложные углеводы крахмал и гликоген до олигосахаридов. В основном образуется в слюнных железах и поджелудочной железе, после этого поступает в полость рта или просвет двенадцатиперстной кишки. Являясь главным ферментом слюны, уже в ротовой полости начинает процесс переваривания углеводной пищи (хлебобулочные изделия, крупы, картофель). Способствуя утилизации глюкозы из крови, обеспечивает сохранение нормальных показателей сахара в крови.

Мальтаза

Пищеварительный фермент слюны и кишечного сока. В малых количествах секретируется поджелудочной железой. Присутствует в печени и крови. Расщепляет мальтозу, образующуюся в организме в результате переваривания крахмала и гликогена, на две частицы глюкозы. Гидролиз мальтазы осуществляется в желудочно-кишечном тракте. Образовавшаяся глюкоза всасывается в кровь, а затем довольно активно принимает участие в метаболизме.

Инвертаза

Инвертаза – фермент, присутствующий в слизистой оболочке тонкой кишки и расщепляющий тростниковый сахар (сахарозу) на простые сахара: глюкозу и фруктозу. Предотвращает брожение и образование газов в кишечнике. Способствует усвоению молока и молочных продуктов. Улучшает работу ЖКТ и нормализует пищеварение.

Лактаза

Один из основных ферментов тонкой кишки, улучшающий усвоение молочных продуктов. Расщепляет лактозу (молочный сахар) до глюкозы и галактозы. При отсутствии или дефиците лактазы в кишечнике усиливаются процессы брожения. Это может стать причиной вздутия живота, диареи и кишечных спазмов. Принятие лактазы вместе с молоком устраняет его непереносимость.

Липаза

Один из самых важных пищеварительных ферментов, необходимый для переваривания, растворения и усвоения жиров. Липаза синтезируется в поджелудочной железе, затем выделяется в кишечник. Действуя в тонком кишечнике, расщепляет насыщенные жиры животной пищи (мясо, молочные и морепродукты), превращая их в легкоусвояемые жирные кислоты. Помогает усвоению жирорастворимых витаминов А, D, E и K.

Протеаза

Группа ферментов, которые вырабатываются поджелудочной железой, присутствуют в желудочном соке и кишечнике. Протеаза способствует расщеплению белков до простых аминокислот, улучшая качество их усвоения. Благодаря этому предотвращается оседание остатков белковой пищи на стенках кишечника, улучшается белковый обмен. Способна разрушать практически любые белки, не являющиеся компонентами живых клеток организма (белковые структуры вирусов, бактерий и других патогенов), улучшая тем самым иммунную защиту организма. Снижает степень воспаления и ускоряет процесс регенерации и восстановления тканей.

Все ферменты поджелудочной железы, которые участвуют в расщеплении белковых соединений , секретируются панкреацитами только в состоянии зимогенов (неактивном виде). В этом случае клетки самого органа оказываются надежно защищенными от самопереваривания, и вся активность этих соединений оказывается направленной непосредственно на переваривание пищи. При выделении панкреатического сока в просвет двенадцатиперстной кишки при условии поддержания в ней щелочной реакции начинается превращения неактивного трипсиногена в активный трипсин.

Необходимыми составляющими этого процесса становятся наличие достаточного количества желчи, обеспечивающей нужную реакцию среды и устраняющей влияние соляной кислоты, поступающей в тонкий кишечник из желудка, и выделение энтерокиназы, которая непосредственно запускает процесс трансформации трипсиногена. Все остальные превращение происходят уже под влиянием самого трипсина – он запускает аутокаталитический процесс активации остальных ферментов, участвующих в переваривании белковых соединений.

После своего превращения химотрипсин, трипсин и эластаза начинают разрушение пептидных связей в крупных белковых молекулах, а уже карбоксипептидазы расщепляют образовавшиеся на первом этапе низкомолекулярные пептиды на простые аминокислоты. Некоторые из них в таком виде всасываются в кровь через стенку тонкой кишки, тогда как другие молекулы продолжают расщепляться под влияние ферментов дезоксирибонуклеазы и рибонуклеазы.

Переваривание жиров запускает воздействие на них фермента липазы, которая в просвет кишечника выделяется уже в стадии частичной активации, но для достижения максимального эффекта необходима реакция этого фермента с колипазой и образование достаточно сложного по составу их комплекса и солями жирных кислот. Необходимо помнить, что жиры будут перевариваться только в том случае, если они образуют тонкую пленку (эмульгируются) на поверхности какого-то другого вещества – только в этом случае произойдет разложение жиров пищи на жирные кислоты и моноглицериды. Именно поэтому при недостатке желчи вообще или изменении ее качественного состава нормальное усвоение липидов в организме невозможно.

Дальнейшее переваривание жиров происходит в просвете кишечника – под воздействием холестеразы сложные холестериды разлагаются на холестерин и жирные кислоты, а для переваривания фосфолипидов необходимо воздействие на пищевой комок фосфолипазы А2 . конечными продуктами переваривания липидов становятся жирные кислоты и изолецитин, которые уже беспрепятственно могут пройти через стенку клеток тонкого кишечника и в таком виде всосаться в кровь человека.

Для переваривания углеводных соединений обязательно присутствие амилазы, которая начинает процесс разложения сложных сахаров (крахмала) на декстрин, мальтозу и мальтотриозу. Небольшое количество амилазы есть в слюне, но основное количество этого вещества должно синтезироваться клетками поджелудочной железы. Остальные вещества, которые участвуют в трансформации углеводов (мальтоза и инвертаза), способны действовать только в том случае, когда уже произошло расщепление крахмала на дисахариды. Несколько обособлено действует фермент лактоза, присутствие которой необходимо для нормального переваривания молочного сахара. Всасывание любых углеводов, возможно, только после их расщепления до состояния простого сахара – глюкозы, молекулы которого могут проходить через стенку кишечника и в таком виде поступать в кровь.

Регуляция процесса пищеварения – это очень сложный процесс, эффективность которого зависит от множества факторов, и ферменты железы являются его незаменимыми компонентами.

.

Как видите, без ФЕРМЕНТОВ организм не сможет полноценно функционировать. Смотрите так же:

А значит полноценное питание - вот благо

Активность ферментов группы мальтаз у рыб из низовья несколько выше, причем у самок выше, чем у самцов, но различия в большинстве случаев статистически недостоверны. Диапазон Колебания и коэффициент вариации этого показателя у всех групп рыб близок. Отсутствуют также существенные различия в величине уровня активности щелочной фосфатазы. Особого внимания заслуживают данные, полученные при иследовании сахаразы. Оказалось, что уровень активности этого фермента у самцов и самок из верховья в 1.5 и 1.4 раза выше, чем у рыб из устья. При этом важно отметить, что достоверно (р [ ...]

Другой фермент на углеводы - мальтаза - был найден в кишечнике карпа и не обнаружен у щуки. Причем оказалось, что в кишечнике ее в 10 раз меньше, чем в поджелудочной железе.[ ...]

Фонк установил, в каких соотношениях амилаза и мальтаза находятся в поджелудочной железе и в кишечнике. Так, например, он нашел, что у карпа соотношение амилазы и мальтазы равно 10: 25. У щуки эти ферменты содержатся в очень малом количестве. Всего мальтазй у карпа в 1000 раз больше, чем у щуки. По-видимому, переваривание углеводов в кишечнике происходит за счет сока поджелудочной железы у тех рыб, у которых много мальтазы находится в поджелудочной железе.[ ...]

В настоящее время не ясно, чем обусловлена более высокая общая амилолитическая активность и активность мальтазы у рыб из устьевой группировки. Однако не исключено, что это связано с более продолжительным обитанием последних в более глубоких участках водоема, которые в меньшей степени обеспечены кислородом. В силу этого и рыбы, и их кормовые объекты в большей степени нуждаются в углеводных компонентах, способствующих протеканию анаэробных процессов (гликолиз, гликогено-лиз и др.). Данные по сахаразе интерпретировать трудно ввиду сложной регуляции активности этого фермента и возможного доминирующего влияния стрессорных агентов.[ ...]

Наблюдается следующая зависимость: если в поджелудочной железе содержится много амилазы, то в кишечнике мало мальтазы.[ ...]

Ферменты обладают строго специфичным действием. Многие из них действуют только на одно вещество. Например, углевод лактоза расщепляется только одним ферментом - лактазой а углевод мальтоза - тс>лько ферментом мальтазой. Другие ферменты действуют на группу сходных веществ, влияя на определенные химические связи. Например, липаза действует на различные жиры, расщепляя химические связи между жирными кислотами и глицерином.[ ...]

Приспособительные изменения синтеза и выделения пищеварительных ферментов закономерно обнаруживаются и в процессе индивидуального развития организма. Так, у детенышей млекопитающих в сосунковом периоде в тонких кишках выделяется лишь фермент лактаза, гидролизующая молочный сахар, а ферменты сахараза и мальтаза, расщепляющие другие сахара - сахарозу и мальтозу, крайне низко активны или отсутствуют. При переходе же на самостоятельное питание выделение и активность этих ферментов возрастают в результате усиления синтеза их ферментативных белков.[ ...]

Механизм переваривания и всасывания пищи у рыб принципиально не отличается от такового у наземных животных. Желудочное пищеварение у них осуществляется с помощью пепсина и соляной кислоты, а у мирных рыб весь процесс переваривания пищи происходит в кишечнике. Пристеночное пищеварение и всасывание происходят в зоне щеточной каемки кишечного эпителия.[ ...]

Номенклатура и классификация ферментов. Случайные названия, которые раньше давали ферментам, стали неудобны, когда количество открытых ферментов возросло. Было принято правило (Дюкло) название фермента составлять из корня слова, обозначающего соединение (субстрат), на которое данный фермент действует, с добавлением к нему суффикса - аза (например, ферменты, действующие на сахара - мальтозу, лактозу, называются мальтаза, лактаза и т. д.). Только ферментам, вызывающим глубокий распад органических веществ, даются названия по характеру их действия: например, дегидраза, окси-даза. Однако сохранились и произвольные названия ферментов, как трипсин, пепсин. В настоящее время известно около 600 различных ферментов. Принято классифицировать ферменты по их действию, причем принимается во внимание также и их химическая структура. Все ферменты делятся на несколько больших групп, каждая из которых распадается на ряд подгрупп. Ниже приведена сокращенная классификация, включающая в основном ферменты, которые чаще всего встречаются у микроорганизмов и имеют для них наиболее важное значение.[ ...]

Количество пыльцы в пыльниках многих покрытосеменных растений (особенно анемофильных) очень велико. Так, одно растение кукурузы в среднем способно производить до 50 млн. пыльцевых зерен. Главнейшие запасные вещества зрелой пыльцы- крахмал и жиры. У некоторых видов отмечено также наличие неорганических веществ, в частности фосфора, железа, меди, магния, натрия, кальция и некоторых других.[ ...]

Возбудителями спиртового брожения являются различные виды специально культивируемых дрожжевых микроорганизмов. Кроме дрожжей, спиртовое брожение могут вызывать некоторые виды дрожжеподобных грибков, плесневых грибов и бактерий. Эти процессы проходят лучше при некотором доступе воздуха.

Мы говорили уже, что пища подвергается механической и химической обработке. В полости рта основную роль играет подготовительная механическая обработка - превращают пищу в мелко растертую влажную кашицу. Однако уже и во рту начинается - под действием слюны и ее ферментов - расщепление сложных углеводов. Крахмал хлеба, картофеля, различных групп под действием фермента амилазы превращается в мальтозу. Углевод этот состоит всего из двух частичек глюкозы, которые тут же под действием фермента мальтазы расщепляются с образованием моносахарида глюкозы. По опыту жизни мы знаем, что, действительно, если задержать во рту, он постепенно приобретет сладковатый вкус. Однако обычно пища надолго во рту не задерживается, и слюны, проглоченные вместе с пищевым комком, продолжают свою работу уже в желудке. Это очень важно, ибо желудочный сок на не действует. Его главными частями являются фермент пепсин и гастриксин, расщепляющие , и , без которой эти ферменты на белки практически не влияют. Пробыв в желудке 3-8 часов, пища переходит в тонкие кишки, по которым продвигается примерно в течение 6-7 часов, подвергаясь действию ферментов поджелудочного и кишечного соков. Особенно велико значение сока поджелудочной железы, который, как видно из прилагаемой таблицы, влияет и на белки, и на , и на углеводы. Не случайно люди с резко пониженной желудочной секрецией могут жить и работать - их спасает деятельность поджелудочной железы. Поджелудочного сока меньше, чем других соков, но он является самым ценным. Однако как ни ценен поджелудочный сок, без кишечного сока и желчи он не может проявить свою силу. С одной стороны, в лабораториях Павлова было открыто, что сам по себе трипсин, содержащийся в соке поджелудочной железы, будучи получен прямо из ее протока, не действует на белки. Стоит ему, однако, соприкоснуться со слизистой оболочкой кишки, хотя бы с тем ее кусочком, который окружает пришитое к коже отверстие протока, и трипсин приобретает всю свою силу. Оказалось, что железы кишечника вырабатывают фермент фермента - энтерокиназу, которая и превращает трипсиноген в активную форму. Вспомним, что и пепсин сам по себе мало активен и приобретает силу лишь там, где к нему прибавляется соляная кислота. И то, и другое биологически оправдано. Если бы пепсин и трипсин вырабатывались сразу в активной форме, они расщепили бы белки тех клеток, которые их вырабатывают. желудка и поджелудочная железа пали бы жертвами собственных соков.

Таким образом, с одной стороны, поджелудочному соку помогает кишечный сок, с другой стороны, ему помогает желчь. Именно она позволяет нормально переваривать и всасывать жиры. Хотя в желчи нет ферментов, она активирует действие расщепляющих жир ферментов поджелудочного сока. Недаром при заболеваниях печени организм плохо усваивает жирную пищу.

Возвращаясь к кишечному соку, следует указать, что он, помимо помощи трипсина, имеет и самостоятельное значение. Именно он расщепляет один из важнейших продуктов питания - . Только кишечным соком расщепляется и важнейший углевод молока - молочный сахар, .

Мы говорили уже, что химической обработке пищи способствует механическая ее обработка, осуществляемая благодаря движениям стенок пищеварительного тракта. Здесь отмечаются движения в основном двух видов. Во-первых, происходят так называемые маятникообразные сокращения, при которых определенный отрезок кишки становится то тоньше и длиннее, то толще и короче. При этом заключенная в нем пищевая кашица энергично перемешивается. Во-вторых, происходит так называемая перистальтика - в направлении от желудка к кишечнику пробегают во всей длине пищеварительной трубки волны сокращения мышц, продвигающие пищевую массу все дальше и дальше по узкому «коридору» пищеварительного тракта. В общей сложности пища тратит на прохождение всей этой трассы около суток. У травоядных животных, имеющих гораздо более длинный кишечник, время прохождения пищи значительно больше. Пищевые остатки выбрасываются у них через несколько суток после приема пищи (у овцы - через неделю).

В результате процесса около 90 % содержащихся в пище ценных питательных веществ расщепляется и превращается в усвояемые для организма продукты. Значение тонкой кишки состоит не только в. том, что в ней завершается процесс переваривания пищи, но и в том, что здесь происходит ее всасывание. Слизистая оболочка кишки имеет бархатистый вид из-за массы крохотных выпячиваний ее, которые так и называются ворсинками. Этим поверхность слизистой оболочки увеличивается в 300-500 раз. В каждую ворсинку входят кровеносные и лимфатические сосуды, в которые и поступают, всасываются продукты переваривания пищи, а также ряд прочих веществ пищи, не нуждающихся в переваривании - вода, соли и витамины. Поступают и некоторые вещества, подчас вредные для организма.