Ферменты и их роль в организме человека – биология

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.

Ферменты в организме

Ферменты являются натуральными биокатализаторами, которые производятся в клетках всех живых организмов. Их задача превратить получаемую организмом пищу в энергию и сделать так, чтобы этак энергия использовалась для его нужд. Для поддержания здоровья человеку необходимо присутствие в организме всех ферментов в определенном количестве, чтобы они были на своих местах в нужное время. Помешать естественному синтезу ферментов в организме могут такие факторы, как неблагоприятная окружающая среда, перенесенные инфекции и заболевания, недостаток в пище микроэлементов, витаминов и белка. Кроме того, чем старше становится человек, тем меньше в его организме производится ферментов.

Функции ферментов

Каждый из ферментов обладает свойством выполнять определенную функцию и не затрагивать другие, т.е. обладает специфичностью.

Так, ферменты, расщепляющие белки, действуют только на них. Эту группу ферментов называют протеазами. К ним относятся пепсины, желатиназа, химозин желудка, трипсин и химотрипсин поджелудочной железы, энтерокиназа из желез стенок кишок.

Ферменты, расщепляющие жиры, называют липазами. Наиболее активны липазы, выделяющиеся с соком поджелудочной железы.

Третья группа пищеварительных ферментов — амилазы (карбогидразы). Они расщепляют углеводы. К ним относятся птиалин и мальтаза слюны, амилаза, мальтаза и лактаза поджелудочной железы.

Здесь названы лишь основные ферменты. На самом деле их больше. При всем многообразии они обладают упорядоченной последовательностью действия на вещества. Так, начальные этапы расщепления углеводов происходят в полости рта, последующие — в желудке, а затем — в кишках. Расщепление белков начинается в желудке под действием пепсина, а продолжается в кишках под действием других протеаз.

Ферменты функционируют только при определенных условиях среды: pH, температуре, наличии ряда веществ и пр.

Так, фермент желудочного сока — пепсин — действует в резко кислой среде, его оптимум при pH=1,5-2,5. Действие липаз эффективней, если жиры эмульгированы. Роль эмульгатора выполняет желчь. Для работы ферментов кишок необходима щелочная среда. Предпочтительная температура для их нормальной работы — +36-37°С.

Если почему-либо изменяются условия в пищеварительном канале, ферменты снижают свою активность, что приводит к нарушению пищеварения, заболеваниям.

Перечень основных видов ферментов

Есть несколько ферментов, чьи названия установились в длительном процессе использования: это птиалин, пепсин, трипсин и эрепсин. Наряду с этим, ферменты обычно называют, добавляя суффикс к корню названия субстрата, на котором они действуют. Таким образом, амилаза воздействует на крахмал (amilum), лактаза – на лактозу, липаза – на липиды, мальтаза – на мальтозу, а протеаза – на белок. Однако, существует ряд ферментов, по-разному действующих на разные вещества. Их названия основаны на функциях, а не на названиях субстратов. Например, фермент, вызывающий дезаминирование, называется дезаминазой, а окисляющий фермент – оксидазой.

Некоторые ферменты работают эффективно только при условии наличия другого специфического вещества, в дополнение к субстрату. Это вещество называют активатором или коферментом. Такие вещества обычно представляют собой неорганические ионы. Они повышают активность ферментов и могут участвовать в формировании комплекса «фермент-субстрат». Многие коферменты связаны с витаминами. Это объясняет, почему недостаток витаминов глубоко меняет метаболизм. Например, тиамин в форме пирофосфата тиамина действует как активатор, по меньшей мере, для 14 ферментов. Активаторы, как и ферменты, постоянно производятся в клетках.

Читайте также:  Семена льна для похудения,  как принимать

Ферменты играют решающую роль в пищеварении, поскольку они провоцируют химические изменения, происходящие с пищей в процессе переваривания. Эти изменения включают расщепление больших молекул белков, углеводов и жиров на более мелкие, а также преобразование сложных веществ в простые, которые могут всасываться в кишечнике. Ферменты также контролируют многочисленные реакции, в ходе которых эти простые вещества используются организмом для создания новых тканей и выработки энергии. Ферменты при этом не разрушаются и не подвергаются изменениям, и по завершении реакции остаются столь же мощными, как были вначале. Кроме того, небольшое их количество способно обработать значительный объём пищевого материала. То есть, ферменты – настоящие катализаторы.

Процесс пищеварения начинается во рту. Выделяющаяся в ротовой полости слюна не только облегчает пережёвывание пищи, а ещё и содержит фермент птиалин, который начинает химический процесс переваривания. Он также инициирует катаболизм (расщепление) углеводов путём преобразования крахмала в простой сахар. Этим объясняется необходимость тщательного пережёвывания крахмалистой пищи. Если этого не делать, птиалин не сможет выполнять свои функции, так как он активен в щелочной, нейтральной или слабокислой среде, а в кислоте желудочного сока его активность блокируется.

Хотя ферменты начинают действовать, когда пища ещё в процессе пережёвывания, переваривание как таковое начинается только тогда, когда пережёванная пища прошла через пищевод и попала в желудок. Одновременно с физическим воздействием перистальтики, которая перемешивает твёрдую пищу в мягкую аморфную субстанцию (химус), пищевая масса подвергается химической обработке соком, выделяемым стенками желудка. Этот сок состоит из слизи, смазывающей желудок, соляной кислоты и собственно желудочного сока. Фермент пепсин – активный компонент желудочного сока, который в сочетании с соляной кислотой расщепляет белок на легкоусвояемые аминокислоты – полипептиды. В желудке детей есть очень важный дополнительный фермент – ренин, который сворачивает молоко и делает его доступным для обработки пепсином. Желудочный сок никак не воздействует на крахмалы и жиры.

Когда химус попадает из желудка в тонкую кишку через нижний выходной клапан, большую его часть всё ещё составляет сырая пища, не готовая к усвоению организмом. Переваривание завершается в тонком кишечнике с помощью кишечных соков. Из печени в кишечник попадает жидкость, называемая желчью, которая преобразует шарики жира в однородную эмульсию.

Перечень основных видов ферментов

Поджелудочная железа выделяет различные ферменты, которые продолжают расщеплять белки и преобразовывать крахмал в сахар, а также помогают желчи в переваривании жиров. Внутренние стенки тонкой кишки сами вырабатывают ферменты для завершения пищеварительных реакций. Когда все ферменты выполнили свои функции, пища остаётся переваренной и готовой для усвоения организмом. В таблице 3 кратко изложена химическая схема переваривания углеводов, жиров и белков различными ферментами.

Таблица 1. Химическая схема переваривания углеводов, жиров и белков различными ферментами.

Список литературы:

  1. Yao L. H. et al. Flavonoids in food and their health benefits //Plant foods for human nutrition. – 2004. – Т. 59. – №. 3. – С. 113—122.
  2. Доктор Вестон Прайс, Школа Здоровья. Питание и физическая дегенерация. Сравнение примитивной и современной диеты и их последствия на здоровье человека.
  3. Howell E. Enzyme nutrition: the food enzyme concept. – Penguin, 1995.
  4. Potter N. N., Hotchkiss J. H. Food science. – Springer Science & Business Media, 2012.

Просмотров: 67

Ферменты. Их роль в жизнедеятельности клетки

Ферменты (энзимы) — это специфические белки, которые присутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов.

Читайте также:  Мускатный орех: состав, польза и противопоказания

Химические реакции в живой клетке протекают при определенной температуре, нормальном давлении и определенной кислотности среды. В таких условиях реакции синтеза ила распада веществ протекали бы в клетке очень медленно, если бы не подвергались воздействиям ферментов.

Все процессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с участием ферментов. Например, под их действием составные компоненты пищи (белки, углеводы, липиды) расщепляются до более простых соединений, из которых синтезируются новые, свойственные данному виду макромолекулы.

Поэтому нарушения образования и активности ферментов нередко ведут к возникновению тяжелых болезней.

По пространственной организации ферменты состоят из нескольких полипептидных цепей и обычно обладают четвертичной структурой.

Кроме того, ферменты в своем составе могут иметь и небелковые структуры. Белковая часть носит название апофермент, а небелковая — кофактор или кофермент (коэнзим).

Предшественниками многих коферментов являются витамины.

Ферментативный катализ подчиняется тем же законам, что и неферментативный (в химической промышленности), однако в отличие от него характеризуется высокой степенью специфичности (фермент катализирует только определенную реакцию или действует только на один тип связи).

Этим обеспечивается тонкая регуляция всех жизненно важных процессов (дыхание, пищеварение, фотосинтез и др.), протекающих в клетке и организме.

Ферменты. Их роль в жизнедеятельности клетки

Например, фермент уреаза катализирует расщепление лишь одного вещества — мочевины (H2N—СО—NH2 + Н2O → 2NH3 + СO2), не оказывая каталитического действия на структурно-родственные соединения.

Специфичность действия ферментов объясняет теория активного центра. Согласно ей, в молекуле каждого фермента имеется один или более участков, обеспечивающих специфическое взаимодействие фермента и вещества (субстрата). Активным центром выступает или функциональная группа (например, ОН-группа серина), или отдельная аминокислота.

Обычно же для каталитического действия необходимо сочетание нескольких (в среднем от 3 до 12) расположенных в определенном порядке аминокислотных остатков. Активный центр может также формироваться ионами металлов, витаминами и другими соединениями небелковой природы — коферментами, или кофакторами.

Под действием фермента происходит ослабление химических связей субстрата, и катализируемая реакция протекаете меньшей начальной затратой энергии, а следовательно, с большей скоростью. Например, одна молекула фермента каталазы может расщепить за 1 мин.

более 5 млн молекул пероксида водорода (H2O2), являющегося продуктом окисления в организме различных соединений.

На заключительном этапе химической реакции фермент-субстратный комплекс распадается с образованием конечных продуктов и свободного фермента, который вновь связывается с молекулами субстрата.

Скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов: природы и концентрации фермента и субстрата, температуры, давления, кислотности среды, наличия ингибиторов и т. д. Например, при температурах, близких к нулю, скорость биохимических реакций замедляется до минимума.

Это свойство широко используется в различных отраслях народного хозяйства, особенно в сельском хозяйстве и медицине.

В частности, консервация различных органов (почки, сердце, селезенка, печень) перед их пересадкой больному происходит при охлаждении, чтобы снизить интенсивность биохимических реакций и тем самым продлить время жизни органов.

Пищеварение в желудке

Желудок — самый расширенный отдел пищеварительной трубки ёмкостью до трёх литров. Размеры и форма желудка изменяются в зависимости от количества принятой пищи и степени сокращения его стенок. В местах впадения пищевода в желудок и перехода желудка в тонкий кишечник имеются сфинктеры (сжиматели), регулирующие движение пищи.

Читайте также:  Витамин U: где содержится, инструкция по применению

Слизистая оболочка желудка образует продольные складки и содержит большое количество желёз (до 30 млн). Железы состоят из трёх типов клеток: главных (вырабатывающих ферменты желудочного сока), обкладочных (выделяющих соляную кислоту) и добавочных (выделяющих слизь).

Сокращениями стенок желудка пища перемешивается с соком, что способствует её лучшему перевариванию. В процессе переваривания пищи в желудке участвует несколько ферментов. Главный из них пепсин. Он расщепляет сложные белки на более простые, которые подвергаются дальнейшей переработке в кишечнике. Пепсин действует только в кислой среде, которая создаётся соляной кислотой желудочного сока. Большая роль отводится соляной кислоте в обеззараживании содержимого желудка. Другие ферменты желудочного сока (химозин и липаза) способны переваривать белок и жиры молока. Химозин створаживает молоко, благодаря чему оно дольше задерживается в желудке и подвергается перевариванию. Липаза, имеющаяся в незначительном количестве в желудке, расщепляет только эмульгированный жир молока. Действие этого фермента в желудке взрослого человека выражено слабо. Ферментов, действующих на углеводы, в составе желудочного сока нет. однако значительная часть крахмала пищи продолжает перевариваться в желудке амилазой слюны. Слизь, выделяемая железами желудка, играет важную роль в защите слизистой оболочки от механических и химических повреждений, от переваривающего действия пепсина. Железы желудка выделяют сок только во время пищеварения. При этом характер сокоотделения зависит от химического состава употребляемой пищи. После 3–4 часовой обработки в желудке пищевая кашица маленькими порциями поступает в тонкий кишечник.

Как понять, что ферментов в организме недостаточно?

Если в течение 30 минут — часа после еды ощущаем тяжесть в области живота, ноющую боль, распирание в животе, вздутие, урчание, запах в туалете, неправильно сформированный стул, следы на унитазе (простите за подробности), если вас клонит ко сну — проанализируйте содержимое своей тарелки!

Последствия: от недополучения питательных веществ, до серьезных заболеваний.

Нужно помнить, что еда — это ещё и вкусное лекарство. Практически все можно отрегулировать правильным питанием, восполнением дефицита на клеточном уровне (правильные БАД) и разумным подходом!

Усвоение витамина А из пищи

Внимание! Беременность НЕ является состоянием, которое значительно повышает потребность в этом веществе. Она возрастает не до такой степени, чтобы нужно было дополнительно в больших количествах его принимать. Витамина А в составе питания и в комплексах для беременных будет более чем достаточно. Если же создать «передозировку», особенно на ранних сроках беременности, это грозит появлением пороков развития у плода. Будьте осторожны!

Из растительных источников в ЖКТ всасывается примерно треть провитамина А. Для повышения его усвоения рекомендуется одновременно с растительной пищей, богатой каротиноидами, употреблять жирные продукты. Например, в морковный сок желательно добавлять немного подсолнечного или оливкового масла. Животные источники поставляют витамин в форме, которая усваивается почти полностью.