On-line-Wellness.com

Введение в Велнес

Наше Здоровье

Нутрициология - наука о питании

Как Похудеть?

Основы Нутрициологии (Книги)

Об авторе сайта

ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЙ КОНВЕЙЕР ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА

Современная классификация и характеристика пищеварительных ферментов.

Что такое ферменты? Роль ферментов в организме человека.

История применения ферментных препаратов

От авторов


Пользовательского поиска

Современная классификация и характеристика пищеварительных ферментов.

Автор: Дружинин П.В. РУДН. Новиков Л.Ф. РУДН. Лысиков Ю.А. НИИ Питания РАМН

Дата: 2011-10-28

В данной книге нас в большей степени интересуют именно ферменты-разрушители - гидролазы.
Ферменты-гидролазы относятся к числу наиболее распространенных ферментов в организме человека и присутствуют во всех органах и тканях. Процессы разрушения (гидролиза) происходят постоянно и повсеместно.
Разрушаются клетки, завершившие свой жизненный цикл, инфицированные и дефектные клетки, кроме того необходима утилизация субклеточных и внеклеточных структур, различных макромолекул, в том числе, тех же ферментов.
Иммунологические процессы и аллергические реакции всегда сопровождаются деградацией белковых или пептидных медиаторов аллергических процессов, иммунных комплексов, чужеродных антигенов. Свертывающая система крови также имеет свои ферменты, которые разрушают тромбы или сгустки фибрина.
Воспалительные процессы в организме и травматические повреждения органов и тканей также нуждаются в ферментах, которые должны разрушать поврежденные клетки и внеклеточный матрикс, инактивировать медиаторы воспаления и токсические вещества.

Значительное количество гидролитических ферментов в организме человека сосредоточено в системе пищеварения, основной задачей которой является переваривание - разрушение и расщепление до простых (элементарных) соединений, поступающих извне пищевых веществ, которые представляют собой сложные макромолекулярные или более крупные структуры. Основная задача системы пищеварения заключается в том, чтобы превратить крупные молекулы нутриентов и ксенобиотики - вредные и опасные для человека вещества (токсические или аллергенные пищевые и непищевые вещества)- в более простые и безопасные. Только в такой форме они могут быть перенесены через кишечный барьер во внутреннюю среду организма. При этом белки будут перевариваться до аминокислот, полисахариды и дисахариды - до простых сахаров (глюкозы, фруктозы, галактозы), триглицериды - до моноглицеридов и жирных кислот, нуклеиновые кислоты - до мононуклеотидов и т.д. Основную роль в этом процессе будут играть пищеварительные ферменты, которые специализируются в отношении переваривания различных по своей химической структуре пищевых субстратов, а в ряде случаев осуществляют последовательную деградацию пищевых веществ, разрушая их на все более мелкие молекулы.
Отметим, что точно такие же или близкие по структуре к пищеварительным ферментам ЖКТ ферменты гидролазы работают и во внутренней среде организма, осуществляя то, что можно назвать эндогенным пищеварением - разрушая и переваривая белковые и небелковые структуры и соединения в крови, в лимфе и в межклеточном пространстве органов и тканей.
Еще одна группа гидролитических ферментов находится внутри клеток, например, в лизосомах - специализированных внутриклеточных структурах, в которых находятся десятки различных гидролитических ферментов, способных разрушать очень многие вещества. Богаты гидролитическими ферментами и особые клетки-фагоциты, например, макрофаги, основной задачей которых является захват и разрушение чужеродных микроорганизмов, погибших клеток самого организма, переваривание других веществ.
Все пищеварительные ферменты ЖКТ можно разделить на группы в зависимости от вида пищевых веществ, которые они переваривают. Но даже внутри этих групп существуют ферменты, которые будут различаться по своей более узкой субстратной специфичности - способности переваривать (расщеплять) определенные группы белковых, углеводных, липидных или других макромолекул.

Ферменты, которые расщепляют (переваривают), белковые макромолекулы называют протеазы. Большинство из них могут разрывать белковую цепь где-то посередине, как топор раскалывает полено. Поэтому их называют еще эндопептидазы. К ним относят: пепсины, трипсин, химотрипсин, эластазу, энтерокиназу. Пепсины секретируют главные клетки желудочных желез, они представляют группу ферментов. Ферменты трипсин, химотрипсин и эластаза секретируются поджелудочной железой. Несмотря на разную субстратную специфичность, совместное действие трипсина и химотрипсина дает больший эффект, чем их раздельная работа, поскольку они разрывают большее число пептидных связей.
Энтерокиназа относится к кишечным ферментам и образуется эпителиальными клетками тонкой кишки. Одна из основных ее функций заключается в том, чтобы активировать панкреатический фермент трипсиноген, переводя его из неактивной формы в активную - трипсин. В свою очередь трипсин переводит в активную форму проферменты трипсиноген, проэластазу, прокарбоксипептидазу и другие.
Вторая группа протеаз как бы "откусывает" - отщепляет по одной аминокислоте с того или иного конца молекулы белка или пептида. Эти ферменты называют экзопептидазы. К ним относят карбоксипептидазу, аминопептидазу, дипептидилпептидазу, трипептидазу и целую группу дипептидаз. Две последние группы ферментов связываются лишь с ди или трипептидами, которые содержат две или три аминокислоты. Карбокси - и аминопептидаза, а также дипептидилпептидаза относятся к числу панкреатических ферментов. Однако ди, трипептидазы и карбоксипетидазу также вырабатывают эпителиальные клетки тонкой кишки.
Поджелудочная железа секретирует ингибитор трипсина, который защищает поджелудочную железу от преждевременной активации трипсина и других протеиназ и участвует в регуляции активности этих ферментов в просвете кишки. Следует отметить, что в некоторых продуктах питания, как, например, сое и других бобовых в достаточно большом количестве присутствует растительный ингибитор трипсина и ингибитор амилазы. По этой причине употребление в пищу больших количеств сырых или недостаточно обработанных бобовых может привести к снижению активности панкреатических ферментов.

Ферменты, расщепляющие липиды называют липазы. Их несколько групп. Липаза из первой группы секретируется слюнными железами и называется лингвальная   липаза. Другая группа липаз секретируется в желудке - желудочная липаза и обладает способностью работать в кислой среде желудка. Третья, наиболее многочисленная группа липаз поступает в просвет кишки в составе секрета поджелудочной железы. Панкреатическая липаза расщепляет пищевые триглицериды, которые составляют около 90% пищевых жиров. В зависимости от типа липидов в их гидролизе участвуют разные липазы. Триглицериды расщепляют липазы и триглицеридлипаза, холестерин и другие стерины - холестеролаза, фосфолипиды -фосфолипаза.
Для работы липолитических ферментов необходимы желчные кислоты, которые секретируются печенью и переводят гидрофобные (нерастворимые в воде) молекулы липидов в растворимую форму. Поэтому при снижении секреции желчных кислот всегда нарушается работа липолитических ферментов и уменьшается всасывание липидов. По этой причине в некоторые ферментные препараты, содержащие липазу, дополнительно включают и желчные кислоты.
К числу ферментов, расщепляющих крахмалистые углеводы (крахмал и амилозу), относят а-амилазу и а-глюкозидазу, которые секретируется слюнными железами. Но основное количество а-амилаз вырабатывает поджелудочная железа. Дисахариды расщепляют дисахаридазы, которые отличаются специфичностью в отношении разных дисахаридов. Сахаразу расщепляет сахараза, мальтозу - мальтаза, которые относятся к классу а-глюкозидаз, разрывая а-связь в молекулах сахарозы и мальтозы. Молочный сахар (лактозу) расщепляет фермент лактаза, которая является в-галактозидазой и разрывает связь между глюкозой и галактозой в молекуле лактозы.
Нуклеиновые кислоты расщепляет особая группа ферментов, которые присутствуют в секрете поджелудочной железы - ДНК-аза и РНК-аза. Фосфатную группу от разных органических молекул отщепляет фермент щелочная фосфатаза, которая секретируется слюнными железами, поджелудочной железой и эпителиальными клетками тонкой и толстой кишки.
Таким образом, в ЖКТ работают десятки пищеварительных ферментов разных классов, которые выделяют три основных группы больших пищевари­тельных желез и эпителиальные клетки тонкой и толстой кишки (Таблица 1).

Таблица 1. Объем секреции пищеварительных желез и кишечной секреции у человека.
1

Органы секреции ЖКТ

Объем секреции (литры)

Слюнные железы

1,0-1,5

Желудочные железы

2,0-3,0

Печень (желчь)

0,6

Поджелудочная железа

1,5-2,5

Бруннеровы железы

0,2

Тонкая кишка

5,0-10,0

Суммарный объем секреции

10,3-17,8

 

 

Таблица 2. Основные гидролитические ферменты пищеварительных желез и клеток тонкой и толстой кишки (Коротько Г.Ф., 2005).

Гидролизуемые субстраты

Слюнные железы

Желудочный сок

Поджелудочная железа

Эпителиальные клетки тонкой и толстой кишки

УГЛЕВОДЫ

а-амилаза а-гпюкозидаза

нет

а-амилаза

а-глюкозидаза глюкоамилаза $-галактозидаза

БЕЛКИ

Саливаин Гпандулаин Калликреин Катепсины

Пепсин 1 Пепсин 11

Трипсин Химотрипсин Карбоксипептидаза Эпастаза

Энтерокиназа Карбоксипептидаза Аминопептидаза Олиго- три- и дипептидазы

ЛИПИДЫ

Липаза Мурамидаза

Липаза

Липазы Колипаза Фосфолипаза Эстераза

Моноглицеридлипаза Карбоксиэстераза

Нуклеиновые кислоты и др. субстраты

фосфатазы

нет

РНК-азы ДНК-аза фосфатаза

РНК-азы ДНК-аза Щелочная фосфатаза

 


Как правило, в системе пищеварения и в других органах и системах организма образуется больше ферментов, чем это требуется для реальных потребностей. Например, поджелудочная железа и тонкая кишка вырабатывают в несколько раз больше пищеварительных ферментов, чем это необходимо для переваривания съедаемого количества пищи. Большая длина тонкой кишки - до 3-5 метров также является своего рода резервом, который значительно увеличивает пищеварительную поверхность, а также позволяет увеличить продолжительность пищеварения. Тем самым организм страхует себя от различного рода сбоев и нарушений в работе различных отделов системы пищеварения. Это также позволяет ему достаточно успешно адаптироваться (приспосабливаться) к произвольному изменению (часто необоснованному) химического состава пищи, объема пищевого рациона и режима питания.

Высокая, явно "избыточная" активность пищеварительных ферментов гарантирует высокую надежность пищеварения. Но система пищеварения участвует также в переваривании и всасывании не только той пищи, которую мы съедаем, но и эндогенных (собственных) веществ белковой, углеводной и липидной природы, которые поступают в ЖКТ из внутренней среды организма в составе секрета пищеварительных желез и через стенку кишечника в результате кишечной секреции. Суммарный объем секреции в ЖКТ исключительно велик (Таблица 2).
Весь этот объем секретирующихся из организма в просвет ЖКТ веществ и воды возвращается - реабсорбируется (вновь всасывается) во внутреннюю среду организма после переваривания в ЖКТ. В нормальных условиях пищеварения в составе кала остается всего лишь около 100 мл воды и сравнительно небольшая часть непереваренных пищевых веществ, устойчивых к гидролизу.
В составе секрета больших пищеварительных желез и кишечной секреции в ЖКТ поступают не только пищеварительные ферменты, но также соляная кислота, вода, электролиты, гликопротеины слизи и бикарбонаты, необходимые для осуществления пищеварительной функции. В просвет ЖКТ поступает большое количество белка (в том числе белки сыворотки крови), иммуноглобулины, углеводы, липиды, макро- и микроэлементы, различные метаболиты и многие другие вещества, суммарное количество которых значительно превосходит количество съеденной пищи. Часть этих веществ (конечные метаболиты, токсические вещества, ксенобиотики) экскретируется (выделяется) из организма и могут оказаться в составе кала. Но значительная доля выделяемых в просвет кишки эндогенных веществ белковой, углеводной и липидной природы, макро- и микроэлементов, переваривается в ЖКТ и может вновь всосаться во внутреннюю среду организма. Мы не можем провести четкой границы между веществами, которые секретируются или экскретируются в просвет кишки, так как ЖКТ одновременно выполняет, по меньшей мере, четыре разные функции:
1.         Обеспечение переваривания пищи.
2.         Обеспечение переваривания и реутилизацию полезных для организма
эндогенных пищевых субстратов.
Выделение из организма ненужных (ксенобиотики), лишних (избыток находящихся в организме пищевых субстратов) или опасных веществ (токсические вещества, конечные метаболиты),
Временное депонирование в ЖКТ избытка отдельных пищевых веществ.
В среднем количество секретируемых и экскретируемых в ЖКТ эндогенных веществ превосходит количество поступающих извне пищевых веществ в 3-5 раз! Количество эндогенного белка, секретирующегося в ЖКТ, превосходит количество пищевого белка в 2-2,5 раза. Натрия и железа, например, всасывается в ЖКТ в 5 раз больше, а хлора - в 6 раз больше, чем поступает с пищей.
Кишечные симбионтные бактерии, заселяющие тонкую и толстую кишку, также активно участвуют в процессах пищеварения в ЖКТ. Роль кишечных микроорганизмов в пищеварении достаточно велика, так как их биомасса по некоторым оценкам может достигать 1,5-3,0 кг, и они в течение суток могут многократно удваивать свою массу. Кишечные бактерии переваривают и усваивают не только пищевые волокна, которые устойчивы к действию гидролитических ферментов поджелудочной железы и кишечника, но и другие пищевые субстраты - полисахариды (крахмалистые вещества), олиго и дисахариды, простые сахара (глюкозу, фруктозу или галактозу), расщепляют они белки и липиды. Для этого у бактерий имеется необходимый набор пищеварительных ферментов различных классов - протеаз, дисахаридаз, липаз и некоторых других.
Важную роль кишечные бактерии играют в переваривании пищевых волокон, которые, подобно крахмалу, также являются полимерами углеводов. Однако в отличие от крахмалистых полисахаридов, моносахариды, входящие в состав пищевых волокон, имеют а-связь, которую неспособны расщеплять панкреатическая а-амилаза и кишечная а-глюкозидаза. Кишечные бактерии содержат ферменты, которые способны расщеплять эти соединения, так как вырабатывают особый класс ферментов -в-глюкозидазы. Пищевую целлюлозу и некоторые ее производные расщепляет бактериальный фермент целлюлаза, гемицеллюлозу переваривает бактериальный фермент гемицеллюлаза, пектины и их производные - бактериальная пектиназа, а фитиновые кислоты -бактериальная фитаза.
По всей вероятности, объем микробного гидролиза пищевых ферментов настолько велик, что можно говорить о микробном пищеварении. Некоторые называют это "симбионтным пищеварением", подчеркивая участие в нем кишечных бактерий симбионтов. Однако в микробном пищеварении участвует более широкий круг кишечных микроорганизмов (грибы и дрожжи) и его роль не так уж мала, как это обычно представляют. В результате микробного пищеварения (полостного, мембранного и внутриклеточного) происходит переваривание и утилизация бактериями определенной части нашего пищевого рациона и основной массы пищевых волокон, а также устойчивых к гидролизу эндогенных веществ, например, гликопротеинов кишечной слизи. Однако и наш организм получает взамен очень много полезных для него веществ - аминокислоты, моносахариды, летучие жирные кислоты, витамины и другие пищевые и энергетические субстраты.
Следует сказать, что общее число кишечных бактерий величина переменная и зависит от количества и качества пищевых субстратов в просвете кишки. Как только мы начинаем принимать пищу, количество кишечных бактерий начинает лавинообразно увеличиваться. Одновременно возрастает количество бактериальных ферментов, которые они могут выделять в просвет кишки, и соответственно возрастает активность бактериального пищеварения.
Другим важным источником пищеварительных ферментов в желудочно-кишечном тракте являются ферменты пищи. Но мы знаем, что при тепловой обработке пищи ферменты, которые в ней содержатся, разрушаются и теряют свою активность. Поэтому источником пищеварительных ферментов могут быть лишь свежие натуральные пищевые продукты, не подвергшиеся действию высокой температуры. А таких продуктов мы употребляем достаточно много. Они присутствуют в питании всех народов мира, особенно жителей южных стран, которые употребляют в пищу большое количество свежих ягод, фруктов, овощей, трав на протяжении всего года. В составе свежих фруктов, зелени, овощей присутствуют гидролитические ферменты, которые могут помочь нашей системе пищеварения переваривать не только эту пищу, но и другую, например, белковую пищу (мясо, рыбу, бобовые). Не случайно в системе питания многих народов принято начинать застолье с салатов или заканчивать его десертом, в состав которого также входят свежие растительные продукты. А в мясные блюда часто добавляют различного рода свежие растительные приправы или соусы.
Пищеварение, в котором участвуют ферменты пищи, называют "аутолитическим пищеварением". Его роль может быть существенна при недостаточно развитом собственном пищеварении, в частности у плода и у новорожденных при питании молоком матери, в котором содержится не только липаза, но и другие ферменты.
Среди растительных ферментов, которые выделены из растительных продуктов и могут применяться в составе различных ферментных препаратов, наиболее известны и популярны бромелаин и папаин.
Бромелаин представляет собой гликопротеид, выделяемый из сока зеленых плодов ананаса. Бромелаин относится к протеолитическим ферментам и по характеру действия напоминает желудочный фермент пепсин. Он расщепляет белки до поли- и олигопептидов. Гидролиз белка может происходить в широком диапазоне рН (кислотности среды) от 3,0 до 8,0, что выгодно отличает его от протеолитических ферментов животного происхождения, которые имеют очень небольшой диапазон рН. Поэтому он проявляет активность и в кислой среде желудка, и в нейтральной среде тонкой кишки.
Папаин выделяют из плодов папайи. Он относится к цистеиновым эндопротеиназам. По характеру действия его называют "растительным пепсином", но в отличие от пепсина, папаин проявляет активность не только в кислой, но и в нейтральной и щелочной среде. Диапазон рН, в котором он активно работает, колеблется от 3,0 до 12,0., оптимум составляет 5,0. Папаин расщепляет белки не только до полипептидов, но и до аминокислот, причем гидролизует любые пептидные связи, за исключением связей пролина и связей глютаминовой кислоты. В этой связи папаин обладает наилучшей способностью расщеплять белки, по сравнению с большинством протеолитических ферментов животного и микробного происхождения (Wood G.R. etal.,1997).
В составе ячменного солода содержатся ферменты, которые переваривают полисахариды - так называемая солодовая диастаза, которая представляет собой смесь а- и в-амилаз.
В настоящее время все чаще стали применять различные ферментные препараты, в которые входят пепсин и панкреатические ферменты млекопитающих, растительные ферменты пищи или ферменты, выделенные из микроорганизмов. Это направление получило название ферментозаместительная терапия.
Разумеется, столь большое число разнообразных пищеварительных ферментов, которые присутствуют в ЖКТ человека требует исключительно четкой и слаженной их работы, которая организована по принципу пищеварительного конвейера.

Просмотров: 8378

Комментарии к этой заметке:

Комментарий добавил(а) : Александр
Дата: 2012-08-05

Отличная заметка, позволяющая человеку без специального образования понять и разобраться с основными составляющими пищеварения, и т.о. раскрыть ещё одну составляющую своей сущности. Мне лично она помогла в своих собственных исследованиях прикладного характера.

Комментарий добавил(а) : Любовь
Дата: 2013-05-05

Большое спасибо, узнала то , что хотела узнать для себя

Комментарий добавил(а) : Татьяна
Дата: 2013-06-01

Благодарю специалистов за статью. Наконец, всё понятно с ферментами ЖКТ. Большинство же статей в инете написано копирайтерами, которые не владеют вопросом.

Добавить ваш комментарий:

Введите сумму чисел с картинки

Copyright © 2010 On-line-Wellness.com
использование материалов с сайта возможно только при ссылке на On-line-Wellness.com