Яку роль відіграють ферменти у травленні та обміні речовин людини

Травлення – вкрай складний процес, який полягає у розщепленні харчових частинок та їх подальшому засвоєнні. Одна з основних функцій у переробці білків, жирів, вуглеводів та інших речовин приділяється ферментам – спеціальним білковим молекулам, здатним у рази прискорювати швидкість хімічних реакцій.

За певних умов (перебіг інфекційно-запальних та соматичних захворювань, неправильне харчування, отруєння токсичними та отруйними речовинами) діяльність ферментів пригнічується, що призводить до різноманітних порушень.

У цьому матеріалі ми розглянемо, що таке ферменти та яка їхня роль у травленні та інших метаболічних процесах в організмі людини.

Що таке травні ферменти

Травні ферменти (ензими) - це білкові молекули, які розщеплюють частинки їжі, що надійшли в організм людини, до більш простих речовин, які можуть всмоктуватися через стінку кишки.

Секреція ферментів – вкрай складний механізм, роботу якого впливають безліч чинників: раціон харчування, стан різних відділів шлунково-кишкового тракту, перебіг різних захворювань.

Основні зони функціонування ферментів – це ротова порожнина, шлунок та тонкий кишечник.

Активну участь у синтезі та виділенні білкових частинок грають слинні залози, підшлункова залоза, а також дрібні секреторні клітини, розташовані в товщі слизової оболонки шлунка та кишечника.

Вчені виділяють такі основні типи ферментів:

1. Протеази чи пептидази. Відповідають за руйнування протеїнів до амінокислот чи коротких пептидів.
2. Ліпази. Розщеплюють будь-які жири до жирних кислот та гліцерину.
3. нуклеази. Необхідні для розкладання нуклеїнових кислот до простих основ.
4. Карбогідрази. Забезпечують гідроліз вуглеводів (крохмаль, прості та складні цукри).

Простими словами: ферменти – це молекули, які розщеплюють частинки їжі їхнього наступного всмоктування.

Їхня роль у перетравленні їжі

Ферменти відіграють важливу біологічну роль обміні речовин в організмі і, насамперед, у перетравленні їжі. За їх браку чи відсутності повноцінне засвоєння всіх поживних речовин практично неможливе.

Перетравлення їжі починається у ротовій порожнині. Слинні залози виділяють амілазу – фермент слини, який у процесі пережовування їжі руйнує крохмаль до розчинних цукрів (мальтоза, декстрини, мальтріозу).

Другий етап перетравлення – обробка шлунковими ферментами. Основний фермент, який працює у шлунку, – це пепсин. Він руйнує пептидні зв'язки високомолекулярних білків, у результаті утворюються пептиди.

У просвіті дванадцятипалої кишки активно діють ферменти соку підшлункової залози. Виділення секрету відбувається через великий сосочок, що відкривається у стінці кишки.

Виділяють таку класифікацію панкреатичних (підшлункових) ферментів:

1. Протеази. Поділяються на трипсин (діє аналогічно пепсину), хімотрипсин (розщеплює білки тваринної та рослинної їжі), карбоксипептидазу, еластазу (гідролізують еластин).
2. нуклеази. Розривають зв'язки між ланцюжками ДНК та РНК.
3. Стеапсин. Забезпечує розщеплення жирів.
4. Амілаза. Руйнує крохмаль та глікоген, сприяючи утворенню простих вуглеводних частинок.
5. Ліпаза. Впливає переважно на жири, що виділяються у просвіт шлунково-кишкового тракту разом із жовчю. Має тропність до триацилгліцеридів.

Їжа, потрапляючи в петлі тонкого кишечника, піддається впливу ще масивнішого переліку ферментативних речовин, серед яких виділяють:

1. Пептидази. Ентеропептидаза сприяє активації трипсиногену (який був виділений підшлунковою залозою), у результаті утворюється трипсин, що розщеплює високомолекулярні білки та пептиди. До групи пептидаз також відноситься аланінамінопептидаза, яка руйнує сульфідні зв'язки в пептидах, утворених після дії протеаз шлункового соку.
2. Ліпаза.
3. Ерепсин (гідролізує білки).
4. Ферменти, що руйнують дисахаридні утворення до моносахаридів. Сахараза розщеплює сахарозу з утворенням глюкози та фруктози, мальтазу – мальтозу до глюкози, ізомальтазу – мальтозу та ізомальтозу (ізомер мальтози) до глюкози, лактазу – лактозу до галактози та глюкози.

Важливо, що у процесах перетравлення харчових частинок беруть активну участь представники корисної бактеріальної флори кишечника.

Мікроорганізми, що живуть в товстому кишечнику людини, секретують травні ферменти, що допомагають перетравлювати деякі варіанти їжі. Найбільшою ефективністю мають лактобактерії, біфідобактерії та кишкова паличка (належить до сімейства ентеробактерій).

Американські дослідження виявили, що збільшення популяції лакто- та біфідобактерій у складі мікрофлори шлунково-кишкового тракту підвищує швидкість перетравлення лактози.

Важливо відзначити, що за даними вчених, особи з непереносимістю лактози (даною патологією різною мірою вираженості страждає до 25% населення земної кулі) можуть безпечно вжити до 18 г лактози.

Вчені рекомендують включати пробіотичні препарати та продукти для покращення травлення їжі.

В окремих статтях ми розглянули, що таке пробіотики, та описали їх 8 корисних властивостей.

Таким чином, у просвіті шлунково-кишкового тракту працює безліч ферментів, кожен із яких виконує специфічну функцію – розщеплює певні групи речовин (білки, жири, вуглеводи тощо). Злагоджена робота всіх білкових молекул забезпечує повноцінне засвоєння їжі.

5 основних факторів, що впливають на їх роботу

Ферменти – вкрай вибагливі речовини, які потребують певних умов повноцінної реалізації своїх функций.

До ключових факторів, що регулюють роботу ферментів, належать:

1. Температура тіла. У нормі у просвіті шлунково-кишкового тракту підтримується температура тіла, що дорівнює 37 градусам. Зниження (при переохолодженні) або підвищення (на тлі інфекційно-запальних захворювань) даного показника уповільнює активність ферментів та порушує засвоєння їжі. Крім того, зростання температури тіла провокує денатурацію білкових молекул ферментів, в результаті їхня робота повністю припиняється.
2. Кислотність. У шлунку постійно підтримується кисле середовище, у решті відділів травної системи – лужна. Вживання надто кислих продуктів, дисбактеріоз та інші порушення, здатні впливати на pH, пригнічують роботу ферментів.
3. Запальні захворювання. Багато патологій (панкреатит, дуоденіт, гепатит) тощо.здатні спричинити порушення секреції ферментів. З огляду на зниження кількості ферментів у кишечнику, перебіг процесів ферментаційної обробки їжі значно уповільнюється.
4. Якість та збалансованість раціону. Надмірне вживання продуктів певного виду (білків, жирів чи вуглеводів) провокує підвищене навантаження на одні ферменти та знижує – на інші. В результаті адекватне розщеплення харчових частинок стає неможливим. Уповільнює розщеплення поживних речовин також використання в раціоні продуктів, що важко перетравлюються. Наприклад, за даними вчених, надмірне споживання целюлози (міститься в морозиві, окремих видах сиру та хліба) знижує активність вуглеводних ферментів у кілька разів.
5. Відправлення токсичними речовинами. До цієї групи належать роз'єднувачі енергетичного обміну (уповільнюють синтез енергетичних молекул - АТФ та АДФ) та інгібітори синтезу білка (наприклад, іприт). Подібні отрути мало поширені у звичайному житті, але можуть використовуватись у військових операціях.

Таким чином, робота ферментів залежить від багатьох факторів і найчастіше порушується при перебігу різних захворювань, інтоксикаціях та при неправильній дієті. Нагадаємо, в одній із статей ми розглянули 10 порад для покращення травлення.

Причини та симптоми дефіциту

До дефіциту ферментів призводять різні захворювання органів травлення.

Найважливішим органом підтримки процесів засвоєння їжі є підшлункова залоза. На жаль, до 27% населення мають проблеми з цим органом. До найчастіших патологій відносять: хронічний і гострий панкреатит, муковісцидоз, рак підшлункової залози. 7 продуктів, корисних для підшлункової залози дивіться в окремій статті.

На другому місці за частотою стоять загострення хронічних відхилень з боку травної трубки (хронічний гастрит та дуоденіт, дискінезія жовчовивідних шляхів, холецистит).

Першими симптомами дефіциту травних ферментів зазвичай є:

• печія та відрижка;
• метеоризм (надлишкове утворення газу у просвіті кишечника);
• порушення стільця на кшталт діареї чи запорів;
• спастичні болі у будь-яких відділах живота;
• загальна слабкість, хронічна втома, сонливість, зниження працездатності.

З появою вищеописаних симптомів рекомендується обов'язково звернутися до лікаря.

Чим можна покращити травлення

Насамперед важливо змінити свій раціон та додати до нього продукти, корисні для травлення.

По-перше, потрібно включати в щоденне меню продукти, багаті на пробіотики (живі бактерії):

• кисломолочні продукти (особливо кефір та йогурт);
• квашену капусту;
• соління;
• яблучний оцет;
• інші ферментовані продукти.

По-друге, слід їсти більше продуктів-пребіотиків, а саме овочів та фруктів, що не зазнали термічної обробки (авокадо, манго, папайя, пагони зернових культур, часник та хрін). Пребіотичні продукти багаті на неперетравну клітковину, яка є «їжею» для корисних бактерій.

Ферменти також можна одержати, використовуючи різні медикаментозні препарати та біологічні добавки до їжі (Панкреатин, Креон, Фестал, Панзинорм, Ораза тощо).

Висновок

Таким чином, ферменти грають вирішальну роль у процесі розщеплення та засвоєння харчових частинок. Отримати їх можна, вживаючи окремі групи продуктів харчування, а також використовуючи лікарські засоби.

Ферменти для травлення та перетравлення їжі

Наш організм – це найскладніша хімічна лабораторія, а система травлення є «фабрикою» з багатоетапного перетворення продуктів харчування (хліба, м'яса, риби, молочних продуктів, фруктів, овочів, солодощів тощо) у ті речовини, з яких будується організм людини та звідки береться енергія для активності.

Ферменти для травлення та перетравлення вуглеводної їжі

До вуглеводної (вуглеводистої) їжі відносяться цукор, фрукти, каші, хліб і будь-які солодощі - цукерки, зефір, мармелад і т.д.

Вуглеводи - це, в першу чергу, джерело енергії для людини. Перетравлення вуглеводної їжі починається вже в ротовій порожнині. повний розпад вуглеводів (до глюкози). Крім того, їжа, оброблена цим ферментом для травлення, впливає на органи почуттів та сприяє кращому засвоєнню інших харчових продуктів.

Подальше перетравлення вуглеводів проводиться ферментами для травлення, які виробляються підшлунковою залозою. Цей фермент називається панкреатичною амілазою.

Є ще один «вуглеводний» фермент для травлення, який виробляється ентероцитами (клітинами слизової оболонки кишечника) – кишкова амілаза.

Ці три ферменти для травлення є основними у перетравленні вуглеводної їжі.Також є ще кілька ферментів для травлення, які розщеплюють інші різновиди вуглеводів (мальтозу, лактозу, фруктозу) – мальтазу, лактазу, сахаразу, ізомальтазу.

Ферменти для травлення та перетравлення білкової їжі

Білкова їжа – основний будівельний матеріал тіла людини, адже амінокислоти (структурні одиниці білка) необхідні синтезу гормонів, ферментів для травлення, м'язової тканини, клітин крові, судин – словом, на формування клітин всіх органів.

До білкової їжі відноситься м'ясо, риба, молочні продукти, яйця, соя і, частково, горіхи.

Ферменти для травлення в ротовій порожнині, як ми знаємо, є, але вони призначені для білкової їжі. У ротовій порожнині відбувається лише підготовчий етап для перетравлення білкової їжі - її ретельне механічне подрібнення та формування харчових грудочок, які потім будуть піддаватися подальшому перетравленню в шлунково-кишковому тракті.

Дуже важливо ретельно пережовувати їжу для того, щоб у подальшому, ферменти для травлення могли повністю взаємодіяти з однорідним харчовим грудкою, що утворився. При нелікованих зубах, їх відсутності, неякісному протезуванні їжа потрапляє в шлунково-кишковий тракт погано підготовленої та ферменти для травлення не можуть виконати свою роль.

Початок взаємодії ферментів для травлення з білковою їжею відбувається у шлунку. Тут під впливом дуже кислого вмісту шлунка активується фермент для травлення трипсин, частина білків починає розщеплюватися.

Надалі їжа надходить у кишечник.У кишечнику відбувається масове розщеплення білкової їжі під впливом основного ферменту для травлення щодо білкової їжі – протеази (трипсину та хімотрипсину), які виробляються підшлунковою залозою. З допомогою цього ферменту для травлення відбувається розщеплення білків до амінокислот – будівельних одиниць організму.

Крім вищенаведених основних ферментів для травлення, в організмі є для розщеплення білків та інші ферменти, значення яких не таке велике, але вони також відповідають за перетравлення білків – карбоксипептидазу, трипептидазу, ентерокіназу, амінопептидазу, дипептидазу.

Ферменти для травлення та перетравлення жирної їжі

Жири – це, звичайно, джерело енергії для організму, хоча їх також можна розглядати як спосіб накопичення енергії, який здійснюється в жировій тканині. Жири також є будівельним матеріалом, так як деякі види жирів (наприклад, поліненасичені жирні кислоти) входять, наприклад, до складу гормонів або ферментів для травлення. Також жири необхідні побудови мембран практично всіх клітин організму (фосфоліпіди).

З жирною їжею рослинного та тваринного походження людина отримує тригліцериди, холестерин та фосфоліпіди. Тому перетравлення жирів не менш важливе, ніж перетравлення вуглеводів або білків. В організмі також виробляються ферменти для травлення, які беруть участь у обміні жирів.

Основне навантаження при перетравленні жирів посідає підшлункову залозу, яка виробляє всі основні ферменти для травлення.

Основний фермент для травлення щодо жирної їжі - панкреатична ліпаза - надходить у дванадцятипалу кишку, де і починається процес розщеплення жирів.Ненасичені жирні кислоти в основному розщеплюються під впливом ферменту для травлення холестрази. За допомогою ферменту для травлення фосфоліпази підшлункової залози відбувається розщеплення фосоліпідів.

Такі ферменти для травлення, як шлункова та кишкова ліпаза, мають другорядне значення при перетравленні жирів. У тонкий кишечник, де процес перетравлення триває, і з тригліцеридів утворюються гліцерин і жирні кислоти, жири, будучи обробленими ферментами для травлення і вільними жовчними кислотами, що входять до складу жовчі, надходять вже в емульгованому вигляді.

При деяких захворюваннях, наприклад, при хронічному панкреатиті, утворення ферментів для травлення їжі порушується, через що організм не отримує достатньої кількості поживних речовин.

Виправити цю ситуацію здатні ферментні препарати.

Здорові рішення

БІОХІМІЯ ПІДРУЧНИК ДЛЯ ВУЗІВ - О. З. Северина - 2004

Епітеліальні клітини кишечника здатні всмоктувати лише моносахариди. Тому процес перетравлення полягає у ферментативному гідролізі глікозидних зв'язків у вуглеводах, що мають оліго- або полісахаридну будову (рис. 7-10).

Мал. 7-10. Гідроліз глікозидного зв'язку.

А. Перетравлення вуглеводів у ротовій порожнині

У ротовій порожнині їжа подрібнюється при пережовуванні, змочуючи при цьому слиною. Слина на 99% складається із води і зазвичай має pH 6,8. У слині є гідролітичний фермент α-амілаза (α-1,4-глікозидаза), що розщеплює в крохмалі α-1,4-глікозидні зв'язки. У ротовій порожнині не може відбуватися повне розщеплення крохмалю, тому що дія ферменту на крохмаль короткочасна.Крім того, амілаза слини не розщеплює α-1,6-глікозидні зв'язки (зв'язки у місцях розгалужень), тому крохмаль перетравлюється лише частково з утворенням великих фрагментів – декстринів та невеликої кількості мальтози. Слід зазначити, що амілаза слини не гідролізує глікозидних зв'язків у дисахаридах.

Дія амілази слини припиняється у різко кислому середовищі вмісту шлунка (pH 1,5 - 2,5). Однак усередині харчової грудки активність амілази може деякий час зберігатися, поки pH не зміниться в кислу сторону. Шлунковий сік не містить ферментів, що розщеплюють вуглеводи. У шлунковому вмісті можливий лише незначний кислотний гідроліз глікозидних зв'язків.

Б. Перетравлення вуглеводів у кишечнику

Наступні етапи перетравлення нерозщепленого або частково розщепленого крохмалю, а також інших вуглеводів їжі відбувається у тонкому кишечнику у різних його відділах під дією гідролітичних ферментів – глікозидаз.

Панкреатична α-амілаза

У дванадцятипалій кишці pH середовища шлункового вмісту нейтралізується, оскільки секрет підшлункової залози має pH 7,5 - 8,0 і містить бікарбонати (НСO₃ -). З секретом підшлункової залози до кишечника надходить панкреатична α-амілаза. Цей фермент гідролізує α-1,4-глікозидні зв'язки у крохмалі та декстринах.

Продукти перетравлення крохмалю на цьому етапі - дисахарид мальтозу, що містить 2 залишки глюкози, пов'язані α-1,4-зв'язком. З тих залишків глюкози, які в молекулі крохмалю знаходяться в місцях розгалуження та з'єднані α-1,6-глікозидним зв'язком, утворюється дисахарид ізомальтозу. Крім того, утворюються олігосахариди, що містять 3-8 залишків глюкози, пов'язані α-1,4-і α-1,6-зв'язками (рис. 7-11).

Мал. 7-11.Гідроліз крохмалю панкреатичної α-амілазою.

α-амілаза підшлункової залози, так само, як α-амілаза слини, діє як ендоглікозидаза. Панкреатична α-амілаза не розщеплює α-1,6-глікозидні зв'язки у крохмалі. Цей фермент також не гідролізує β-1,4-глікозидні зв'язки, якими з'єднані залишки глюкози у молекулі целюлози. Целюлоза таким чином проходить через кишечник незміненою. Тим не менш, неперетравлена ​​целюлоза виконує важливу функцію баластної речовини, надаючи їжі додатковий об'єм і позитивно впливаючи на процес перетравлення. Крім того, в товстому кишечнику целюлоза може піддаватися дії бактеріальних ферментів та частково розщеплюватися з утворенням спиртів, органічних кислот та СO₂. Продукти бактеріального розщеплення целюлози є важливими як стимулятори перистальтики кишечника.

Мальтоза, ізомальтоза і тріозосахариди, що утворюються у верхніх відділах кишечника з крохмалю, - проміжні продукти. Подальше їхнє перетравлення відбувається під дією специфічних ферментів у тонкому кишечнику. Дисахариди їжі сахароза та лактоза також гідролізуються специфічними дисахаридазами в тонкому кишечнику.

Особливість перетравлення вуглеводів у тонкому кишечнику полягає в тому, що активність специфічних оліго- та дисахаридаз у просвіті кишечника низька. Але ферменти активно діють лежить на поверхні епітеліальних клітин кишечника.

Тонкий кишечник зсередини має форму пальцеподібних виростів – ворсинок, покритих епітеліальними клітинами. Епітеліальні клітини, у свою чергу, покриті мікроворсинками, перетвореними в просвіт кишечника.Ці клітини разом із ворсинками утворюють щіткову облямівку, завдяки якій збільшується поверхня контакту гідролітичних ферментів та їх субстратів у вмісті кишечника. На 1 мм2 поверхні тонкої кишки у людини припадає 80-140 млн ворсинок.

Ферменти, що розщеплюють глікозидні зв'язки у дисахаридах (дисахаридази), утворюють ферментативні комплекси, локалізовані на зовнішній поверхні цитоплазматичної мембрани ентероцитів.

Цей ферментативний комплекс складається з двох поліпептидних ланцюгів та має доменну будову. Сахаразо-ізомальтазний комплекс прикріплюється до мембрани мікроворсинок кишечника за допомогою гідрофобного (трансмембранного) домену, утвореного N-кінцевою частиною поліпептиду. Каталітичний центр виступає у просвіт кишечника (рис. 7-12). Зв'язок цього травного ферменту з мембраною сприяє ефективному поглинанню продуктів гідролізу клітиною.

Мал. 7-12. Сахаразо-ізомальтазний комплекс. 1 - сахараза; 2 - ізомальтаза; 3 - зв'язуючий домен; 4 - трансмембранний домен; 5 – цитоплазматичний домен.

Сахаразо-ізомальтазний комплекс гідролізує сахарозу та ізомальтозу, розщеплюючи α-1,2- і α-1,6-глікозидні зв'язки. Крім того, обидва ферментні домени мають мальтазну та мальтотріазну активності, гідролізуючи α-1,4-глікозидні зв'язки в мальтозі та мальтотріозі (трисахарид, що утворюється з крохмалю). Перед сахаразо-изомальтазного комплексу припадає 80% від усієї мальтазної активності кишечника. Але незважаючи на властиву йому високу активність мальтази, цей ферментативний комплекс названий відповідно до основної специфічності. До того ж сахаразна субодиниця – єдиний фермент у кишечнику, що гідролізує сахарозу.Ізомальтазна субодиниця з більшою швидкістю гідролізує глікозидні зв'язки в ізомальтозі, ніж у мальтозі та мальтотріозі (рис. 7-13, 7-14).

Мал. 7-13. Дія сахаразо-ізомальтазного комплексу на мальтозу та мальтотріозу.

Мал. 7-14. Дія сахаразо-ізомальтазного комплексу на ізомальтозу та олігосахарид.

У худій кишці вміст сахаразо-ізомальтазного ферментативного комплексу досить високий, але він знижується в проксимальній та дистальній частинах кишечника.

Цей ферментативний комплекс каталізує гідроліз α-1,4-зв'язку між глюкозними залишками в олігосахаридах, діючи з кінця, що відновлює. За механізмом дії цей фермент відносять до екзоглікозидаз. Комплекс розщеплює також зв'язки у мальтозі, діючи як мальтаза. У глікоамілазний комплекс входять дві різні каталітичні субодиниці, що мають невеликі відмінності у субстратній специфічності. Глікоамілазна активність комплексу найбільша у нижніх відділах тонкого кишечника.

β - Глікозідазний комплекс (лактаза)

Лактаза розщеплює β-1,4-глікозидні зв'язки між галактозою та глюкозою в лактозі (рис. 7-15).

Мал. 7-15. Дія лактази.

Цей ферментативний комплекс за хімічною природою є глікопротеїном. Лактаза, як та інші глікозидазні комплекси, пов'язана з щітковою облямівкою і розподілена нерівномірно по всьому тонкому кишечнику. Активність лактази коливається залежно від віку. Так, активність лактази у плода особливо підвищена у пізні терміни вагітності та зберігається на високому рівні до 5 – 7-річного віку. Потім активність ферменту знижується, становлячи в дорослих 10% рівня активності, властивого дітей.

Трегалаза також глікозидазний комплекс, що гідролізує зв'язки між мономерами в трегалозі - дисахариді, що міститься в грибах. Трегалоза складається з двох глюкозних залишків, пов'язаних глікозидним зв'язком між першими аномерними атомами вуглецю (рис. 7-16).

Мал. 7-16. Будова трегалози.

Спільна дія всіх перерахованих ферментів завершує перетравлення харчових оліго- та полісахаридів з утворенням моносахаридів, основний з яких – глюкоза. Крім глюкози, з вуглеводів їжі також утворюються фруктоза та галактоза, у меншій кількості – манноза, ксилоза, арабінозу. Загальна схема перетравлення вуглеводів представлена ​​рис. 7-17.

Мал. 7-17. Перетравлення вуглеводів.

Біологічна бібліотека – матеріали для студентів, вчителів, учнів та їх батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми лише конвертуємо у зручний формат матеріали, які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Якщо ви володієте авторським правом на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його або отримати посилання на місце комерційного розміщення матеріалів, зверніться для погодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми витратили багато зусиль, щоб привести інформацію у зручний вигляд.