Ферменты. Роль ферментов в питании
Ферменты – химические вещества, вырабатывающиеся в живом организме. Это удивительные органические катализаторы, имеющие большое значение для жизнедеятельности, так как они управляют всеми химическими реакциями в организме. Ферменты входят в состав всех живых клеток, в том числе растений и животных.
Термин «фермент» появился в результате демонстрации каталитических свойств дрожжей и дрожжевых соков. Хотя ферменты образуются в живой клетке, они не зависят от процессов её жизнедеятельности и могут функционировать за её пределами. Некоторые дрожжевые ферменты, будучи выделенными из клеток дрожжей, способны выполнять свои обычные функции, то есть преобразовывать сахар в спирт.
Отличительной особенностью ферментов является то, что при вступлении в химическую реакцию они остаются неизменными. Максимальной эффективности они достигают при определённой температуре, а её изменение в любую сторону замедляет реакцию. Высокие температуры – 60оС и выше – навсегда останавливают их активность.
По предварительным подсчётам, в организме человека более 20000 ферментов. Эти подсчёты основаны на количестве процессов, требующих ферментативной активности. Правда, на сегодняшний день обнаружено не более 1000 из них, но есть твёрдые доказательства их важной роли в питании и других жизненных процессах. Ферменты – это белковые молекулы, состоящие из цепочек аминокислот. Они жизненно важны для организма и более эффективны, чем любой искусственно созданный реагент. Например, химик может расщепить белки на составляющие их аминокислоты путём кипячения при 166оС в крепком растворе соляной кислоты в течение 18 часов, а ферменты в тонкой кишке делают это менее чем за три часа при нормальной температуре тела в нейтральной среде. Особенность, отличающая ферменты от неорганических катализаторов, заключается в том, что они абсолютно конкретны в своих действиях. Это означает, что конкретный фермент стимулирует реакции с участием одного определённого вещества из тесно связанной группы веществ. Вещество, на которое воздействует фермент, называют субстратом. Специфичность ферментов связана с формированием комплекса «фермент-субстрат», которое требует определённой композиции группируемых компонентов. Субстрат должен соответствовать ферменту подобно тому, как ключ подходит к своему замку.
Ферменты, используемые в клетках, где они были произведены, называются внутриклеточными ферментами.
Ферменты, вырабатываемые клетками, которые выделяют их в другие части тела, известны как внеклеточные. Пищеварительные соки относятся как раз ко второму типу ферментов.
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.
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.
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.
Ферменты – часть нашей пищи. Они в изобилии содержатся в сырых продуктах, но приготовление, пастеризация, консервирование, копчение и прочие виды обработки разрушают ферменты. Потому в нашем рационе должно быть значительное количество сырых продуктов: фруктов, зелени и ростков. Исследования показали, что без надлежащего снабжения сырыми продуктами организм утомляется и с каждым годом вырабатывает всё меньше собственных ферментов. Это ведёт к износу внутренних механизмов, и, как следствие, быстрому старению.
Список литературы:
- Yao L. H. et al. Flavonoids in food and their health benefits //Plant foods for human nutrition. – 2004. – Т. 59. – №. 3. – С. 113—122.
- Доктор Вестон Прайс, Школа Здоровья. Питание и физическая дегенерация. Сравнение примитивной и современной диеты и их последствия на здоровье человека.
- Howell E. Enzyme nutrition: the food enzyme concept. – Penguin, 1995.
- Potter N. N., Hotchkiss J. H. Food science. – Springer Science & Business Media, 2012.
