Ферменты пищеварения

Ферме́нты пищеваре́ния, пищеварительные ферменты — ферменты, расщепляющие сложные компоненты пищи (полисахариды) до более простых веществ (олигосахаридов), которые затем всасываются в организм. В более широком смысле пищеварительными ферментами также называют все ферменты, расщепляющие крупные (обычно полимерные) молекулы на мономеры или более мелкие части. Все ферменты желудочно-кишечного тракта относятся к гидролазам, что означает, что расщепление пищевых полимеров происходит всегда при участии молекулы воды.

Пищеварительные ферменты находятся в пищеварительной системе человека и животных. Кроме этого, к таким ферментам можно отнести внутриклеточные ферменты лизосом.

Основные места действия пищеварительных ферментов в организме человека и животных — это ротовая полость, желудок, тонкая кишка. Эти ферменты вырабатываются такими железами, как слюнные железы, железы желудка, поджелудочная железа и железы тонкой кишки. Часть ферментативных функций выполняется облигатной кишечной микрофлорой.

По субстратной специфичности пищеварительные ферменты делятся на несколько основных групп:

• протеазы: эндопептидазы, которые катализируют расщепление внутренних пептидных связей (пепсин, реннин, гастриксин в желудочном соке и трипсин, химотрипсин, эластаза в панкреатическом соке) и экзопептидазы, которые отщепляют по одной аминокислоте с карбоксильного конца (карбоксипептидаза в панкреатическом соке и аминопептидаза, пептидазы в кишечном соке);
• липазы расщепляют липиды до жирных кислот и глицерина;
• карбогидразы гидролизуют углеводы;
• сахараза расщепляет сахарозу, мальтаза расщепляет мальтозу, лактаза расщепляет лактозу;
• нуклеазы расщепляют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов.

Ротовая полость

Ферменты пищеварения, упрощенная схема

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);
• альфа-глюкозидазу (мальтазу), расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы.
• лактопероксидазу, которая обладает бактерицидным действием.

Желудок

Ферменты, секретирующиеся желудком называются желудочными ферментами. По химической природе практически все ферменты являются белками. В желудке также вырабатывается соляная кислота, которая обладает бактерицидным действием; активирует фермент пепсин; вызывает денатурацию и набухание белков.

• Пепсин — основной желудочный фермент. Гидролитически расщепляет пептидные связи денатурированных белков до пептидов. Вырабатывается в так называемых «главных клетках» в неактивной форме в виде пепсиногена, чтобы предотвратить самопереваривание слизистой желудка. В полости желудка в кислой среде (рН=1.5—2,5) происходит превращение пепсиногена в активный пепсин. При этом отщепляется пепсин-ингибитор. Процесс идет автокаталитически при участии НСl (ионов Н^+), которая также вырабатывается в слизистой желудка, но в так называемых «обкладочных клетках». Молекулярный вес пепсиногена около 42 000, а пепсина — около 35 000. Из этого следует, что реакция превращения пепсиногена в пепсин сопровождается отщеплением 15—20 % исходной молекулы. Активирование происходит за счет отщепления N-концевого участка пепсиногена, в котором сосредоточены все основные аминокислоты. Среди продуктов отщепления обнаруживается ингибитор пепсина с молекулярным весом 3242 и пять более мелких фрагментов, в сумме отвечающих молекулярному весу около 4000. Для защиты стенок желудка от агрессивной кислой среды «добавочные клетки» слизистой вырабатывают муцин — гликопротеид — и ионы бикарбоната.
• Гастриксин, реннин — тоже расщепляют белки.
• Желатиназа расщепляет желатин и коллаген, основные протеогликаны мяса на полипептиды, пептиды и аминокислоты.
• Липаза — жиры на глицерин и жирные кислоты, но ее активность в желудке незначительна.
• Реннин (химозин) — аспартилпротеаза, вырабатывается в сычуге жвачных животных, расщепляет пептиды.

Тонкая кишка

Желчь

Желчь человека также участвует в процессах пищеварения. Она вырабатывается постоянно печенью и собирается в желчном пузыре. В ее состав не входят ферменты. Она переводит в активное состояние ферменты поджелудочной железы, эмульгирует жиры (что облегчает их расщепление), усиливает перистальтику кишечника, стимулирует продукцию слизи, ликвидирует действие пепсина желудка, опасного для ферментов поджелудочной железы.

Ферменты поджелудочной железы

Поджелудочная железа является основной железой в системе пищеварения. Она секретирует ферменты (более 20) в просвет двенадцатиперстной кишки.

• Протеазы:
  • Трипсин является протеазой, аналогичной пепсину желудка;
  • Химотрипсин — также протеаза, расщепляющая белки пищи;
  • Карбоксипептидаза;
  • Несколько различных эластаз, расщепляющих эластин и некоторые другие белки.
• Нуклеазы, расщепляющие нуклеиновые кислоты нуклеотидов.
• Стеапсин, расщепляющий жиры.
• Амилазу, расщепляющую крахмал и гликоген, а также другие углеводы.
• Липаза поджелудочной железы является важнейшим ферментом в переваривании жиров. Она действует на жиры (триглицериды), предварительно эмульгированные желчью, секретируемой в просвет кишечника печенью.

Ферменты тонкой кишки

• Несколько пептидаз, в том числе:
  • энтеропептидаза — превращает неактивный трипсиноген в активный трипсин;
  • аланинаминопептидаза — расщепляет пептиды, образовавшиеся из белков после действия протеаз желудка и поджелудочной железы.
• 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.
• Липаза кишечника расщепляет триглицериды на глицерин и жирные кислоты.
• Эрепсин, фермент, расщепляющий белки.

Микрофлора кишечника

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.

Пищеварительные ферменты насекомоядных растений

Из секрета непентеса Nepenthes macferlanei выделены протеазы, продемонстрирована также липазная активность. Его главный фермент, непентезин, по субстратной специфичности напоминает пепсин[1].

Примечания

1. Zoltán A. Tökés, Wang Chee Woon and Susan M. Chambers. Digestive enzymes secreted by the carnivorous plant Nepenthes macferlanei L. Planta, 1974, Volume 119, Number 1, 39-46

Ссылки

• http://www.innvista.com/health/nutrition/diet/enzymecl.htm
• Анатомия и физиология человека: учеб. для студ. учреждений сред. проф. образования / И. В. Гайворонский, Г. И. Ничипорук, А. И. Гайворонский. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2011. — 496 с. ISBN 978-5-7695-7794-9