Ферменты и их роль в организме человека

Содержание

Ферменты и их роль в организме человека

Ферменты и их роль в организме человека

В организме всех живых существ, включая даже самые примитивные микроорганизмы, обнаружены ферменты. Количество ферментов у каждого живого существа разное, это связано с тем, насколько разнообразен рацион питания данного существа.

Например, у человека их насчитывается около 2000, так как люди предпочитают питаться разными продуктами. Привычная пища может даже на время исчезнуть из ежедневного питания, если речь идет про путешествие в другую страну. Поэтому непривычные продукты питания часто становятся причиной нарушения работы ЖКТ у туристов.

Так что же такое ферменты и зачем нужны ферменты в организме человека?

Для более полного и понятного ответа на вопрос « что такое ферменты и какую они играют роль в организме человека» необходимо кратко рассмотреть, из чего же он составлен, и какие внутренние, невидимые процессы в нем происходят.

Организм человека

Все органы организма человека как и сам он в целом состоит из живых клеток. В целом в организме человека насчитывается около ста триллионов живых клеток или  1014. В свою очередь, клетки бывают разных типов, при этом свойства и действия каждого типа клеток определяются их строением и функцией.

К примеру, одни клетки могут свободно перемещаться по всему организму – лейкоциты, другие плотно присоединены друг к другу, но при этом могут сжиматься и расслабляться – мышечные клетки и т.д. Срок жизни у разных типов тоже разный. Есть короткоживущие (1-2 дня) – клетки кишечного эпителия, а существуют такие, срок жизни которых соответствует сроку жизни организма – клетки волокон скелетных мышц.

Исходя из вышесказанного, следует, что основу жизни любого живого организма составляют клетки.

Функционирование клеток

Каждую секунду в клетке происходят тысячи разных динамических процессов. Итогом таких процессов является обеспечение жизнедеятельности клеточной системы и реализация специфических функций, которые присущи только определенному типу клеток.

Ход выполнения вышеперечисленных процессов обеспечивается благодаря выработке энергии, которая образуется при разложении поступивших питательных веществ.

Разложение или образование (синтез) веществ происходит с участием специфических белков, которые самым активным образом влияют на протекание данных химических процессов.

Что такое ферменты (энзимы)?

Как было отмечено выше, каждую секунду в клетке протекают тысячи различных динамических процессов.

  С технической точки зрения для обеспечения одновременного протекания такого большого количества различных процессов нужны несколько факторов – очень большая температура, давление и катализаторы (мощные ускорители химических реакций). В организме человека первые два фактора отсутствуют.

Несмотря на это  сложная система организма человека функционирует. Функционирует благодаря чему? Благодаря катализаторам. Роль катализаторов выполняют ферменты. Ферменты представляют собой специфические белки, которые очень резко увеличивают как скорость расщепления питательных веществ, так и синтез новых.

Они играют ключевую роль в регулировании обмена веществ. В каждой молекуле фермента имеется активный центр, который обеспечивает каталитическую активность. При этом в зависимости от вида фермента таких активных центров в молекулах может быть несколько.

Роль ферментов в организме человека

В определенных частях каждой клетки находится около тысячи разных ферментов. Характерной особенностью всех ферментов является то, что каждый вид из них выполняет определенную функцию, которая присуща только ему одному. По выполняемым функциям ферменты в организме разделяют на группы:

1. Пищеварительные – расщепляют компоненты пищи на простые соединения, которые всасываются стенками кишечника, попадают в кровь и продолжают свой путь до клеток. Данные ферменты содержаться на всем протяжении пищеварительного тракта. Они обитают в слюне, кишечнике, секрете поджелудочной железы.

2. Метаболические – отвечают за обменные процессы, протекающие внутри клетки. Данные ферменты расположены внутри клетки упорядоченно. Они выполняют различные процессы, которые обеспечивают жизнедеятельность клетки.

Такими процессами можно считать окислительно-восстановительные реакции, активизация аминокислот, перенос аминокислотных остатков и т.д. При разрушении клеточных мембран такие ферменты проникают в межклеточное пространство и кровь где продолжают развивать свою активность.

Лабораторными методами при обнаружении их в анализах крови в зависимости от вида фермента можно установить диагноз, в каком органе происходят патологические изменения.

3. Защитные – ликвидируют воспалительные процессы подобно иммунным агентам.

Строение ферментов

В химическом отношении ферменты являются белковыми молекулами, которые вырабатывают живые клетки. Данные вещества, которые состоят из набора аминокислот, называют простыми ферментами. В тоже время, есть вещества, которые состоят из набора аминокислот и различных веществ небелковой природы.

К веществам небелковой природы относят витамины группы В витамины группы В, витамин С, коэнзим Q-10, многие микроэлементы . Такие соединения белков с небольшими молекулами небелковой природы называют коферментами.

Коферменты, в отличие от ферментов не могут синтезироваться внутри организма, а поступают в него с пищей.

По количеству и очередностью расположения аминокислот в  цепочках различной длины различают виды ферментов. В структуре ферментов задействовано 20 видов аминокислот. Восемь видов аминокислот в организме человека не синтезируются, а поступают туда с пищей.

Взаимодействие ферментов с другими веществами

В организме человека каталитическая функция многих ферментов зависит от наличия определенных коферментов, витаминов, микроэлементов. Отсутствие данных веществ  делает ферменты бессильными и в итоге постепенно может привести к патологическим изменениям.

Большинство витаминов, а  также  микроэлементы и коферменты поступают в организм из вне (вместе с пищей). Хотя следует учесть и тот факт, что не вся еда может содержать в своем составе данные вещества.

Чем выше температура приготовления пищи, тем сложнее организму использовать питательные вещества для синтеза ферментов, в такой еде также погибают витамины. По этой причине многие диетологи советуют не жарить, а варить или тушить продукты питания.

Что такое ферменты и их значение для здоровья

Ферменты и их роль в организме человека

Организм каждого живого существа состоит из большого количества клеток. В их состав входят структурные тела, между которыми происходят различные биохимические реакции. Каждую химическую реакцию контролируют важные компоненты. Ферменты: их функции, классификация и роль в организме.

Их в организме огромное количество и каждый занят своим делом: одни из них разрывают связи в органических соединениях, а другие, напротив их образуют, ускоряя синтез новых веществ.

Некоторые могут оказывать воздействие на молекулы, изменяя их структуру, а другие — выполняют защитную роль, разрушая чужеродные структуры, попавшие внутрь организма. Какие-то, просто исполняют транспортные функции, но не менее важные, чем остальные для организма.

Роль ферментов в организме человека   

Что это такое. Ферменты в организме представлены белковыми молекулами или молекулами РНК, ускоряющими ход любой химической реакции.

Его основными функциями являются расщепление,  а также образование совершенно новых и жизненно необходимых веществ.

 Их еще называют — энзимы, слово идет от латинского  «fermentum», что означает закваска и насчитывается их свыше 4000 тысяч или биокатализаторами.

В природе нет более сильных катализаторов, имеющих способность сильно ускорить процесс жизнедеятельности. Благодаря им, реакции в клетках протекают быстрее и активнее в миллиарды раз.

Любопытно, что… Всего лишь одна микроскопическая молекула фермента каталазы, чудодейственным образом, лишь за одну секунду, разрушает связи в  10 тыс. молекул перекиси водорода, которые образуются в процессе окислительных реакций организма, и превращает их в воду и кислород.

Они могут контролировать все необходимые процессы расщепления, дыхания, кровообращения, синтеза и обмена веществ, размножения.  Без их участия невозможно мышечное сокращение и проведение нервных импульсов. Даже отсутствие одного из тысячной армии энзимов, может привести к серьезным последствиям.

Мне понравилось одно сравнение, которое я встретила на одном из форумов обсуждаемых этот вопрос. Поскольку,  без fermentum   не обходится ни одна химическая реакция в организме, ни один процесс, связанный с обменом веществ или генетической информацией. Один из собеседников сравнивает  их с рабочими, без которых никак не обойтись, если бы вы собирались строить свой дом.

Любой элемент живого организма имеет собственный набор весьма непростых и очень  интересных биокатализаторов. В момент полного исключения, либо значительного снижения какого-либо из них, в человеческом организме могут происходить сильные изменения, способные привести к той или иной патологии.

Где они находятся  

Основная их часть связана с определенными клеточными органоидами, где и проявляют свои функции.

В ядрах клеток находятся энзимы, ответственные за синтез ДНК и построение РНК (по транскрипции ДНК), в митохондриях находятся биокатализаторы, ответственные за пополнение энергии, а те  которые способствуют разрыву связей между аминокислотами, образующими белок или нуклеиновыми кислотами «живут» в лизосомах.

Какие условия благоприятны для биокатализаторов   

В основном реакции с их участием проходят в слабощелочной, слабокислой или нейтральной среде. Но все же, для каждой молекулы есть различия в значениях pH среды.

Температурные показатели у всех теплокровных и у человека,  наиболее благоприятны при значениях от 37 — до 40 градусов.

А вот у растений, даже в период зимнего отдыха, при температуре ниже 0 градусов, активность биокатализаторов не прекращается.

Но температура выше 70 градусов для них губительна, поскольку по своему строению они являются белковыми молекулами и при таком показателе происходит их денатурация (разрушение).

Классификация    

Известны 2 ферментные группы с учетом формы их строения:

  1. Простые, имеющие белковую природу. Они самостоятельно вырабатываются организмом.
  2. Сложные, имеющие небелковое основание и белковые компоненты. К небелковым молекулам относятся вещества, не имеющие способности синтезироваться в живом организме и поэтому попадают в него вместе с потребляемыми продуктами. Их принято называть коферментами. К таким веществам относятся: все витамины группы В, С и некоторое число микроэлементов.

 Подразделение по функциональности. Например, пищеварительные, отвечающие за все процессы расщепления питательных веществ. Такие молекулы в большей части располагаются в слюне, а также во всех слизистых оболочках,  желудка и поджелудочной.

По типу катализируемых реакций, в медицине выделяются:

  •  амилазу, которая способствует расщеплению сложного сахара до простого (фермент  в последствии может принимать активное участие во всех процессах жизнедеятельности);
  • липазу, принимающую активное участие в гидролизе жирных кислот и способствует разбитию жиров до таких компонентов, которые в последствии будут легко усваиваться организмом;
  •  протеазу, способствующую расщеплению белков до состояния аминокислот.

Имеются и метаболические. Они принимают достаточно активное участие в окислительно-восстановительных реакциях, а также в синтезе белка.

Защитные ферменты, принимающие активное участие в защите всего организма. Они способны предотвратить возникновение вредоносных бактерий, а также вирусов, а в случае их попадания, в состоянии оказать достойное противостояние.

Самым важным ферментом этой группы является лизоцим, способствующий полному расщеплению оболочки болезнетворной бактерии, после чего происходит активация большого количества иммунных реакций, способных, в свою очередь, защитить организм от возможных процессов воспаления.

 По выполняемым функциям:

Функции у всех разные. Каждый из них выполняет (катализирует) только один биохимический процесс. Согласно типам катализируемых реакций, ферменты подразделяются на несколько классов:

  1. Оксидоредуктазы. Эта группа принимает активное участие во всех окислительно-восстановительных реакциях. В процессе реакций ферменты помогают переносить электроны и водород и катализируют окислительные процессы. К ним относятся: дегидрогеназа, пероксидаза, оксидаза),
  2. Трансферазы. Они несут огромную ответственность за перенос всех атомных групп, карбоксильных, амино-, сульфо-формильных и фосфорильных, а также способствуют расщеплению и синтезу белка.
  3. Гидролазы. Способствует расщеплению ненужных связей и помогает водным молекулам встраиваться в общий состав организма. Известные представители этой группы: уреаза, фосфотаза, астераза, амилаза, липаза, гликозидаза),
  4. Изомеразы. Являются некими преобразователями всевозможных веществ в организме.
  5. Лиазы. Принимают активное участие в тех реакциях, которые способствуют образованию метаболических веществ и воды, (путем отщепления СО2, Н2О, NН3) от исходного вещества. К ним относятся: лиаза, декаминаза, декарбоксилаза, дегидратаза,
  6. Лигазы. Способствуют превращению сложных веществ в простые. Принимают активное участие в синтезе белков, углеводов, жирных кислот.

 Опасен ли дефицит биокатализаторов для здоровья    

Недостаточность энзимов по своему происхождению подразделяется на 2 типа – это врожденная и приобретенная. В первом случае такой недуг способен активно развиваться на генном уровне, либо на фоне нарушений или недугов железы поджелудочной.  При этом, может быть оказано любое лечение, все зависит оттого, что именно спровоцировало недуг.

Врожденный недостаток энзимов, равно как их переизбыток приводит к развитию заболеваний и даже смерти, а заболеваний несколько и их объединяют в группу под названием энзимопатии.

  • Когда нарушается синтез катализатора, ответственного за преобразование галактозы в глюкозу, возникает наследственное заболевание у детей — галактоземия.
  • При фенилкетонурии — нарушается психическая деятельность из-за неспособности организма синтезировать энзим, который участвует в превращении фенилаланина в тирозин.

Поэтому, по активности этих веществ в моче, крови, семенной жидкости или спинно-мозговой, можно установить тот или иной диагноз. Для этого сдаются анализы на ферменты, которые позволяют выявить заболевания на ранней стадии их развития, например, панкреатит и  нефрит, вирусный гепатит и инфаркт миокарда.

Причины нехватки энзимов у детей    

Что касается приобретенной степени развития заболевания у детей, то недуг возникает в результате некоторых перенесенных патологий:

  • те или иные заболевания поджелудочной;
  • всевозможные инфекционные болезни;
  •  любые заболевания с тяжелым течением;
  •  нарушение кишечной флоры;
  •  интоксикации при чрезмерном использовании тех или иных медикаментозных препаратов;
  •  пребывания в достаточно неблагоприятной экологической обстановке;
  •  при истощении организма, которое было вызвано недостатком белка и полезных витаминов.

Основными причинами наличия недостаточности у детей до года являются инфицирование всего организма и плохое питание. Конечно же, спровоцировать подобного рода нарушения могут и иные факторы.

Как отдельный недуг, нехватка биокатализаторов отрицательно воздействует на все процессы пищеварения. Любое проявление недуга сказывается на самочувствии ребенка и характере его стула.

Симптоматикой является:

  • наличие жидкого кала;
  • значительное понижение аппетита малыша;
  •  чувство тошноты и даже рвота;
  •  ребенок начинает резко и беспричинно худеть;
  •  физическое развитие притупляется;
  •  может появиться вздутие живота, а также некоторые болезненные ощущения, которые могут быть вызваны процессами гниения пищи.

То, что у малыша начинает развиваться заболевание, с легкостью можно распознать по внешнему виду ребенка. Он становится очень вялым, отсутствует аппетит, а процесс опорожнения происходит более 8 раз в день. Такая симптоматика очень напоминает инфицирование кишечника, но специалист-гастроэнтеролог способен распознать недуг по результатам анализа кала.

Недостаточное количество энзимов в организме оказывает негативное влияние на все существующие характеристики стула. В таком случае, симптоматика ярко выражена пенистым калом,  который имеет достаточно неприятный кисловатый запах и выделяется в сильно жидкостном виде.

Такое изменение дефекации говорит о том, что в организме преобладает большое количество углеводов.  Дефицит биокатализаторов способен проявляться различными проблемами, связанными с пищеварением. Постоянно жидкий стул, вялое состояние и необъяснимое вздутие живота являются основными симптомами наличия патологии.

Меры воздействия   

Когда у ребенка обнаруживают такой недуг, специалисты часто назначают соблюдение специальной диеты. В это время из рациона питания малыша необходимо полностью исключить глютеносодержащие продукты.

Врачи рекомендуют употребление картофельного пюре, рисовой крупы, а также свежих овощей и фруктов.
Если заболевание носит у ребенка наследственный характер, то в таком случае ему назначается пожизненная диета.

Кроме того, нужно будет постоянно употреблять препараты, помогающие нормальной жизнедеятельности.

Где  используются ферменты человеком   

Биокатализаторы, как активные белковые молекулы, способствующие превращению одних веществ в другие, широко используются человеком, благодаря своим способностям сохранять свойства и функции вне организма.

  • Протеолитический фермент папайя, который выделяют из сока одноименного плода, используют для производства пива и размягчения мяса;
  • пепсином пользуются для производства каш быстрого приготовления;
  • трипсином — для производства продуктов питания детского;
  • реннин, полученный из желудка телят, используют при варке сыров.

Каталазу применяют для расщепления в резиновой и пищевой промышленности.

А пектидазу и целлюлозу, расщепляющие полисахаридные цепочки, используют для осветления фруктовых соков.

Их широко используют в фармакологии для производства лекарственных препаратов.

Таким образом, ферменты или биокатализаторы, являются активными белками, без которых жизнь человека невозможна. Понимая их функции не стоит пренебрегать рекомендациями врачей. Роль ферментов направлена на улучшение работы клеточных структур, что ведет к слаженной деятельности всего организма.

Здоровья вам, уважаемые читатели!

В статьях блога используются картинки, из открытых источников Интернета. Если вы, вдруг, увидите свое авторское фото, сообщите об этом редактору блога через форму Обратная связь. Фотография будет удалена, либо будет поставлена ссылка на ваш ресурс. Спасибо за понимание!

Ферменты – биологические катализаторы. Значение ферментов. урок. Биология 10 Класс

Ферменты и их роль в организме человека

Ферменты – это белковые молекулы, которые синтезируются живыми клетками. В каждой клетке насчитывается более сотни различных ферментов. Роль ферментов в клетке колоссальна. С их помощью химические реакции идут с высокой скоростью, при температуре, подходящей для данного организма.

То есть ферменты – это биологические катализаторы, которые облегчают протекание химической реакции и за счет этого увеличивают её скорость. Как катализаторы они не изменяют направление реакции и не расходуются в процессе реакции.

Ферментыбиокатализаторы – вещества, увеличивающие скорость химических реакций.

Без ферментов все реакции в живых организмах протекали бы очень медленно и не могли бы поддерживать его жизнеспособность.

Наглядный пример работы ферментов – сладковатый вкус во рту, который появляется при пережевывании продуктов, содержащих крахмал (например, риса или картофеля).

Появление сладкого вкуса связано с работой фермента амилазы, которая присутствует в слюне и расщепляет крахмал (рис. 1).

Крахмал является полисахаридом, и сам по себе безвкусный, но продукты расщепления крахмала (моносахариды) с меньшей молекулярной массой (декстрины, мальтоза, глюкоза) сладкие на вкус.

Рис. 1. Механизм действия амилазы

Все ферменты – глобулярные белки с третичной или четвертичной структурой. Ферменты могут быть простыми, состоящими только из белка, и сложными.

Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой части (белковая часть – апофермент, а добавочная небелковая – кофермент). В качестве кофермента могут выступать витамины – E, K, B групп (рис. 2).

Рис. 2. Классификация ферментов по их составу

Фермент взаимодействует с субстратом, не всей молекулой, а отдельной её частью – т. н. активным центром.

Фермент взаимодействует с субстратом и образует короткоживущий фермент-субстратный комплекс. По завершении реакции, фермент-субстратный комплекс распадается на продукты и фермент. Фермент в итоге не изменяется: по окончании реакции он остается таким же, каким был до неё, и может теперь взаимодействовать с новой молекулой субстрата (рис. 3).

Рис. 3. Механизм взаимодействия фермента и субстрата

На рисунке 3 представлен механизм работы фермента, в частности, образования пептидной связи между молекулами аминокислот. Две аминокислоты взаимодействуют между собой в активном центре фермента, между ними образуется пептидная связь. Новое вещество (дипептид) покидает активный центр фермента, поскольку оно по своей структуре не соответствует этому центру.

Особенностью ферментов является то, что они обладают высокой специфичностью, т. е. могут ускорять только одну реакцию или реакции одного типа.

В 1890 году Э. Г. Фишер предположил, что эта специфичность обусловлена особой формой молекулы фермента, которая точно соответствует форме молекулы субстрата.

Эта гипотеза получила название «ключа и замка», где ключ сравнивается с субстратом, а замок – с ферментом. Гипотеза гласит: субстрат подходит к ферменту, как ключ подходит к замку.

Избирательность действия фермента связана со строением его активного центра (рис. 4).

Рис. 4. Гипотеза взаимодействия фермента и субстрата по принципу ключ-замок Э. Г. Фишера

В первую очередь, на активность фермента влияет температура. С повышением температуры скорость химической реакции возрастает. Увеличивается скорость молекул, у них появляется больше шансов столкнуться друг с другом. Следовательно, увеличивается вероятность того, что реакция между ними произойдет. Температура, обеспечивающая наибольшую активность фермента – оптимальная.

За пределами оптимальной температуры скорость реакции снижается вследствие денатурации белков. Когда температура снижается, скорость химической реакции тоже падает. В тот момент, когда температура достигает точки замерзания, фермент инактивируется, но при этом не денатурирует (см. видео).

В наше время для длительного хранения продуктов широко используют способ быстрого замораживания. Оно останавливает рост и развитие микроорганизмов, а также инактивирует ферменты, находящиеся внутри микроорганизмов, и предотвращает разложение продуктов питания.

Кроме этого, активность ферментов зависит ещё от pH среды (кислотности – то есть показателя концентрации ионов водорода).

В большинстве случаев, ферменты работают при нейтральном pH, т. е. при pH около 7. Но существуют ферменты, которые работают либо в кислой и сильнокислой, либо в щелочной и сильнощелочной среде.

Например, один из таких ферментов – пепсин, он находится у нас с вами в желудке, работает в сильнокислой среде и расщепляет белки.

Поскольку в желудке среда достаточно кислая, 1,5 – 2 pH, то этот фермент работает при сильнокислой среде.

Ферменты подвержены действию активаторов и ингибиторов. Некоторые ионы, например, ионы металлов Mg, Mn, Zn активируют ферменты. Другие же ионы (к ним относятся ионы тяжелых металлов, а именно Hg, Pb, Cd), наоборот, подавляют активность ферментов, денатурируют их белки.

В 1961 году была предложена систематическая классификация ферментов на 6 групп. Но названия ферментов оказались очень длинными и трудными в произношении, поэтому ферменты принято сейчас именовать с помощью рабочих названий. Рабочее название состоит из названия субстрата, на который действует фермент, и окончания «аза» (рис. 5).

Например, если вещество — лактоза, то есть молочный сахар, то лактаза – это фермент который его преобразует. Если сахароза (обыкновенный сахар), то фермент, который его расщепляет, – сахараза.

Соответственно, ферменты, которые расщепляют протеины, носят название протеиназы.

Ферменты применяются практически во всех областях человеческой деятельности, и такое широкое применение, в первую очередь, связано с тем, что они сохраняют свои уникальные свойства вне живых клеток.

Ферменты групп амилаз, протеаз и липаз применяются в медицине. Они расщепляют крахмал, белки и жиры. Все эти ферменты, как правило, входят в состав комбинированных препаратов, таких как фестал и панзинорм, и используются, в первую очередь, для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта (рис. 6).

Ферменты применяют для растворения тромбов в кровеносных сосудах, при лечении гнойных ран.

Особое место занимает энзимотерапия при лечении онкологических заболеваний.

Такие ферменты как амилаза расщепляют крахмал и поэтому широко используются в пищевой промышленности. В пищевой промышленности используется протеиназа, расщепляющая белки, и липазы, расщепляющие жиры. Ферменты амилазы используются в хлебопечении, виноделии и пивоварении (см. видео).

Протеазы используются для смягчения мяса и при изготовлении готовых каш.

Липазы используются в производстве сыра.

Ферменты широко используются в косметической промышленности, входят в состав кремов, некоторые ферменты входят в состав стиральных порошков.

Энзимопатология

Энзимопатология – область энзимологии, которая изучает связь между болезнью и недостаточным синтезом, или отсутствием синтеза какого-либо фермента.

Например, причиной наследственного заболевания – фенилкетонурии, которое сопровождается расстройством психической деятельности, является потеря клетками печени способности синтезировать фермент, катализирующий превращение фенилаланина в тирозин.

В результате в организме накапливаются токсические вещества. Новорожденный ребенок выглядит здоровым, а первые симптомы фенилкетонурии проявляются в возрасте от двух до шести месяцев. Это выраженная вялость, отсутствие интереса к окружающему миру, повышенная раздражительность, а также беспокойство и рвота.

Во втором полугодии жизни у ребенка выражено отставание в психическом развитии. Менее чем в 10% случаев – это слабая степень олигофрении, а у 60% развивается идиотия.

При своевременной диагностике патологических изменений можно избежать, если с момента рождения до наступления полового созревания ограничить поступление фенилаланина с пищей.

Стиральные порошки с ферментами

На этом уроке мы с вами выяснили, что ферменты используются в различных областях человеческой деятельности.

Они широко используются в пищевой промышленности, в медицине, в косметике и бытовой химии.

Например, в стиральные порошки добавляют амилазу, которая расщепляет крахмал, протеазы, расщепляющие белки или белковые загрязнения, и липазы, очищающие ткани от жира и масла.

Как правило, в состав стирального порошка входит комбинация этих ферментов, то есть ферментные препараты усиливают действие друг друга.

Сегодня наиболее изученными ферментами являются протеазы и амилазы. Липазы не всегда стабильны по качеству. Их разработкой занимаются только 10 лет, а амилаза и протеаза существуют на рынке уже более полувека.

Сегодня эти две категории ферментов очень хорошо изучены и дают прекрасные результаты, чего пока что нельзя сказать о липазах.

Липазы полностью справляются с загрязнениями только после двух-трех стирок, а протеазы и амилазы – за одну.

Ученые подсчитали, что добавление ферментов в стиральные порошки на 30-35% увеличивает моющую способность данного порошка.

Ферменты были открыты при изучении процессов брожения. Представления о том, что химические процессы внутри живых организмов протекают под действием каких-то особенных веществ, возникло более 200 лет назад. В XIX века Луи Пастер (рис.

7) доказал, что сбраживание дрожжами сахара в спирт катализируется веществами белковой природы. Пастер ошибочно считал, что ферменты неотделимы от живых клеток.

Другой ученый, Эдуард Бухнер, доказал, что в водных экстрактах живых клеток находится набор ферментов, катализирующих превращение сахара в спирт. Именно его открытие дало начало новой науке – энзимологии.

Успехи энзимологии во второй половине XX века привели к тому, что в настоящее время выделено и очищено более 2000 ферментов, которые используются в различных отраслях человеческой деятельности.

Домашнее задание

1. Что такое фермент?

2. Как ферменты работают?

3. Как ферменты получают имена? Назовите известные вам группы ферментов.

4. Назовите ученых, которые внесли особый вклад в дело изучения ферментов.

5. К какому уровню организации можно отнести ферментативный катализ?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал Biochemistry.ru (Источник).

2. Биология (Источник).

3. Интернет-портал Chem.msu.su (Источник).

4. (Источник).

5. Вкус жизни (Источник).

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.

3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.

4. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. – 5-е изд., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.

5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

О пищеварительных ферментах, их видах и функциях

Ферменты и их роль в организме человека

Пищеварительные ферменты – это вещества белковой природы, которые вырабатываются в желудочно-кишечном тракте. Они обеспечивают процесс переваривания пищи и стимулируют ее усвоение.

Функции ферментов

Основной функцией пищеварительных ферментов является разложение сложных веществ на более простые, которые легко усваиваются в кишечнике человека.

Действие белковых молекул направлено на следующие группы веществ:

  • белки и пептиды;
  • олиго- и полисахариды;
  • жиры, липиды;
  • нуклеотиды.

Виды ферментов

  1. Пепсин. Фермент представляет собой вещество, которое вырабатывается в желудке. Он воздействует на белковые молекулы в составе пищи, разлагая их на элементарные составляющие – аминокислоты.
  2. Трипсин и химотрипсин.

    Эти вещества входят в группу панкреатических ферментов, которые вырабатываются поджелудочной железой и доставляются в двенадцатиперстный кишечник. Здесь они также воздействуют на белковые молекулы.

  3. Амилаза. Фермент относится к веществам, разлагающим сахара (углеводы). Амилаза вырабатывается в ротовой полости и в тонком кишечнике.

    Она разлагает один из главных полисахаридов – крахмал. В результате получается небольшой углевод – мальтоза.

  4. Мальтаза. Фермент также воздействует на углеводы. Его специфическим субстратом является мальтоза. Она разлагается на 2 молекулы глюкозы, которые всасываются стенкой кишечника.
  5. Сахараза.

    Белок воздействует на другой распространенный дисахарид – сахарозу, которая содержится в любой высокоуглеводной пище. Углевод распадается на фруктозу и глюкозу, легко усваивающиеся организмом.

  6. Лактаза. Специфический фермент, который воздействует на углевод из молока – лактозу.

    При ее разложении получаются другие продукты – глюкоза и галактоза.

  7. Нуклеазы. Ферменты из данной группы воздействуют на нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК, которые содержатся в пище. После их воздействия вещества распадаются на отдельные составляющие – нуклеотиды.
  8. Нуклеотидазы.

    Вторая группа ферментов, которая воздействует на нуклеиновые кислоты, называется нуклеотидазами. Они разлагают нуклеотиды с получением более мелких составляющих – нуклеозидов.

  9. Карбоксипептидаза. Фермент воздействует на небольшие белковые молекулы – пептиды. В результате такого процесса получаются отдельные аминокислоты.

  10. Липаза. Вещество разлагает жиры и липиды, поступающие в пищеварительную систему. При этом образуются их составные части – спирт, глицерин и жирные кислоты.

Читайте по теме: Сколько времени переваривается пища в желудке человека?

Недостаток пищеварительных ферментов

Недостаточная выработка пищеварительных ферментов – это серьезная проблема, которая требует врачебного вмешательства. При небольшом количестве эндогенных энзимов пища не сможет нормально перевариваться в кишечнике человека.

Если вещества не перевариваются, то они не могут всасываться в кишечнике. Пищеварительная система способна усвоить только небольшие фрагменты органических молекул. Большие компоненты, которые входят в состав еды, не смогут принести пользу человеку. Вследствие этого в организме может развиться недостаточность тех или иных веществ.

Нехватка углеводов или жиров приведет к тому, что организм лишится «топлива» для активной деятельности. Недостаточность белков лишает тело человека строительного материала, которым являются аминокислоты. Кроме того, нарушение пищеварения приводит к изменению характера кала, которое может неблагоприятно влиять на характер кишечной перистальтики.

Причины

  • воспалительные процессы в кишечнике и желудке;
  • нарушения характера питания (переедание, недостаточная термическая обработка);
  • болезни обмена веществ;
  • панкреатит и другие болезни поджелудочной железы;
  • поражение печени и желчных путей;
  • врожденные патологии ферментной системы;
  • послеоперационные последствия (недостаточность энзимов из-за удаления части пищеварительной системы);
  • лекарственные воздействия на желудок и кишечник;
  • беременность;
  • дисбактериоз.

Симптомы

  • тяжесть или боль в животе;
  • метеоризм, вздутие;
  • тошнота и рвота;
  • ощущение бурления в животе;
  • диарея, изменение характера стула;
  • изжога;
  • отрыжка.

Длительное сохранение недостаточности пищеварения сопровождается появлением общих симптомов, связанных с пониженным поступлением питательных веществ в организм.

В данную группу входят следующие клинические проявления:

  • общая слабость;
  • снижение работоспособности;
  • головные боли;
  • нарушения сна;
  • повышенная раздражительность;
  • в тяжелых случаях – симптомы анемии из-за недостаточного усвоения железа.

Избыток пищеварительных ферментов

Избыток пищеварительных ферментов наиболее часто наблюдается при таком заболевании, как панкреатит. Состояние связано с гиперпродукцией этих веществ клетками поджелудочной железы и нарушением их выведения в кишечник. В связи с этим развивается активное воспаление в ткани органа, вызванное воздействием ферментов.

Признаками панкреатита могут быть:

  • сильные боли в области живота;
  • тошнота;
  • вздутие;
  • нарушение характера стула.

Часто развивается общее ухудшение состояния больного. Появляется общая слабость, раздражительность, снижается масса тела, нарушается нормальный сон.

Как выявить нарушения в синтезе пищеварительных ферментов?

  1. Исследование кала. Обнаружение непереваренных остатков пищи в кале свидетельствует о нарушении активности ферментативной системы кишечника. В зависимости от характера изменений можно предположить, недостаточность какого фермента имеется.
  2. Биохимический анализ крови.

    Исследование позволяет оценить состояние метаболизма пациента, которое напрямую зависит от активности пищеварения.

  3. Исследование желудочного сока. Методика позволяет оценить содержание ферментов в полости желудка, что свидетельствует об активности пищеварения.

  4. Исследование ферментов поджелудочной железы. Анализ дает возможность детально изучить количество секрета органа, благодаря чему можно установить причину нарушений.
  5. Генетическое исследование. Некоторые ферментопатии могут иметь наследственный характер.

    Их диагностируют с помощью анализа ДНК человека, в которой обнаруживаются соответствующие тому или иному заболеванию гены.

Основные принципы терапии ферментных нарушений

Изменение выработки пищеварительных ферментов является поводом для обращения к врачу. После проведения комплексного обследования доктор определит причину возникновения нарушений и назначит соответствующее лечение. Самостоятельно бороться с патологией не рекомендуется.

Важным компонентом лечения является правильное питание. Больному назначается соответствующая диета, которая направлена на облегчение переваривания пищи. Необходимо избегать переедания, так как это провоцирует кишечные расстройства. Пациентам назначается лекарственная терапия, в том числе и заместительное лечение ферментативными препаратами.

Конкретные средства и их дозировки подбираются врачом.

Ферменты: их роль в организме человека

Ферменты и их роль в организме человека

Ферменты — это белки, которые в качестве биокатализатора контролируют и ускоряют биохимические реакции в организме, не изменяя себя. Они содержатся во всех клетках организма и необходимы для всех ее функций.

Ферменты контролируют не только пищеварение, но и весь обмен веществ и, следовательно, являются важным фактором для здоровья.

Прочитайте все, что важно об энзимах: определение, структура, функции и проблемы со здоровьем, связанные с энзимами!

Что такое ферменты?

В большинстве случаев ферменты в организме человека представляют собой гигантские молекулы, состоящие из белка, и они необходимы для жизни. В организме практически ничего не работает без ферментов. Функцией этих так называемых биокатализаторов является включение или ускорение биохимических реакций в клетках.

В таких реакциях, например, некоторые вещества (субстраты) разрушаются или преобразуются. Некоторые ферменты работают очень специфическим образом: они могут только связывать определенный субстрат и обеспечивать его химическое превращение. Другие реагируют с различными субстратами, но тесно связаны с одним типом реакции (см. Ниже: классы ферментов).

Ферменты часто могут развить свои эффекты, только если они активируются так называемым кофактором или несколькими кофакторами. Это могут быть ионы металлов (например, ионы железа или меди) или органические молекулы (например, витамины). Кофакторы временно или постоянно и постоянно связаны с ферментом. Во втором случае их также называют протезной группой.

Какова функция ферментов?

Ферменты включают и ускоряют почти все биохимические реакции в организме. Эти реакции включают широкий спектр метаболических процессов, а также «чтение» (транскрибирование) и удвоение (тиражирование) генетической информации.

В таких реакциях ферменты временно связываются с веществом, подлежащим реакции (субстратом), так что, например, оно может быть разрушено или иным образом изменено. Сами ферменты остаются неизменными. Однако они гарантируют, что энергия, необходимая для реакции (энергия активации), уменьшается.

 На самом деле, большинство химических процессов в клетках требуют такой высокой энергии активации, что они не могут происходить очень медленно при преобладающей температуре окружающей среды (внутренняя температура тела около 37 градусов Цельсия).

 Снижая энергию активации, ферменты делают такие реакции возможными или ускоренными в достаточной степени.

Ферменты можно разделить на шесть основных групп, в зависимости от типа химической реакции, которую они катализируют. Эти классы ферментов (и некоторые из их подгрупп):

  1. Оксидоредуктазы: они катализируют реакции, в которых переносятся электроны (окислительно-восстановительные реакции); например, дегидрогеназы, оксидазы, редуктазы, каталазы.
  2. Трансферазы: они катализируют реакции, в которых целые функциональные группы (такие как фосфатная группа) переносятся из одной молекулы в другую; например, транс-миназы, киназы, ДНК-полимеразы.
  3. Гидролазы: они катализируют реакции, в которых химическая связь либо образуется когда вода выходит, либо расщепляется под удержанием воды; например, пептиды, фосфатазы, протеазы.
  4. Лиазы: они катализируют реакции, в которых химические связи расщепляются или образуются без потребления энергии.
  5. Изомеразы: они гарантируют, что отношения связи внутри молекулы перестроены; например, рацемазы, топоизомеразы.
  6. Лигазы (синтетазы): они катализируют реакции, в которых две молекулы соединяются друг с другом с помощью энергии; например, карбоксилазы.

Какие существуют виды ферментов?

Ниже вы найдете небольшой выбор важных ферментов, их возникновение и задачи.

имявхождениезадачи
Лизоцимслюнарасщепляет определенные строительные блоки бактериальных клеточных стенок и таким образом убивает патогенные микроорганизмы (бактерицидный эффект)
Амилазы, липазы, протеазыРот и поджелудочная железа, желудочный сок и кишечные выделенияПереваривание углеводов (амилаз), жиров (липаз) и белков (протеаз)
Глутамат оксалоацетат трансаминаза Печень , сердце и скелетные мышцы, почки и легкиеускоряет метаболизм аминокислот (строительные блоки белков)
Глутамат-пируваттрансаминаза печеньРасщепление белка в клетках печени
KреатинкиназаМышечные клетки и мозгЭнергообеспечение
Щелочная фосфатазав клетках и жидкостях организма, особенно в печени, желчных протоках и костяхрасщепляет так называемые эфиры фосфорной кислоты, уровень их крови, дает информацию о заболеваниях печени и желчевыводящих путей
Лейцин-аминопептидазаКишечник , почки, желчь , желудочный сок, слюна, плазмаВажно для белкового обмена
Гамма-глутамилтрансферазаособенно в почках (меньше в поджелудочной железе, селезенке , печени и тонкой кишке )Перенос аминокислот
Сорбитолдегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназапеченьПревращение сорбита в фруктозу
Лактатдегидрогеназаво всех клетках всех органовБрожение молочной кислоты для энергии
ХолинэстеразаСыворотка, кишечник, поджелудочная железарасщепляет так называемые холиновые соединения; показатель крови показывает, насколько хорошо печень может производить белки
Альдолаз3 подгруппы: в области сердца и скелетных мышц; в нервах, щитовидной железе и жировой ткани; в печени, почках, тонкой кишкекатализирует расщепление фруктозы.
Кислотные фосфатазыв крови , кости, спермы и секрета простатыРасщепляет эфиры фосфорной кислоты и катализирует трансфосфори-лирование

Какие проблемы могут вызывать ферменты?

Существуют различные врожденные дефекты ферментов, некоторые из которых могут иметь серьезные последствия.

 Одним из примеров является порфирия: это группа метаболических заболеваний, которые все идут рука об руку с нарушением образования гема эритроцитарной массы.

 Причина в том, что один или несколько ферментов, участвующих в образовании гема, имеют генетически обусловленное функциональное расстройство.

В зависимости от типа порфирии это может привести к различным симптомам, таким как колики в животе, рвота, хронический запор, лихорадка, перепады настроения, паралич или сердечно-сосудистые проблемы.

При врожденном метаболическом заболевании фенилкетонурия строительный блок белка фенилаланин не может быть разрушен из-за нарушения фермента. Поэтому он накапливается в организме. Это уже заметно в детстве: избыток фенилаланина влияет на развитие мозга. Последствиями являются умственная отсталость, медленное физическое развитие и судороги.

Так называемая галактоземия очень опасна, но, к счастью, встречается редко: и здесь это ферментативно обусловленное нарушение метаболизма сахара. В организме пострадавших не хватает ферментов для переработки галактозы. Сахар может всасываться в кровь через кишечную стенку, но не может быть переработан дальше.

Так он накапливается в крови. Поскольку лактоза также присутствует в грудном молоке, у кормящих детей, которые уже страдают непереносимостью лактозы, проявляются такие симптомы, как рвота, диарея и неспособность развиваться.

 Если они будут продолжать получать галактозу вместе с пищей, они могут получить серьезные повреждения и даже смерть.

При непереносимости лактозы организм не вырабатывает достаточное количество фермента лактазы. В результате молочный сахар (лактоза) не может расщепляться в тонкой кишке и, следовательно, не может всасываться в кровь. Вместо этого он продолжает поступать в толстую кишку, где он метаболизируется бактериями. Среди прочего, это может вызвать боль в животе, вздутие живота и диарею.

Гистамин нетерпимости . Вещество гистамин естественно встречается в организме. Кроме того, определенные продукты могут увеличить количество гистамина в организме.

Некоторые люди реагируют на это реакциями с непереносимостью ( зуд , крапивница, учащенное сердцебиение и т. Д.).

 Ферменты, которые необходимы для расщепления гистамина, могут быть недоступны в достаточных количествах или их функция может быть нарушена.

Об этом тексте

дата:9 октября 2018 г.

Этот текст соответствует спецификациям медицинской литературы, медицинским руководствам и текущим исследованиям и был проверен медицинскими работниками.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.