Ферменты, или энзимы (от лат. fermentum) — молекулы органических соединений белковой природы или рибозимы — молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК), вырабатываемые живыми клетками и играющие важнейшую роль в обмене веществ как в растительных, так и в животных организмах.

Преферанская Нина Германовна
Доцент кафедры фармакологии фармацевтического факультета Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, к.фарм.н.

Ферменты или их комплексы, присутствующие во всех живых клетках, регулируют и многократно ускоряют (катализируют) протекающие в них биохимические процессы. При их отсутствии все биохимические процессы протекают крайне медленно. Основу ферментов составляют аминокислоты, соединенные пептидными связями. Каждый фермент обладает строгой специфичностью, поэтому способен катализировать лишь одну или очень небольшое число реакций. Специфичность — наиболее важное свойство ферментов, которое определяет биологическую значимость этих молекул. Различают субстратную и каталитическую специфичность ферментов. Субстратная специфичность заключается в комплементарности активного центра фермента только к определенному субстрату — веществу, претерпевающему изменение. Пищеварительные ферменты расщепляют высокомолекулярные сложные органические компоненты пищи до низкомолекулярных веществ, способных усваиваться в организме. Ферменты, имеющие групповую специфичность, гидролизуют пептидные связи образованными разными аминокислотами. Каталитическая специфичность ускоряет протекание реакций в несколько десятков раз и может регулироваться. Скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых небелковыми катализаторами. Фермент, выполняя функцию катализатора химический реакции, не изменяется и не расходуется. Активность ферментов в клетке зависит от количества молекул субстрата, с которым она контактирует, рН раствора и окружающей температуры (37°С).

Многие ферменты оказывают каталитическое действие на субстраты только в присутствии специфического низкомолекулярного органического соединения небелковой природы, называемого коферментом (ко-фактором). Коферментами могут быть разные вещества, в т.ч. витамины, нуклеотиды, ионы металлов, которые обеспечивают: специфичность действия ферментов, отвечают за выбор типа химических превращений, способствуют протеканию более сложных биохимических процессов, выполняют функцию стабилизаторов активного центра и др.

Название большинства ферментов определяется названием их субстратной специфичности или типом катализируемого превращения, к названиям которых присоединяется характерное окончание "аза". При этом название фермента пишется слитно. Например: фермент, ускоряющий реакцию гидролиза крахмала, получил название амилаза; гидролиз жиров — липаза; отнимающий водород (дегидрирование) от молекулы янтарной кислоты (от лат. succinum — янтарь) — сукцинатдегидрогеназа. Однако существуют ферменты, у которых нет окончания "аза". Названия таких ферментов были выбраны по случайным признакам и исторически закрепились в языке, например: пепсин, ренин, тромбин, трипсин.

Международный союз биохимии и молекулярной биологии (IUBMB) в 1961 г. разработал систематическую иерархическую номенклатуру, согласно которой все ферменты подразделены на шесть основных классов в зависимости от типа катализируемой химической реакции:

оксидоредуктазы, катализируют окислительно-восстановительные реакции;
трансферазы, катализируют перенос функциональных групп;
гидролазы, катализируют реакции гидролиза (расщепление ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва);
лиазы, отщепляют от субстрата (негидролитическим путем) отдельные группы с образованием двойных связей или присоединяющие группы к двойным связям;
изомеразы (ферменты изомеризации), катализируют различные внутримолекулярные превращения;
лигазы (синтетазы), катализируют присоединения друг к другу двух молекул с образованием ковалентной связи.

Для людей пища является основным источником энергии, органических соединений, микро– и макроэлементов, витаминов и т.п. Усвояемость питательных веществ зависит от качества переработки пищи в организме человека. Поэтому поддержание нормальной жизнедеятельности нашего организма и здоровья целиком и полностью зависит от правильной работы ферментов. Переваривание пищи считается одним из сложных процессов. Для переработки белков, жиров и углеводов до более мелких фрагментов, которые способны полноценно усваиваться организмом, необходимы пищеварительные ферменты. Процесс расщепления сложных соединений является строго избирательным, поэтому существуют основные группы ферментов, способные воздействовать только на нуклеотидные, белковые, углеводные, жировые молекулы. Ферменты пищеварительной системы продуцируются клетками желез, секрет которых выделяется в пищеварительный тракт. Слюна, желудочный сок, ферменты поджелудочной железы и выделяемая печенью желчь должны действовать согласованно. В противном случае пища не переварится и не сможет усвоиться.

Ежедневно организму человека необходимы ~90 различных питательных веществ (микро– и макроэлементов, витаминов, аминокислот, незаменимых жирных кислот и др. биологически активных веществ). Желудочный сок, содержащий лизоцим и хлороводородную кислоту, уничтожает бактерии. Пепсин из его состава разлагает макромолекулы белков на мелкие отрезки — пептиды. Фермент желудочного сока липаза действует на молочные жиры. Секреция поджелудочной железы стимулируется кислым содержимым желудка. Каждый день в 12–перстную кишку изливается до 2 л панкреатического сока, который участвует в распаде питательных субстанций и усвоении их организмом. Без этой фазы все остальные процессы пищеварения не имеют никакого смысла. Ферменты поджелудочной железы расщепляют жиры благодаря тому, что они эмульгируются под влиянием желчи. Поджелудочная железа вырабатывает панкреатический сок, основными компонентами которого являются ферменты — протеазы, амилазы, липазы. Протеазы — трипсин, химотрипсин — превращают белковые вещества в аминокислоты и далее в низкомолекулярные пептиды.

Амилазы превращает углеводы (крахмал, гликоген) в моносахариды, которые затем расщепляются мальтазой кишечного сока до двух молекул глюкозы. Липазы гидролизуют жиры на жирные кислоты и глицерин. Данный этап практически завершает гидролиз углеводов и белков.

ФЕРМЕНТЫ ПРИ НАРУШЕНИИ ПИЩЕВАРЕНИЯ В ЖЕЛУДКЕ

Желудок как орган пищеварения выполняет несколько функций: секреторную, обезвреживающую, пищеварительную и эвакуаторную. Пища, поступающая в желудок, обезвреживается под действием соляной кислоты желудочного сока и благодаря сокращениям гладких мышц перемешивается и продвигается в кишечник. Желудочный сок продуцируется в основном железистыми клетками фундального отдела желудка. Железы желудка по своему составу и характеру секрета неодинаковы и представлены:

главными клетками — вырабатывающими 8 видов пепсиногенов (основной — пепсин, протеолитический фермент класса гидролаз);
обкладочными (париетальными) клетками, которые вырабатывают соляную кислоту;
добавочными клетками, продуцирующими слизь (муцин).

В сутки у человека в среднем образуется до 2 л желудочного сока. Желудочная секреция натощак невелика ~5–15 мл/ч, сок обладает нейтральной или слабокислой реакцией рН 5,0–6,0. В процессе пищеварения рН изменяется и становится выраженной кислой (рН 0,8–1,5). Главными компонентами желудочного сока являются: соляная кислота, вода, растворенные соли (хлориды, сульфаты, фосфаты, бикарбонаты), ферменты и пепсиногены. Пепсин образуется из пепсиногена под влиянием соляной кислоты.

Кстати, пепсин был открыт немецким биологом и физиологом, являющимся основоположником клеточной теории, Теодором Шванном в 1836 г., а почти через 100 лет — в 1930 г. уже американский биохимик Джон Нортроп получил его в кристаллическом виде.

Помимо пепсинов, в желудке находится также фермент липаза, лизоцим, обладающий антимикробным действием и муцин, защищающий слизистую оболочку от механических повреждений и самопереваривания желудочным соком. В желудочном соке имеются и др. органические и неорганические компоненты. Кислое содержимое желудка, поступая в двенадцатиперстную кишку, служит стимулятором желчеотделения и выделения сока поджелудочной железой.

Пищеварительные ферменты — пепсин, трипсин — участвуют в расщеплении белков пищи до пептидов, амилаза расщепляет углеводы, липаза — жиры. Патологические процессы в желудке сопровождаются количественными и качественными изменениями секреции желудочного сока. Расстройство секреторной функции проявляется или усилением отделения хлористоводородной кислоты (гиперсекреция) или ее ослаблением (гипосекреция), что сказывается на переваривающей активности желудочного сока. Гиперсекреция сопровождается усилением образования хлористоводородной кислоты и увеличением концентрации HCl в желудочном соке, повышается кислотность и переваривающая способность желудочного сока. При гипосекреции рН желудочного сока повышается, что приводит к снижению активности пепсина. Активность этого фермента проявляется только в кислой среде, при рН выше 4,5 его активность снижается и в нейтральной среде становится инертной (состояние покоя).

При гипосекреции желудочный сок неспособен переваривать белки, что в свою очередь усиливает процессы брожения и гниения, ускоряется эвакуация недостаточно обработанного химуса из желудка в кишечник, это ведет к усилению раздражения хеморецепторов слизистой и усилению перистальтики кишечника.

Уменьшение кислотности способствует проникновению экзогенной микрофлоры, нарушается обезвреживающая способность, изменяется микрофлора кишечника и возникает синдром дисбактериоза. Снижение кислотности желудочного сока приводит к диспепсии (нарушению пищеварения), т.к. поджелудочная железа не получает достаточного стимула для выброса панкреатических ферментов в 12–перстную кишку. При пониженной секреции желудочной, поджелудочной или кишечных желез уменьшаются или полностью отсутствуют те или иные жизненно необходимые ферменты, что приводит к нарушению пищеварения, микроорганизмы проникают из желудка в кишечник, а из него в желчный пузырь и протоки поджелудочной железы. Вследствие этого возникает воспаление желчного пузыря (холецистит), поджелудочной железы (панкреатит), слизистой оболочки желудка (гастрит), слизистой оболочки тонкой кишки (энтерит), а также нарушается двигательная функция кишечника (поносы или запоры).

Для устранения нарушений пищеварения и с целью рефлекторного возбуждения пищевого центра применяют желудочный сок(Succus gastricus naturalis). Получают его от здоровых собак (желудочный сок натуральный) через фистулу желудка при мнимом кормлении по методу И.П. Павлова, а также от лошадей или др. домашних животных, консервирован 0,03–0,04% салициловой кислотой. Содержит все ферменты желудочного сока; содержание свободной кислоты составляет 0,45–0,51%, pH 0,8–1,2. Доза для взрослых: по 1–2 ст. л. (15–30 мл) в 1/4 стакана воды во время еды, 3 раза в день, детям до 3 лет — 2,5–5 мл, 3–6 лет — 10 мл, 7–14 лет — 10–15 мл. При применении возможно появление изжоги, аллергических реакций. Форма выпуска: флаконы по 100 и 150 мл, бутылки по 250 мл.

Преферанская Н.Г.