Пищеварительные ферменты

Пищеварительными протеолитическими ферментами называются ферменты, катализирующие процессы гидролиза пищевых веществ. Наиболее важными из них являются протеолитические ферменты. К ним относятся ферменты желудка и кишечника.

Ферменты желудка

Слизистая оболочка желудка, толщина которой 1,5–2,5 мм, покрыта слоем специальных железистых клеток, которые выделяют слизеподобный секрет. В более глубоких ее слоях расположены железы, состоящие из главных и обкладочных клеток. Эти железы вырабатывают желудочный сок, содержащий ферменты и соляную кислоту.

В слизистой желудка образуются биологически активные вещества (гормон гастрин, олигопептиды), оказывающие возбуждающее действие на нейроны продолговатого мозга, в результате чего усиливается активность желудочных желез.

Пепсин (от греч. pepsis – пищеварение) – протеиназа, входящая в состав желудочного сока, вырабатывается обкладочными клетками слизистой оболочки желудка. Молекула пепсина представляет собой одну полипептидную цепь, содержащую 327 аминокислотных остатков. Пепсин получают в виде белковых кристаллов. Молекулярная масса пепсина –
34 644. Кристаллический пепсин обладает высокой каталитической активностью, 1 г пепсина за 2 ч створаживает 100 000 л молока, или растворяет 50 000 г сваренного яичного белка. Активатором пепсина являются ионы водорода (HCl) и пепсин, проферментом – пепсиноген.

Пепсин гидролизует белки, поли- и олигопептиды (основной субстрат – белок), в которых он гидролизует пептидные связи, образованные аминными группами ароматических аминокислот. Для пепсина оптимум рН – 1,5–2,5.

Для определения активности пепсина используется метод Пятницкого (экспресс-метод), в основе которого лежит способность пепсина створаживать белок молока – казеиноген. Створаживание молочно-ацетатной смеси пепсином при рН 4,9 и температуре 25 ⁰С происходит пропорционально его способности переваривать белок. За единицу активности пепсина принимают количество пепсина (мг), которое при рН 4,9–5,0 и температуре
25 ⁰С створаживает 5 см³ молочно-ацетатной смеси; данная единица соответствует 0,010 мг кристаллического пепсина. В норме в 1 см³ желудочного сока содержится 40–60 единиц пепсина, т. е. в 1 см³ желудочного сока в норме должно быть 0,4–0,6 мг пепсина.

Гастриксин (от греч. gastros – желудок) – фермент, входящий в состав желудочного сока – является гидролазой, протеиназой. Вырабатывается слизистой желудка. Оптимум рН 3,5–4,0. Профермент – гастриксиноген. Активатором гастриксина являются ионы Н⁺ (HCl), субстратом – белки, продуктами гидролиза – полипептиды.

Парапепсин. Парапепсин – фермент, входящий в состав желудочного сока. Относится к гидролазам. Вырабатывается обкладочными клетками слизистой оболочки желудка. Активируется ионами Н⁺ (HCl). Субстратом для парапепсина является белок гемоглобин, продуктами гидролиза – полипептиды.

Желатиназа – гидролаза, присутствующая в желудочном соке. Гидролизует полипептид желатина.

Химозин (от греч. chymos – сок) – протеиназа, вырабатываемая слизистой желудка. Другие названия фермента – реннин, сычужный фермент, лабфермент. Характерен для детского организма. Активатором являются ионы Н⁺, зимогеном – химозиноген, субстратом – белки молока. Получают из сычуга (четвертый отдел желудка теленка), который содержит сычужный фермент, створаживающий молоко. Сычуг применяют в качестве створаживающего средства при изготовлении сыров. Сычужный фермент превращает белок молока казеиноген в сгусток казеината кальция. Очищенный сычужный фермент получают в виде кристаллов, он обладает высокой каталитической активностью: одна часть фермента при рН 6,2 и температуре 37 ⁰С свертывает 4 550 000 частей молока.

Ферменты кишечника

В кишечнике присутствуют ферменты, которые вырабатываются поджелудочной железой и слизистой кишечника.

Панкреатический (поджелудочный) сок – пищеварительный сок поджелудочной железы, поступающий по протокам в кишечник. За сутки вырабатывается около 0,8 л панкреатического сока, который поступает в двенадцатиперстную кишку. Секреция поджелудочного сока начинается через
2–3 мин после приема пищи и продолжается 6–14 ч. Длительное отделение панкреатического сока происходит при приеме жирной пищи.

Панкреатический сок является бесцветной прозрачной жидкостью, рН 7,8–8,7. Протеолитическими ферментами панкреатического сока являются трипсин, химотрипсин.

Кишечный сок – это пищеварительный сок, выделяемый либеркюновыми железами слизистой оболочки кишечника. За сутки выделяется около 2 л кишечного сока.

Кишечный сок – бесцветная мутноватая жидкость, рН > 7. В состав сока входят следующие протеолитические ферменты: карбоксипептидаза, аминопептидаза, дипептидаза.

Кишечный сок содержит энтерокиназу, которая является активатором всех протеолитических ферментов кишечника, в первую очередь трипсина. Активация трипсина происходит в двенадцатиперстной кишке. Активированный трипсин в свою очередь является активатором всех протеолитических ферментов в полости двенадцатиперстной кишки.

Трипсин (от греч. thrypsis – разжижение) – протеиназа, которая входит в состав панкреатического сока, который поступает по протокам в тонкий кишечник. Он относится к гидролазам. Молекулярная масса трипсина
24 000. Изоэлектрическая точка соответствует рН 10, оптимум рН 8–9 (физиологический диапазон рН тонкого кишечника – 7,8–8,2).

Трипсин гидролизует преимущественно пептидные связи, в которых участвует карбоксильная группа лизина или аргинина. Зимогеном трипсина является трипсиноген. В пищеварительном соке трипсин присутствует в виде профермента трипсиногена. Активаторами трипсина являются сам трипсин и энтерокиназа. В процессе активации от одной молекулы трипсина отщепляется одна молекула гексапептида.

Химотрипсин (от греч. chymos – сок + thrypsis – разжижение) – пищеварительный протеолитический фермент, который входит в состав панкреатического сока. Проферментом химотрипсина является химотрипсиноген, активатором – энтерокиназа и сам трипсин. Химотрипсин относится к классу гидролаз, является протеиназой. Оптимум рН 7,8–8,2. Субстратом являются полипептиды, продуктами гидролиза – олигопептиды. Химотрипсин расщепляет пептидные связи между ароматическими аминокислотами, а также те связи, которые не были гидролизованы трипсином. Для активного центра химотрипсина характерно наличие остатков таких аминокислот, как серин, гистидин, аспаргиновая кислота.

Карбоксипептидаза (карбоксиполипептидаза) – пищеварительная гидролаза, вырабатывается поджелудочной железой, входит в состав панкреатического сока. Субстратом для карбоксипептидазы являются олигопептиды, содержащие С-концевые аминокислоты – концевые аминокислоты, содержащие свободную группу –СООН. Карбоксипептидазы отщепляют С-концевые аминокислоты.

Схема действия:

COOH

|

Х – СО – NH – C – H

|

R

Шифр карбоксипептидаз – КФ 3.4.12. Карбоксипептидаза А
(КФ 3.4.12.2) является металлоферментом. Молекулярная масса – 35000. Содержится в кишечнике, получена в виде кристаллов, содержит 1 моль Zn²⁺ на 1 моль белка, используется для определения белка.

Аминопептидаза – пищеварительный гидролитический фермент, вырабатываемый слизистой кишечника, входит в состав кишечного сока. Катализирует отщепление N-концевых аминокислот – аминокислот, находящихся на конце полипептидной цепи и содержащих свободную аминогруппу.

Шифр аминопептидаз КФ 3.4.11.

Схема действия:

R R^¢

| |

H₂N – CH – C NH – CH – C …

||

O

В природе широко распространена лейцинаминопептидаза
(КФ 3.4.11.1) – фермент, в состав активного центра которого входит Zn, гидролизующий соединения лейцина, пептиды, амиды, содержащие N-концевые аминокислоты.