I.7. Витамины

Витамины - это низкомолекулярные органические вещества разнообразного строения. Объединены в одну группу по следующим признакам. Витамины абсолютно необходимы организму и в очень небольших количествах. Они не синтезируются в организме и должны поступать извне или синтезироваться микрофлорой кишечника. Витамины играют одинаковую роль во всех формах жизни, но высшие животные утратили способность к их синтезу. Например, аскорбиновая кислота (витамин "С") не синтезируется в организмах человека, обезьян и морской свинки, так как в процессе эволюции была утеряна ферментная система синтеза этого витамина из глюкозы. Авитаминоз - это заболевание, которое развивается при полном отсутствии того или иного витамина в организме. В настоящее время авитаминозы обычно не встречаются, а бывают гиповитаминозы при недостатке витамина в организме. Причины развития гипо - и авитаминозов. Все причины можно разделить на внешние и внутренние. Внешние причины гиповитаминозов: Недостаточное содержание витамина в пище (при неправильной обработке пищи, при неправильном хранении пищевых продуктов). Состав рациона питания (например, отсутствие в рационе овощей и фруктов). Не учитывается потребность в том или ином витамине. Например, при белковой диете возрастает потребность в витамине "РР" (при обычном питании он может частично синтезироваться из триптофана). Если человек потребляет много белковой пищи, то может увеличиться потребность в витамине "В6" и снизиться потребность в витамине РР. Социальные причины: урбанизация населения, питание исключительно высокоочищенной и консервированной пищей; наличие антивитаминов в пище. Социальные причины развития авитаминозов существуют в мире. Например, в отдаленных районах Севера, в рационе людей мало овощей и фруктов. Урбанизация также имеет значение, так как в пищу потребляется много консервированных и рафинированнных продуктов. В крупных городах люди недостаточно обеспечены солнечным светом - поэтому может быть гиповитаминоз Д. Внутренние причины гиповитаминозов:

1. Физиологическая повышенная потребность в витаминах, например, в период беременности, при тяжелом физическом труде. 2. Длительные тяжелые инфекционные заболевания, а также период выздоровления. 3. Нарушение всасывания витаминов при некоторых заболеваниях ЖКТ, например, при желчнокаменной болезни нарушается всасывание жирорастворимых витаминов. 4. Дисбактериоз кишечника. Имеет значение, так как некоторые витамины синтезируются полностью микрофлорой кишечника (это витамины В3, Вc, В6, Н, В12 и К). 5. Генетические дефекты некоторых ферментативных систем. Например, витамин Д-резистентный рахит развивается у детей при недостатке ферментов, участвующих в образовании активной формы витамина Д (1,25-диоксихолекальциферола).

Классификация витаминов. Водорастворимые витамины. К этой группе относят витамины С, Р, В1, В2, В3, ВC, В6, В12, РР, Н. Жирорастворимые витамины: А, Д, Е, К. Большинство водорастворимых витаминов должно поступать регулярно с пищей, так как они быстро выводятся или разрушаются в организме. Жирорастворимые витамины могут депонироваться в организме. Кроме того, они плохо выводятся, поэтому иногда при избытке жирорастворимых витаминов наблюдаются гипервитаминозы - заболевания, связанные с интоксикацией организма высокими дозами жирорастворимых витаминов. Такие заболевания описаны для витаминов А и Д. Для большинства витаминов известно, что их производные входят в состав коферментов и простетических групп ферментов. Для некоторых витаминов (витамин С) точно известно, в каких реакциях они участвуют, но коферментная функция пока не открыта. В настоящее время известно несколько десятков витаминов. Обозначаются они заглавными буквами латинского алфавита. Большинство витаминов не синтезируются в организме человека. Возможно, что в процессе эволюции человек утратил необходимые для синтеза витаминов ферментные системы, поскольку, находясь в тесном контакте с природой, получал огромные дозы витаминов с пищей. Мы расскажем Вам о роли некоторых витаминов в организме человека, а также перечислим продукты, которые содержат наибольшееих количество. Витамин А - необходим для нормального зрения, особенно при ослабленном освещении (сумеречное зрение), для развития молодого организма, для поддержания нормального состояния кожи, волос и слизистых оболочек и предохранения их от пересыхания и ороговения. Витамин А также влияет на процессы роста и развития покровного эпителия. Поэтому при авитаминозе наблюдается поражение кожи, слизистых оболочек и глаз, которое проявляется в патологическом ороговении кожи и слизистых. У больных развивается ксерофтальмия - сухость роговой оболочки глаза, так как происходит закупорка слезного канала в результате ороговения эпителия. Так как глаз перестает омываться слезой, которая обладает бактерицидным действием, развиваются конъюнктивиты, изъязвление и размягчение роговицы - кератомаляция. При авитаминозе А может быть также поражение слизистой ЖКТ, дыхательных и мочеполовых путей. Нарушается устойчивость всех тканей к инфекциям. При развитии авитаминоза в детстве - задержка роста. В настоящее время показано участие витамина А в защите мембран клеток от окислителей - т. е. витамин А обладает антиоксидантной функцией. Витамин А запасается в печени. Пищевые источники - печень морских рыб и млекопитающих, желток яиц, цельное молоко, рыбий жир. Овощи и фрукты красно-оранжевого цвета (томаты, морковь и др.) содержат много каротина - водорастворимого предшественника витамина А, имеющего в молекуле 2 иононовых кольца. В настоящее время, гиповитаминоз А наблюдается у людей с заболеваниями кишечника, поджелудочной железы, при нарушении желчевыделительной функции печени, т. е. при заболеваниях, при которых нарушается всасывание жира. Высокие дозы витамина А могут приводить к токсическим эффектам. Характерные проявления гипервитаминоза - воспаление глаз, гиперкератоз, выпадение волос, диспептические явления. Суточная потребность в витамине А - 1-2,5 мг, в каротине - в 2 раза больше. При недостатке витамина А развивается сухость кожи, сухость и ломкость волос, потеря блеска и выпадение волос. Витамин А содержится в печени трески, тунца и некоторых других морских рыб, сливочном масле, яичном желтке, молоке. Богата витамином А говяжья и свиная печень. Некоторые растения содержат провитамин А – каротин, который в организме человека переходит в витамин А. Наибольшее количество каротина в моркови. Однако следует помнить, что каротин переходит в витамин А только при наличии ненасыщенных жиров. Вот почему полезнее кушать не просто морковь, а салат из нее, заправленный растительным маслом или майонезом.

Витамины группы В. Витамин B1 (тиамин, антиневритный). Производное витамин В1- ТДФ (ТПФ) является коферментом пируватдегидрогеназного комплекса (фермента пируваткарбоксилазы), -кетоглутаратдегидрогеназного комплекса и фермента транскетолазы (фермента -тотаратдекарбоксилазы), а также входит в состав кофермента транскетолаз - ферментов неокислительного этапа ГМФ-пути. Витамин В - участвует в процессе усвоения углеводов организмом. Если в пище человека преобладают углеводы, то потребность в витамине В1 увеличивается. Недостаток витамина В1 характеризуется поражением периферических нервов, расстройствами сердечно-сосудистой системы, появлением отеков. Увеличение в пище количества жиров снижает потребность в витамине В1. При низкой температуре (зимой) потребность в витамине В1 резко возрастает. При недостаточности витамина В1может возникнуть болезнь бери-бери, характерная для тех стран Востока, где основным продуктом питания служит очищенный рис и кукуруза. Для этого заболевания характерна мышечная слабость, нарушение моторики кишечника, потеря аппетита, истощение, периферический неврит (характерный признак - человеку больно вставать на стопу - больные ходят "на цыпочках"), спутанность сознания, нарушения работы сердечно-сосудистой системы. При "бери-бери" повышается содержание пирувата в крови. С лечебной целью препараты витамина В1 назначаются при нервном истощении, переутомлении, невритах, кожных заболеваниях нервного происхождения. Витамин В1 в больших количествах находится в зерновых- В кукурузе, рисе и бобовых продуктах, особенно много его в дрожжах, во внутренних органах животных (печени, почках, сердце). Суточная потребность - 1.5 мг/сутки.

Витамин В2(рибофлавин)- входит в состав флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД) - простетических групп флавиновых ферментов. Его биологическая функция в организме - участие в окислительно-восстановительных реакциях в составе флавопротеидов (ФП). Витамин В2 имеет важное значение для нормального зрения, заживления ран и трофических язв. При недостатке витамина В2 у человека отмечается уменьшение веса, слабость, резь в глазах, покраснение глаз. Развиваются заеды, трещины губ, языка и слизистой щек. С лечебной целью витамин В2 применяют при стоматите, трещинах сосков у кормящих матерей, длительно не заживающих ранах. Недостаточность этого витамина часто встречается в России. Особенно часто бывает у людей, которые не употребляют в пищу черный ржаной хлеб. Проявление гиповитаминоза: ангулярные дерматиты в углах рта ("заеда"), глаз. Часто это сопровождается кератитами (воспаление роговицы). В очень тяжелых случаях бывает анемия. Очень часто сочетаются сочетанные гиповитаминозы витаминов "В2" и "РР", так как эти витамины содержатся в одних и тех же продуктах. Пищевые источники: в мясных и молочных продуктах, пекарских и пивных дрожжах, печени, почках и сердце животных, ржаном хлебе, молоке, печени, яйцах, овощах желтого цвета. Суточная потребность: 2-4 мг/сутки.

Фолиевая кислота (ВC). В составе 3 структурных единицы: птеридин, ПАБК (парааминобензойная кислота) и глутаминовая кислота. Часто ПАБК (парааминобензойную кислоту) тоже называют витамином. Но это неверно. ПАБК - это фактор роста для микроорганизмов, которые синтезируют фолиевую кислоту. Активный С1извлекается из глицина или серина с помощью фермента, в небелковой части которого содержится витамин Вc - фолиевая кислота. Фолиевая кислота два раза восстанавливается в организме (к ней присоединяется водород). ТГФК является коферментом ферментов, переносящих одноуглеродные радикалы. Из метилен-ТГФК могут образовываться все другие формы активного С1: формил-ТГФК, метил-ТГФК, метен-ТГФК, оксиметил-ТГФК в результате реакций окисления или восстановления метилен-ТГФК. Фолиевая кислота в виде тетрагидрофолиевой кислоты является коферментом, участвующим в ферментативных реакциях, связанных с переносом активных одноуглеродных радикалов. Например: биосинтез пуриновых и пиримидиновых мононуклеотидов. При авитаминозе у человека наблюдается макроцитарная анемия, при которой нарушен синтез ДНК в клетках красного костного мозга, для больных характерна потеря веса. Пищевые источники: зеленые листья овощей, дрожжи, мясо, шпинат. Авитаминозы встречаются редко, так как потребность в этом витамине компенсируется за счет микрофлоры кишечника. При некоторых заболеваниях кишечника, когда возникают дисбактериозы, нарушается всасывание фолиевой кислоты. Суточная потребность: 0.2-0.4 мг. Витамин В6(пиридоксин)- в форме пиридоксальфосфата является простетической группой трансаминаз и декарбоксилаз аминокислот. Он необходим и для некоторых реакций обмена аминокислот. Поэтому при авитаминозе В6 наблюдаются нарушения обмена аминокислот. В6 также участвует в реакциях синтеза гема гемоглобина (синтез d-аминолевулиновой кислоты). Поэтому при недостатке В6 у человека развивается анемия. Кроме анемии, наблюдаются дерматиты. Недостаток В6может развиться у больных туберкулезом, потому что этих больных лечат препаратами, синтезированными на основе изониазида - это антагонисты витамина В6. Пищевые источники: ржаной хлеб, горох, картофель, мясо, печень, почки. Суточная потребность взрослого человека: 0,15-0,20 мг.

Пантотеновая кислота (витамин В3). Молекула пантотеновой кислоты состоит из бета-аланина и 2,4-дигидрокси-диметил-масляной кислоты. Формулу знать необязательно. Важность этого витамина в том, что он входит в состав HS-KoA (кофермента ацилирования). Строение КоА: тиоэтиламин; пантотеновая кислота; 3-фосфоаденозин-5-дифосфат. HSКоА - кофермент ацилирования, т. е. входит в состав ферментов, которые катализируют перенос ацильных остатков. Поэтому В3участвует в бета-окислении жирных кислот, окислительном декарбоксилировании -кетокислот, биосинтезе нейтрального жира, липоидов, стероидов, гема, ацетилхолина. При недостатке пантотеновой кислоты при дисбактериозе у человека развиваются дерматиты, в тяжелых случаях - изменения со стороны желез внутренней секреции, в том числе надпочечников. Также наблюдается депигментация волос, истощение. Пищевые источники: яичный желток, печень, дрожжи, мясо, молоко. Суточная потребность: 10мг/сут.

Витамин В12 (кобаламин) (антианемический витамин). Имеет сложное строение, структура молекулы похожа на гем, но вместо железа - кобальт. В состав В12 входит также нуклеотидная структура, похожая на АМФ. Производное витамина В12является коферментом. Этот витамин необходим для синтеза нуклеиновых кислот. Он обеспечивает переход оксирибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды (РНК в ДНК). Недостаток этого витамина может привести к развитию злокачественной тромбоцитарной анемии, нарушениям функции центральной нервной системы. Как правило, встречается сочетанный недостаток витамина В12 и фолиевой кислоты. Анемия развивается не потому, что В12мало поступает с пищей, а при отсутствии особого гликопротеина, который называется "внутренний фактор Кастла" и вырабатывается в желудке. Фактор Кастла необходим для всасывания витамина В12. При удалении части желудка, гастритах уменьшается выработка фактора Кастла. Это единственный витамин, который синтезируется только микрофлорой кишечника. Это единственный водорастворимый витамин, который депонируется в организме (в печени). Суточная потребность: 2,5-5 мкг. Витамин С (аскорбиновая кислота). Биологическая роль витамина С (связана с его участием в окислительно-восстановительных реакциях). Витамин С регулирует окислительно-восстановительные процессы в организме, укрепляет иммунную систему, играет важную роль в образовании коллагена - одного из основных компонентов соединительной ткани. Благодаря своим антиоксидантным свойствам он блокирует образование нитрозаминов - соединений, способствующих развитию рака. Витамин С участвует в синтезе стероидных гормонов коры надпочечников и гормонов щитовидной железы, способствует усвоению железа и нормализации процессов кроветворения. Витамин С, являясь сильным восстановителем, играет роль кофактора в реакциях окислительного гидроксилирования, что необходимо для окисления аминокислот пролина и лизина в оксипролин и в оксилизин в процессе биосинтеза коллагена. Коллаген может синтезироваться и без участия витамина С, но такой коллаген не является полноценным (не формирутся его нормальная структура). Поэтому при недостатке витамина С ткани, содержащие много коллагена, становятся непрочными, ломкими. В первую очередь нарушается структура стенок сосудов, повышается их проницаемость, наблюдаются кровоизлияния под кожу и под слизистые оболочки. Участвует в синтезе стероидных гормонов надпочечников. Необходим для всасывания железа. Участвует в неспецифической иммунной защите организма. Авитаминоз "С"- цинга. Проявления цинги: болезненность, рыхлость и кровоточивость десен, расшатывание зубов, нарушение целостности капилляров - подкожные кровоизлияния, отечность и болезненность суставов, нарушение заживления ран, анемия. Иногда цинга развивается у новорожденных на искусственном вскармливании пастеризованным молоком, в которое не добавлен витамин С. В основе всех изменений при цинге, за исключением анемии, лежит нарушение синтеза коллагена. Анемия связана с нарушением всасывания железа. В настоящее время цинга не распространена, но весной у многих людей наблюдается недостаток (гиповитаминоз) витамина "С", что проявляется, например, повышенной утомляемостью, понижением иммунитета. Следует помнить, что витамин С легко разрушается при нагревании, особенно в щелочной среде в присутствии кислорода, ионов железа и меди. Хорошо сохраняется в кислой среде (в квашеной капусте, в клюкве, в ягодах черной смородины и плодах шиповника). Больше всего витамина С содержится в сырых фруктах, овощах и ягодах, свежих зеленых овощах и фруктах. Источником витамина С является также хвоя ели и сосны. При длительном хранении овощей и фруктов содержание в них витамина "С" уменьшается. При кулинарной обработке теряется до 50% витамина С. Суточная потребность - около 100 мг в сутки. Лечебная доза - до 1-2 г в сутки.

Витамин Д (холекальциферол, антирахитный). Способствует задержанию в организме человека фосфора и кальция и построению зубов и костной ткани. Сам витамин Д не обладает витаминной активностью, но он служит предшественником 1,25-дигидрокси-холекальциферола (1,25-дигидроксивитамина Д3). Синтез активной формы протекает в два этапа - в печени присоединяется оксигруппа в положении 25, а затем в почках - оксигруппа в положении 1. Из почек активный витамин Д3 переносится в другие органы и ткани - главным образом в тонкий кишечник и в кости, где витамин Д участвует в регуляции обмена Са и Р. Недостаток витамина Д приводит к развитию нарушений фосфорно-кальциевого обмена и процессов окостенения. В результате у детей развивается рахит, связанный с недостатком Са и Р. Характерные признаки рахита - остеомаляция ("размягчение" костей - запаздывание окостенения), запаздывание закрытия родничков, деформации грудной клетки, позвоночника, конечностей. У таких детей снижен мышечный тонус, наблюдается раздражительность, потливость, выпадение волос. У взрослых при недостатке витамина Д наблюдается остеопороз - разрежение костной ткани в результате вымывания солей кальция из скелета. Потребность в витамине Д повышается у беременных. При благоприятных условиях витамин Д может синтезироваться в организме человека из предшественника - 7-дегидрохолестерина под действием ультрафиолетовых лучей (фотохимическая реакция) в результате разрыва связи в кольце В. В организм человека витамин Д поступает с продуктами питания: много его в печени рыб и других морских животных и рогатого скота. Однако витамин Д может образовываться в организме человека под воздействием ультрафиолетовых лучей солнца или кварцевой лампы. Суточная доза витамина Д3- 10-20 мкг. Высокие дозы витамина Д (выше 1,5 мг в сутки) крайне токсичны. При гипервитаминозе кроме интоксикации наблюдается отложение гидроксиапатита в некоторых внутренних органах (кальцификация почек, кровеносных сосудов). Витамин РР (никотиновая кислота) - участвует в клеточном дыхании. При дефиците никотиновой кислоты в организме возникают значительные нарушения обмена веществ, дистрофические изменения во всех органах и тканях, более выраженные в коже, нервной и пищеварительной системах. Появляется ломкость и выпадение волос, кожный зуд, гиперпигментация и шелушение кожи. Содержится витамин РР в большом количестве в мясе, печени, почках, сердце крупного рогатого скота, пивных и пекарских дрожжах, пшенице, гречихе, грибах.

Витамин К (филлохинон). Необходим для нормального синтеза протромбина (фактор II) - предшественника одного из белков системы свертывания - тромбина. Тромбин - это фермент, который катализирует реакцию превращения фибриногена в фибрин - основу кровяного сгустка при активации системы светрывания крови. При недостатке витамина К синтезируется дефектная молекула протромбина и ряда других факторов свертывания крови. Причина - нарушение ферментативного карбоксилирования глутаминовой кислоты, необходимой для связывания Са2+ белками системы свертывания. Основное проявление недостаточности - нарушение свертывания крови, в результате которого происходят самопроизвольные паренхиматозные и капиллярные кровотечения. Авитаминоз, как правило связан с нарушением выделения желчи в ЖКТ (при желчнокаменной болезни). Пищевые источники - ягоды рябины, капуста, арахисовое масло и др. растительные масла. Витамин К также синтезируется микрофлорой кишечника, поэтому одна из причин гиповитаминозов при недостатке витамина в пище - дизбактериоз кишечника (например, при антибиотикотерапии). Если больной страдает гиповитаминозом К, например, при некоторых видах желтух, то операции - даже удаление зуба - могут сопровождаться длительным кровотечением. Синтезирован водорастворимый аналог витамина К - викасол, который используют при лечении гиповитаминозов, связанных с нарушением всасывания витамина К из кишечника. Известны природные антивитамины К - например, дикумарин, салициловая кислота, которые применяют при лечении тромбозов, так как антивитамины К способны снижать количество протромбина в крови. Суточная потребность точно не установлена, так как витамин синтезируется микрофлорой. Считают, что в сутки потребность около 1 мг. Является антиоксидантом.

Витамин Е. Предохраняет липиды клеточных мембран от окисления активными формами кислорода. При недостаточности витамина Е - дегенеративные изменения в печени, нарушение функций биологических мембран. Авитаминоз проявляется при очень длительном голодании или при стойком нарушении желчевыделительной функции печени (нарушение всасывания жиров). При этом наблюдаются шелушение кожи, мышечная слабость, стерильность - нарушением функции размножения. Поскольку витамин Е широко распространен в природе (растительные масла, семена пшеницы и др. злаков, сливочное масло), то авитаминоз встречается редко. Суточная потребность - около 10-30 мг.

Витамин Р (рутин, витамин проницаемости). Химическое название: никотинамид. Входит в состав НАД и НАДФ, т. е. входит в состав коферментов никотинамидных дегидрогеназ. Его роль - участие в окислительно-восстановительных реакциях. Стабилизирует основные вещества соединительной ткани, путем ингибирования фермента гиалуронидазы. При недостатке витамина Р у людей повышается проницаемость кровеносных сосудов, которое сопровождается кровоизлияниями и кровотечениями. Витамин Р усиливает действие витамина С (снижает потребность в нем). Пищевые источники: зеленые овощи и фрукты, кожура лимона, мясо, бобовые, орехи, рыба и вообще продукты, богатые белком. Суточная потребность - не установлена. Источники РР: мясо, бобовые, орехи, рыба и вообще продукты, богатые белком. Витамин РР может частично синтезироваться из триптофана. Если человек съедает много белковой пищи, то потребность в этом витамине снижается. Из 60 г белка может синтезироваться 1 мг витамина РР. Суточная потребность: 15-25 мг/сутки.

Витамин Н (биотин). В составе молекулы биотина имеются имидазоловое и тиоэфирное кольца, к ним присоединен радикал - валериановая кислота. Витамин Н входит в состав ферментов карбоксилаз: Ацетил-КоА-карбоксилазы, пируваткарбоксилазы и других. Всасыванию биотина в кишечнике препятствует овидин - белок, содержащийся в сырых яйцах. При термической обработке яиц происходит днатурация овидина. При авитаминозе наблюдаются дерматиты, поражения ногтей, анемия. Синтезируется микрофлорой кишечника. Авитаминозы, связанные с недостатком фолиевой кислоты (Вc), пантотеновой кислоты (В3), биотина (Н), пиридоксина (В6), кобаламина (В12) встречаются очень редко, поскольку эти витамины, так же, как и витамин К, синтезируются микрофлорой кишечника. Авитаминозы наблюдаюися при дисбактериозе кишечника, при необычной диете или при нарушении всасывания из кишечника.

I.8. Ферменты. Ферменты - это вещества, которые делают жизнь возможной. Они необходимы в любой химической реакции, протекающей в нашем организме. Без ферментов вообще не было бы никакой активной деятельности организма. Задумайтесь: ферменты это "рабочая сила", которая выстраивает ваш организм подобно тому, как строители строят дома. У вас могут быть все необходимые строительные материалы, но, чтобы построить дом, вам будут нужны рабочие, которые представляют собой жизненные элементы. И точно также, у вас могут быть все питательные вещества - витамины, белки, минеральные вещества и т.д. - но вам всё же нужны ферменты, жизненные элементы, чтобы сохранять жизнеспособность организма. Название фермент произошло от латинского слова "fermentum" - закваска. Синонимом этого слова является энзим от греческого слова "еп zyme" - в дрожжах. Характерно, что оба корня связаны с дрожжевым брожением, которое невозможно без участия биологических субстанций, которые играют ключевую роль в бродильных процессах, представляющих собой химические реакции, связанные с перевариванием и расщеплением сахаров. Первым термин "фермент" предложил голландский естествоиспытатель Ван-Гельмонт, обозначивший им неизвестный агент, способствующий спиртовому брожению. Луи Пастер, наблюдая процессы брожения, считал, что ферменты являются компонентами живых клеток. В 1871 году немецкий химик Бюхнер подтвердил возможность работы ферментов вне живых клеток, а другой немецкий ученый Кюне в 1878 году предложил обозначать внеклеточные ферменты термином "энзим". В 1920-х годах XX века после подтверждения белковой природы ферментов были получены их кристаллические формы: уреаза (1926) - фермент, расщепляющий мочевину, и фермент желудка пепсин (1930). По своей природе ферменты являются биологическими катализаторами (ускорителями) химических (биохимических) реакций, которые протекают не только в живых системах - внутри клеток. Часть ферментов находится на поверхности плазматической мембраны клетки, другие ферменты могут секретироваться за пределы клетки или попадают туда при гибели и разрушении клеток. Химические реакции могут протекать и без участия ферментов, но часто для этого требуются определенные условия: высокая температура или давление, присутствие в среде некоторых металлов, например, железа, цинка, меди, платины, которые также могут выступать в качестве катализаторов - ускорителей химических реакций. Скорость химических реакций без участия катализаторов ничтожно мала. Ферменты не только снимают большинство этих ограничений, но и существенно увеличивают скорость химических реакций. Другое важное свойство ферментов заключается в том, что они упорядочивают и регулируют течение биохимических реакций в живой клетке или за ее пределами - в кровеносной системе и тканях организма. Последнее становится возможным благодаря тому, что на ферменты можно оказывать влияние (активно или пассивно), регулируя их работу. В живой природе известно более 4 ООО различного рода ферментов, которые можно разделить на 6 основных групп. Подавляющее большинство ферментов (более 90%) являются гидролазами (разрушителями различных молекул), раскалывающими их пополам или отщепляющими от них мелкие фрагменты. Но есть ферменты, которые восстанавливают разрушенное или собирают разные молекулы или атомы вместе. Эти ферменты называются синтетазы. Другие ферменты могут перемещать (транспортировать) фрагменты от одних молекул к другим. Их называют трансферазы. Окислительно-восстановительные реакции в клетке поддерживают ферменты-оксиредуктазы. Изомеразы способны изменить пространственную конфигурацию или геометрию молекул, а лиазы способны формировать в молекуле двойную связь. Многие ферменты могут работать в обоих направлениях, в зависимости от обстоятельств, расщепляя биомолекулу на фрагменты или вновь соединяя вместе продукты распада. Например, известный фермент алкогольдегидрогеназа обладает способностью не только расщеплять этиловый спирт на ацетальдегид и воду, но и превращать ацетальдегид в этиловый спирт, инактивируя избыток ацетальдегида, который образуется в организме в результате других биохимических реакций и является крайне токсичным. Все ферменты являются белками - линейными полимерами, собранными из аминокислот. В состав многих ферментов также могут входить простые или разветвленные цепочки различных моносахаров. Полимерная белковая или гликопротеиновая цепочка обычно закручена и образует сложную трехмерную конфигурацию, которая устойчива в небольшом диапазоне температур, при которых существуют живые клетки.

Все ферменты имеют разную длину полимерной цепочки, и, стало быть, разную молекулярную массу. Чем больше молекулярная масса фермента, тем продолжительнее и сложнее его биосинтез, тем больше вероятность в возникновении различного рода нарушений в его структуре при биосинтезе, тем меньшей устойчивостью он обладает в работе. Среди кишечных ферментов, таких, как сахараза, мальтаза, лактаза, щелочная фосфатаза, дипептидаза, самым крупным ферментом является лактаза, которая расщепляет молочный сахар - лактозу. Этот фермент и страдает в первую очередь при различных воспалительных или деструктивных поражениях тонкой кишки, вызывая лактазную недостаточность, которая приводит к непереносимости молока. Все биохимические реакции с участием ферментов происходят в водной среде, в которой, как в коконе, находится наш организм. Часть ферментов входит в состав плазматической мембраны клеток, другие находятся и работают внутри клеток, третьи секретируются клетками и выходят в межклеточное пространство органов и тканей, попадают в кровеносную и лимфатическую систему или в просвет желудка, тонкой и толстой кишки, работая за пределами клеток. Для работы большинства ферментов необходимы так называемые кофакторы или коферменты, которые входят в состав активного центра фермента и обеспечивают его работу. К числу коферментов относятся почти все витамины, а также некоторые другие органические молекулы, например, известный "коэнзим Q10", который является важнейшим коферментом. В состав активных центров ферментов могут входить некоторые микроэлементы (медь, железо, цинк, никель, селен, кобальт, марганец и др.). Важную роль в процессах биологического катализа играют металлы с переменной валентностью (медь, железо, хром и др.), которые обладают способностью быстро отдавать или забирать электрон. Поэтому, например, железо входит в состав важных окислительных ферментов - каталазы, пероксидазы, цитохромов. Участие различных микроэлементов в качестве катализаторов химических реакций, строго специфично и основано на определенных и неповторимых химических свойствах каждого из них. Например, цинк способен не только разрывать химические связи между атомами углерода и азота, но и соединить между собой эти атомы, благодаря чему из аминокислот образуются белковые молекулы. В то же время цинк способен соединять между собой атомы кислорода и азота, а так же атомы серы. Медь обладает способностью разрывать или образовывать связи между атомами углерода и серы. Однако только кобальт способен разрушить и образовать химическую связь между атомами углерода. Молибден в живой природе входит в состав азотфиксирующих ферментов и способен переводить в связанное состояние атмосферный азот, который является достаточно инертным веществом и в таком виде с большим трудом вступает в биохимические реакции. В организме человека молибден также участвует в окислении альдегидов. Коферменты разрушаются при разрушении ферментов. Поэтому для успешной работы ферментов необходимо постоянное и непрерывное поступление в организм витаминов и минералов в составе пищи. Только в этом случае ферменты и ферментные системы организма будут работать нормально. Следует подчеркнуть, что ферменты - это продукты одноразового действия и работают они очень короткий промежуток времени - от нескольких минут до нескольких часов, иногда они могут сохранять активность в течение нескольких суток, после чего инактивируются или разрушаются и теряют свою активность. Поэтому в организме происходит непрерывное обновление и наработка новых порций ферментов. Поэтому работа ферментов зависит не только от них самих, но и от того, как быстро и в каком количестве они будут выработаны - то есть будет зависеть от состояния белоксинтезирующих систем клетки. А поскольку все ферменты являются белками, то для их биосинтеза требуется постоянный приток определенных аминокислот. Дефицит белка в питании и нехватка незаменимых аминокислот всегда будет отражаться на работе ферментов. Поэтому в составе нашего правильного питания, должно быть достаточное количество сбалансированного по аминокислотному составу белка. В организме человека насчитывают около 3 ООО различных ферментов, структура которых закодирована в нашем геноме. Для того чтобы синтезировать какой-либо фермент необходимо считать информацию с генетической матрицы ДНК (этот процесс называется транскрипцией) и перенести эту информацию на информационную РНК. С ее помощью в клетке с участием особых субклеточных структур - рибосом может быть начат биосинтез белка-фермента. По окончанию биосинтеза фермента, как правило, образуется неактивный профермент, часто лишенный и кофермента. В процессе транспорта профермента в клетке, в состав клеточной мембраны или за пределы клетки происходит достройка (встраивание углеводной составляющей) и активация фермента. Только после этого получается активный фермент, который может начать работать. Работа любого фермента складывается из простой последовательности операций. Она начинается со связывания фермента с веществом, которое он должен преобразовать. Это вещество называется субстратом. Все ферменты высокоспецифичны по отношению к субстратам. Некоторые из ферментов катализируют превращение единственного субстрата. Например, лактаза может расщеплять только один молочный сахар (лактозу), но не способна расщеплять сахарозу или мальтозу. Другие ферменты как, например, папаин обладают более широкой субстратной специфичность и могут расщеплять разные связи в молекулах разных белков. Кода субстрат связывается с активным центром фермента, происходит его химическое преобразование, в результате которого образуется продукт реакции (или метаболит). В процессе работы фермента на него могут оказывать влияние активаторы или ингибиторы. Первые ускоряют его работу, а последние - тормозят. Избыток продукта ферментативной реакции также может остановить работу фермента или повернуть его работу вспять. Фермент может закончить свое существование после того, как подвергнется атаке со стороны протеолитических ферментов, которые могут вызвать его инактивацию или полное разрушение (переваривание до аминокислот). Основной функциональной характеристикой фермента является активность - скорость, с которой он работает, разрушая, трансформируя или синтезируя те или иные вещества. Активность ферментов зависит от очень многих внешних факторов: температуры, кислотности среды (рН), количества субстратов реакции или ее продуктов. При понижении температуры и приближении ее к 0° С скорость химических реакций уменьшается и останавливается при замерзании воды. При повышении температуры скорость химических реакций сначала увеличивается, но затем начинает уменьшаться, поскольку при высоких температурах (50-100° С) происходит денатурация (разрушение) белковых молекул фермента. Все ферменты работают с разной скоростью. Например, фермент лизоцим осуществляет 30 операций в минуту, а мембранный фермент карбоангидраза - 36 миллионов операций в минуту! Скорость работы фермента величина переменная. При изучении работы различных ферментов мы сталкиваемся с очень большим разбросом параметров, которые отражают очень разную скорость их работы (ферментативную активность). Причина различий в ферментативной активности заключается не только в том, что работает неодинаковое количество ферментов. Активность фермента во многом зависит от его структуры. Часто небольшие изменения в составе аминокислот, которые, как правило, являются результатом генетических мутаций или вызваны сбоями при биосинтезе, могут существенным образом изменить свойства фермента или привести к полной потере активности. По этой и другим причинам у разных людей активность ферментов может существенным образом различаться. На активность ферментов влияют и регуляторные факторы, а также условия, в которых работает тот или иной фермент. Мы знаем о мутациях в геноме человека. Эти мутации, число которых исключительно велико в геноме всех живых организмов, в том числе и у человека, приводят к изменению последовательности нуклеотидов в цепочке ДНК. В конечном итоге эти изменения лежат в основе различий в аминокислотной последовательности белковых макромолекул, что и отражается на свойствах ферментов. Крайним вариантом негативных мутаций в геноме может быть очень низкая или полная потеря активности фермента, что может привести к летальным последствиям или тяжелым заболеваниям. В этом случае говорят об энзимо - или ферментопатии, которая, носит характер наследственного заболевания. Но, как правило, подавляющее большинство мутаций вызывает те или иные изменения свойств ферментов, которые отражаются на его активности или регуляторных свойствах. Но есть случаи, когда активность ферментов может значительно возрастать, что также нельзя считать нормальным явлением. Активностью любого фермента можно управлять, что и происходит в живых системах. Существует несколько ступеней управления ферментами. Первая ступень управления работает на уровне генома, который выдает информацию, необходимую для биосинтеза ферментов, и регулирует выдачу этой информации. Вторая ступень управления работает на уровне биосинтеза ферментов в клетке, регулируя выработку ферментов, перенос ферментов туда, где они будут работать, или, регулируя численность клеток, которые производят тот или иной фермент. И, наконец, третья ступень управления работает на уровне регуляции активности ферментов в процессе его работы, ускоряя (активируя), замедляя (ингибируя) или разрушая (инактивируя) ферменты. Но управлять ферментами можно и извне, например, с помощью правильного питания, регулируя поступление в организм: белка или необходимых для его биосинтеза аминокислот, витаминов-коферментов, микроэлементов, пищевых субстратов. Или, напротив, тормозить работу ферментов с помощью пищевых ингибиторов ферментов. Можно также доставлять в организм, например, вместе с пищей готовые ферменты, которые будут работать в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) или во внутренней среде организма, как системные ферменты. Можно вводить в организм бактерии-сапрофиты (пробиотики), которые будут вырабатывать дополнительное количество необходимых ферментов, а можно вводить в организм пищевые вещества (пребиотики), которые являются источниками питания для кишечных микроорганизмов и будут увеличивать численность этих бактерий-симбионтов (полезных бактерий) и их ферментов. Пищеварительные ферменты — ферменты, расщепляющие сложные компоненты пищи до более простых веществ, 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. 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 (пептидазы) расщепляют белки до коротких пептидов или аминокислот. Липазы расщепляют липиды до жирных кислот и глицерина карбогидразы гидролизуют углеводы, такие как крахмал или сахара, до простых сахаров, таких как глюкоза. Нуклеазы расщепляют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. Ротовая полость. 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). Желудок. Ферменты, секретирующиеся желудком называются желудочными ферментами. Пепсин — основной желудочный фермент. Расщепляет белки до пептидов. Желатиназа расщепляет желатин и коллаген, основные протеогликаны мяса. Амилаза желудка расщепляет крахмал, но имеет второстепенное значение по отношению к амилазам слюнных желез и поджелудочной железы. Липаза желудка расщепляет трибутирины масла, играет второстепенную роль. Ферменты поджелудочной железы. Поджелудочная железа является основной железой в системе пищеварения. Она секретирует ферменты 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 ДНК и РНК. 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 трипсиноген в 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 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, чем важны для организма человека ферменты. Ферменты постоянно работают в организме: без них не совершается ни один процесс. Они расщепляют пищу на клеточном уровне, создают из белков мышцы, выделяют из легких углекислый газ, поддерживают работу иммунной системы в ее борьбе с инфекцией, повышают уровень выносливости организма, помогают пищеварительной системе правильно функционировать. Кроме всего перечисленного, ферменты: — уничтожают и выводят из организма различные жиры; — предупреждают хроническое течение болезни; — сохраняют нам молодость и помогают хорошо выглядеть; — усиливают энергию и выносливость; — препятствуют гормональному дисбалансу в организме. Как мы можем пополнять запас ферментов. Есть один способ восполнить запас ферментов: потребление сырой пищи. Только «живая», естественная, натуральная пища богата ферментами, приготовленными из растений, выращенных на органических почвах без всяких химических удобрений. В нашем рационе должны обязательно присутствовать сырые овощи, потому что они поставляют нам этот эликсир Жизни,— ферменты, помогающие усвоить, ассимилировать все ему необходимое и выделить все вредное. Ферменты сырых овощей — это ключ к здоровью.