Выше уже упоминалось о ферментах, мы говорили об их роли при разложении сложных запасных веществ семени в процессе прорастания. Шла речь и о том, что в организме человека группа ферментов осуществляет защиту каждой клетки от разрушительного действия свободных радикалов. Роль ферментов в жизни человека и оценка с этой точки зрения различных пищевых продуктов очень велики.
Ферменты — это особые вещества белковой природы, которые присутствуют в клетках и тканях всех без исключения живых организмов. Их роль — во много раз ускорять идущие в организмах химические реакции. Они работают как катализаторы — присутствуя в небольших количествах взаимодействуют с реагирующими соединениями, но в состав образовавшихся продуктов не входят и по окончании реакции остаются неизмененными. Ферменты катализируют большую часть биохимических реакций, которые идут в организме, и играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности. Именно они направляют и регулируют обмен веществ и энергии в организмах всех живых существ любого уровня развития. Действие ферментов обеспечивает все функции живых организмов — дыхание, размножение, передачу нервного импульса, мышечное сокращение и многое, многое другое; они участвуют в синтезе, многочисленных превращениях и распаде белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, гормонов и других соединений. Жизнь без них невозможна.
Исследования Кирхгофа
Впервые открыл действие фермента российский химик К. Г. С. Кирхгоф в 1814 г. Он работал с близким нам объектом — с проростками ячменя и описал ферментативное действие водных вытяжек из проросшего ячменя, которые расщепляли крахмал до сахара. Именно эти работы положили начало науке энзимологии (ферментологии). Исследования Кирхгофа легли в основу одного из первых промышленных каталитических процессов получения патоки и глюкозы из крахмала.
В расщеплении запасных питательных веществ, которые содержатся в семенах, принимают участие ферменты, относящиеся к классу гидролаз. Эти ферменты катализируют реакции, которые идут с использованием воды (вы уже знаете, что без воды прорастание невозможно). Гидролазы расщепляют сложные органические соединения белков, жиров и углеводов, присоединяя по месту разрыва элементы молекулы воды (Н+ и ОН−). Содержатся они во всех живых организмах. Относящиеся к этому классу ферментов протеазы расщепляют белки и пептиды на аминокислоты, у человека они связаны с работой желудочно-кишечного тракта. Липазы расщепляют жиры с образованием жирных кислот и глицерина, у человека эти ферменты содержатся в поджелудочной железе, функционируют в кишечнике и желудке. Амилазы катализируют гидролиз резервных полисахаридов, превращая их в простые сахара. У высших растений такие ферменты обнаружены в прорастающих семенах, у человека и животных амилазы содержатся в слюне и соке поджелудочной железы. Таким образом, ферменты класса гидролаз работают и в организме растений, и в организме человека.
Как и при обычных химических реакциях, ферментативные реакции ускоряются при повышении температуры. Оптимальная температура для активности ферментов составляет обычно 40–50 °C. При более низкой температуре скорость реакции постепенно снижается, при 0 °C реакции не идут вообще, при более высокой полностью прекращаются, так как начинается разрушение фермента. Следует отметить, что при прорастании семян их температура повышается. Разрушение ферментов в проростках начинается при температуре 47,8 °C.
Большинство ферментов содержатся и функционируют в тех клетках, в которых происходит их биосинтез. Это метаболические ферменты. У человека и животных большая роль принадлежит пищеварительным ферментам, которые секретируются (выделяются) в желудочно-кишечный тракт. И третья группа ферментов — это ферменты, которые поступают с пищей.
О значении ферментов, которые содержатся в пище, нужно поговорить подробнее. Приведем необычный пример.
В 60-х годах прошлого века выдающийся ученый академик А. М. Уголев, который изучал вопросы питания и пищеварения, поставил серию очень важных экспериментов, получивших название «маленький искусственный удав». При чем здесь удав и почему он маленький? Просто это удобная модель, а схема переваривания и усвоения пищи одна у всех позвоночных. Но сначала о большом удаве.
Это змея, тело узкое, сильно вытянутое, длиной до 10 м, покрыто роговыми щитками и чешуей. Конечностей нет, грудины нет, туловищные позвонки с подвижными ребрами. Кости лицевой части черепа соединены эластичными связками, которые дают возможность очень сильно растягивать ротовую полость при заглатывании крупных животных. Такое анатомическое строение приспособлено для поглощения и усвоения пищи. Удав настигает добычу, душит ее, а потом глотает целиком. Зубы у него тонкие и острые, загнуты назад, они служат не для пережевывания, а для захвата и удержания добычи. Крупные удавы могут заглатывать кабанов и оленей.
Представим себе, что наш удав задушил и проглотил кролика. Этой еды ему хватит на несколько дней, и если за ним наблюдать, то по очертаниям его тела будет видно, что тушка кролика, постепенно уменьшаясь в размерах, продвигается к хвостовой части змеи.
Удав глотает кролика, не жуя, и переваривает его целиком. Но происходит это не только за счет ферментов желудочно-кишечного тракта змеи («хищника»), но и за счет ферментов, которые содержатся в теле кролика («жертвы»). На 50 % полное переваривание добычи происходит за счет ферментов самой добычи. Но это происходит только в том случае, если ткани «жертвы» сохранили свои естественные свойства. Жареного кролика удав есть не будет, от такой еды он погибнет.
