Условия действия ферментов. Здоровое, правильное питание
веществ, ведут активную жизнедеятельность благодаря:
а) всеядности;
б) развитию с метаморфозом;
в) питанию только богатой белками животной пищей;
г) способности к длительному пребыванию под водой.
22. Дыхание у земноводных осуществляется:
а) через жабры;
б) через легкие;
в) через кожу;
г) всеми названными способами.
23. Берцовую кость следует отнести к уровню организации живого:
а) клеточному;
б) тканевому;
в) органному;
г) системному.
На рисунке представлен фрагмент типичной
Электрокардиограммы (ЭКГ) человека, полученной
При втором стандартном отведении.
Интервал Т–Р отражает следующий процесс в
сердце:
а) возбуждение предсердий;
б) восстановление состояния миокарда желудочков
после сокращения;
в) распространение возбуждения по желудочкам;
г) период покоя – диастола.
25. Оптимальная среда для высокой активности желудочных ферментов:
а) щелочная;
б) нейтральная;
в) кислая;
а) тщательно промыть открытые раны, удалить отмершие ткани и обратиться к врачу;
б) как можно скорее поместить руку в холодную воду или обложить кусочками льда;
в) растереть конечность до покраснения и наложить тугую повязку;
г) туго забинтовать обожженную конечность и обратиться к врачу.
Лимфа по лимфатическим сосудам проводится от тканей и органов непосредственно
а) артериальное русло большого круга кровообращения;
б) венозное русло большого круга кровообращения;
в) артериальное русло малого круга кровообращения;
г) венозное русло малого круга кровообращения.
28. Кровь теряет максимальное количество кислорода при прохождении через:
а) легкие;
б) одну из вен руки;
в) капилляры в одной из мышц;
г) правое предсердие и правый желудочек.
29. Нерв, обеспечивающий поворот глазного яблока у человека:
а) тройничный;
б) блоковый;
в) зрительный;
г) лицевой.
30. Объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха называют:
а) резервным объемом выдоха;
б) резервным объемом вдоха;
в) дыхательным объемом;
г) остаточным объемом.
На рисунке представлена
Реконструкция внешнего облика и
Останков первобытной культуры
Одного из предков современного
Человека. Данного представителя
следует отнести к группе: 
а) предшественников человека;
б) древнейших людей;
в) древних людей;
г) ископаемых людей современного
анатомического типа.
32. Корковый слой надпочечников вырабатывает гормон:
а) адреналин;
б) тироксин;
в) кортизон;
г) глюкагон.
33. Лишним звеном в составе единой трофической цепи является:
а) дождевой червь;
б) мятлик;
В природных сообществах роль консументов 2-го порядка, как правило,
могут играть:
а) уклейка, пеночка, косуля, жужелица;
б) кедровка, прыткая ящерица, морская звезда, заяц;
в) утка, собака, паук, скворец;
г) лягушка, виноградная улитка, кошка, канюк.
Cтраница 3
Описанный выше способ приготовления раствора сравнения основан на том факте, что окрашенный комплекс кобальта с нитрозо - К-солью не образуется в сильнокислой среде; оптимальной средой для образования комплекса является нейтральный или слабокислый раствор.
Интенсивность окраски в сильной степени зависит от среды. Оптимальной средой для получения наиболее стабильной окраски является азотнокислая. В солянокислой среде окраска стабильна только 6 мин, и поэтому измерения должны быть проведены быстро. Кислоты и соли снижают интенсивность окраски; в испытуемых и стандартных растворах необходимо поддерживать одинаковые концентрации кислот и солей.
При этом первоначальный фиолетово-розовый раствор реактива, в зависимости от концентрации стронция становится фиолетово-синим или сине-зеленым. Оптимальной средой взаимодействия является рН 4 6 (ацетатный буферный раствор) в присутствии ПЭДТУ. Окраска растворов устойчива в течение многих часов.
Ионо - и электронообменные волокна. От характера ионогенной группы зависит оптимальная среда (рН) связывания ионов, а от количества этих групп в полимере - равновесная ионообменная емкость.
Исследованные вещества расположены в ряд на основании их окислительной способности по отношению к иодиду. Этот ряд требуется учитывать при определении оптимальной среды для окислительно-восстановительных реакций с участием названных веществ.
Медико-биологические последствия использования атомной энергии начали, видимо, в полной мере осознавать только после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. Поэтому современные меры предупреждения химического загрязнения биосферы и формирования оптимальной среды обитания стали разрабатываться с большим опозданием, а нормализовать экологическую обстановку труднее, чем предупредить загрязнение, поэтому и возникла такая ситуация, когда население и активисты борьбы за сохранение природной среды (зеленые) протестуют против строительства новых атомных электростанций, гидроузлов, теплоцентралей, химических заводов, настаивают на закрытии и перепрофилировании многих существующих предприятий. Эти опасения понятны, но далеко не всегда они обоснованы и хотя проистекают из накопленного негативного опыта, но при явно недостаточном знании предмета. Поэтому крайне важно в наше время глубокое экологическое образование как специалистов различного профиля, так и широких слоев населения.
Студенты этой категории более замкнуты, отстранены от окружающих, реже идут на контакт как с преподавателями, так и с однокурсниками. Раскрепощенность их во многом зависит от работников деканата, преподавателей, создающих оптимальную среду общения, от позитивного отношения к ним однокурсников, от желания окружающих людей помочь им, быть более терпимыми. Болезнь накладывает отпечаток на личность студента, имеющего проблемы с физическим здоровьем, они ранимы в общении, некоторые субъективно. Однако, как показывает исследование, примерно 90 %, обучающихся на заочном отделении и их близкие (родители, родственники, опекуны) обучение в вузе рассматривают не только как возможность получить высшее образование, но прежде всего, как возможность окунуться в среду, которая помогает им ощутить себя равными другим, не имеющим особых проблем с физическим здоровьем.
Исследовано влияние типа буферного раствора и органических растворителей (ацетона, этанола, диметилформамида и диоксана) на оптические свойства комплексов Zn и Cd с 8 - (я-толуолсульфо-нил) хинолином, который является групповым реагентом на них. Полосы поглощения комплексов в боратном буфере более характерные, чем в гликоколевом, поэтому боратный буфер является наиболее оптимальной средой для определения Zn и Cd с этим реагентом. Добавки органических растворителей влияют на смещение полос поглощения, возбуждения и люминесценции комплексов, а также на квантовый выход и интенсивность люминесценции, благодаря чему найдены оптимальные условия отдельного определения малых количеств Zn в присутствии равных количеств Cd, а также суммарного определения данных элементов.
Артемова предложила модификацию метода для практического использования. Модифицированный метод заключается в посеве исследуемой воды в глюкозопеп-тонную среду (по ГОСТ 18963 - 73), которая является оптимальной средой накопления как для кишечных палочек, так и для энтерококков, с последующим высевом на соответствующие подтверждающие плотные элективные среды и идентификацией выросших колоний.
| Сосновая губка (Phelliiius pini. |
Взаимоотношения грибов в процессе разложения древесины определяются тем. При этом надо помнить, что в процессе истощения питательных веществ гриб, поселившийся первым, становится менее жизнеспособным, тогда как тот, для которого частично разложившаяся древесина является оптимальной средой, приобретает наиболее благоприятные условия для развития и он сравнительно легко вытесняет своего предшественника. Первый гриб поселяется на здоровых пнях, иногда даже на живых деревьях. Пахучий трутовик разрушает древесину значительно медленнее, но, как показывают опыты, после месяца развития окаймленного трутовика активность пахучего трутовика на подготовленной древесине значительно возрастает. Однако следует учитывать, что изменение температурно-психрометрических условий изменяет метаболизм грибов, а следовательно, и возможную последовательность развития их.
Реакционная способность анионов, используемых при проведении реакций нуклеофильного ароматического замещения, очень сильно зависит от их состояния в растворе. Связывание с противоионами в ионные пары или же образование прочных сольватных оболочек значительно уменьшает их нуклеофильность и скорость реакции. Поэтому оптимальной средой для проведения таких реакций являются биполярные апротонные растворители, разрушающие ионные пары, но слабо сольватирующие анионы.
В этот раствор при сильном перемешивании вводят медленно из пипетки анализируемый раствор. Для завершения окисления марганца раствор время от времени сильно перемешивают и оставляют на 3 мин. На создание оптимальной среды указывает изменение окраски раствора из зеленой в желто-коричневую. После этого сразу добавляют 15 мл аммиачного буферного раствора с рН 10 и 20 мл NH4OH (уд. К прозрачному раствору добавляют известное количество 0 05 М раствора комплексона III и через несколько минут его избыток оттитровывают раствором соли кальция по тимолфталексону до появления интенсивной синей окраски.
Данные методы очистки основаны на активизации существующей (аборигенной) в почве или породе микрофлоры. В результате этого микроорганизмы начинают активно поглощать загрязнитель и вызывать его деструкцию. Методы активизации аборигенной микрофлоры направлены на создание оптимальной среды для развития определенных групп микроорганизмов, разлагающих загрязнитель. Эти методы могут быть использованы везде, где естественный микробиоценоз сохранил жизнеспособность и достаточное видовое разнообразие. Очистка за счет активизации микрофлоры является медленным, но очень эффективным процессом. Наиболее часто эти методы очистки применяются для ликвидации нефтяных и углеводородных загрязнений.
Там Вы узнаете также, как создать себе оптимальную среду, которая гарантирует достижение Ваших целей, - среду, которая заставит Вас продержаться до конца.
Показатели активности воды и pH — наиболее важные внутренние факторы, позволяющие определить предрасположенность продукта к росту в нем микроорганизмов, вызывающих порчу. Параллельный контроль данных параметров показывает лучшие результаты, чем их отдельное регулирование. Эффект от совместного влияния этих двух показателей детально описан в рамках барьерной технологии для микробиологического контроля, и является одной из наиболее сложных частей определения потенциально опасных продуктов согласно Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA).
Настоящая статья посвящена вопросам применения совместного воздействия активности воды и pH для повышения уровня микробиологического контроля при использовании более мягких консервирующих технологий, что может привести к повышению качества и улучшению текстуры пищевых продуктов.
Как активность воды предупреждает рост микроорганизмов
Как и любым другим организмам, микроорганизмам для роста требуется вода. Они поглощают воду перемещая ее сквозь клеточную мембрану. Механизм этого движения зависит от градиента активности воды — вода перемещается от среды с высокой активностью воды за пределами клетки к среде с низкой активностью воды внутри клетки.
Снижение активности воды за пределами клетки до определенного уровня вызывает осмотический стресс: клетка больше не может впитывать воду и переходит в состояние покоя. Клетка не погибает — она просто теряет способность к размножению. Различные микроорганизмы справляются с осмотическим стрессом по-разному. Поэтому пределы роста для каждого микроорганизма отличаются. Некоторые виды плесени и дрожжей приспособились выдерживать очень низкие уровни активности воды.
У каждого микроорганизма свой уровень активности воды при котором репродукция бактерий прекращается. Соответственно, поддержание активности воды ниже этого уровня приведет к тому, что микроорганизм не сможет достаточно размножиться, чтобы вызвать инфекцию или заболевание.
Показатели активности воды для ограничения роста микроорганизмов в продукте
| Активность воды | Бактерии | Плесени | Дрожжи | Основные продукты |
| 0.97 | Clostridium botulinum E
Pseudomonas fluorescens |
свежее мясо, свежие и консервированные овощи и фрукты | ||
| 0.95 | Escherichia coli
Clostridium perfringens Salmonella spp. Vibrio cholerae |
слабосоленый бекон, вареная колбаса, назальный спрей, глазные капли | ||
| 0.94 | Clostridium botulinum A, B
Vibrio parahaemolyticus |
Stachybotrys atra | ||
| 0.93 | Bacillus cereus | Rhizopus nigricans | некоторые сыры, ветчина, выпечка, сгущенное молоко без сахара, суспензии для перорального применения, солнцезащитные лосьоны | |
| 0.92 | Listeria monocytogenes | |||
| 0.91 | Bacillus subtilis | |||
| 0.90 | Staphylococcus aureus
(anaerobic) |
Trichothecium roseum | Saccharomyces
cerevisiae |
|
| 0.88 | Candida | |||
| 0.87 | Staphylococcus aureus
(aerobic) |
|||
| 0.85 | Aspergillus clavatus | сгущенное молоко с сахаром, выдержанные сыры (например, чеддер), копченая колбаса (например, салями), вяленое мясо, бекон, большинство концентрированных фруктовых соков, шоколадный сироп, фруктовый пирог, помадные конфеты, сироп от кашля, обезбаливающие суспензии для перорального применения | ||
| 0.84 | Byssochlamys nivea | |||
| 0.83 | Penicillium expansum
Penicillium islandicum Penicillium viridicatum |
Deharymoces hansenii | ||
| 0.82 | Aspergillus fumigatus
Aspergillus parasiticus |
|||
| 0.81 | Penicillium Penicillium cyclopium
Penicillium patulum |
|||
| 0.80 | Saccharomyces bailii | |||
| 0.79 | Penicillium martensii | |||
| 0.78 | Aspergillus flavus | варенье, мармелад, марципан, фрукты в глазури, меласса, сушеные фиги (инжир), сильносоленая рыба | ||
| 0.77 | Aspergillus niger
Aspergillus ochraceous |
|||
| 0.75 | Aspergillus restrictus
Aspergillus candidus |
|||
| 0.71 | Eurotium chevalieri | |||
| 0.70 | Eurotium amstelodami | |||
| 0.62 | Saccharomyces rouxii | сушеные фрукты, кукурузный сироп, лакрица, зефир, жевательная резинка, сухие корма для животных | ||
| 0.61 | Monascus bisporus | |||
| 0.60 | No microbial proliferation | |||
| 0.50 | No microbial proliferation | карамель, ирис, мёд, лапша, мазь для наружного применения | ||
| 0.40 | No microbial proliferation | цельный яичный порошок, какао, леденцы от кашля с жидким центром | ||
| 0.30 | No microbial proliferation | крекеры, мучные закуски, смеси для выпечки, витаминные таблетки, суппозитории | ||
| 0.20 | No microbial proliferation | леденцы, сухое молоко, детские смеси |
Ограничение роста микроорганизмов позволяет использовать показатель активности воды для того, чтобы убедиться в безопасности пищевых продуктов. Поэтому измерение активности воды может использоваться как критическая контрольная точка при планировании системы анализа опасных факторов (HACCP).
Возможности для совместного воздействия
Пределы роста, указанные в таблице выше, предполагают, что прочие условия (уровень pH, температура и т.д.) оптимальны для роста микроорганизма. Получается, что если мы возьмём более низкое значение pH продукта и будем контролировать активности воды, то показатель активности воды в этом случае может быть выше, чем указанные в таблице.
Что такое pH
pH — показатель кислотности или щелочности раствора. Значения от 0 до 7 означают кислотность, от 7 до 14 — щелочность. Показатель pH нейтральной дистиллированной воды равен 7. Продукты питания обычно нейтральны или кислотны.
pH ограничивает рост микробов
Точно так же, как и в случае с активностью воды, существуют предельные значения pH, при достижении которого микроорганизмы прекращают рост. В таблице ниже указаны пороговые значения для различных типов микробов.
Значения pH, предельные для роста отдельных видов бактерий
| Микроорганизм | Минимальное значение |
Оптимальное значение |
Максимальное значение |
| Clostridium perfringens | 5.5 — 5.8 | 7.2 | 8.9 |
| Vibrio vulnificus | 5 | 7.8 | 10.2 |
| Racillus cereus | 4.9 | 6 — 7 | 8.8 |
| Campylobacter spp. | 4.9 | 6.5 — 7.5 | 9 |
| Shigella spp. | 4.9 | 9.3 | |
| Vibrio parahaemolyticus | 4.8 | 7.8 — 8.6 | 11 |
| Clostridium botulinum toxin | 4.6 | 8.5 | |
| Clostridium botulinum growth | 4.6 | 8.5 | |
| Staphylococcus aureus growth | 4 | 6 — 7 | 10 |
| Staphylococcus aureus toxin | 4.5 | 7 — 8 | 9.6 |
| Enterohemorrhagic Escherichia coli | 4.4 | 6 — 7 | 9 |
| Listeria monocytogenes | 4.39 | 7 | 9.4 |
| Salmonella spp | 4.21 | 7 — 7.5 | 9.5 |
| Yersinia enterocolitica | 4.2 | 7.2 | 9.6 |
pH-нейтральная среда оптимальна для роста микроорганизмов, однако рост возможен и в более кислых средах. Большинство микроорганизмов прекращает рост при pH 5.0, некоторые могут продолжать размножаться при pH 4.6 и даже 4.4. Исторически принято считать, что уровень pH 4.6 — нижний предел для роста микроорганизмов, однако известно, что некоторые из них могут продолжать расти даже при pH 4.2
Применение pH коррекции
Таким образом, снижение pH — эффективный способ сохранения продуктов и предотвращения распространения микробов, поэтому измерение pH может использоваться как критическая контрольная точка при планировании системы анализа опасных факторов (HACCP)
Также некоторые производители варьируют pH продукта для изменения его вкуса — путем маринования или сквашивания. Для этого продукт подвергают ферментативной реакции или воздействию кислоты (например, уксуса), чтобы стимулировать выработку молочной кислоты. Многие химические реакции pH зависимы и могут быть остановлены или контролируемы путем регулировки pH.
Совместное влияние активности воды и pH
Сочетание таких барьерных факторов, как pH и активность воды, позволяет добиться более эффективного контроля за распространением микроорганизмов. Более того, совместный эффект от этих барьеров выше, чем от каждого из них отдельно. Это значит, что можно эффективно контролировать развитие микроорганизмов при таких показателях активности воды или pH, которые считались бы небезопасными по отдельности. В таблице ниже приведены комбинации этих показателей, которые могут быть использованы для определения того, требуется ли контролировать дополнительные параметры безопасного хранения продукта (температурный режим, время хранения).
Данная таблица актуальна для продуктов, которые были термически обработаны перед упаковкой. Следует помнить, что снижение активности воды и pH не приводит к гибели микроорганизмов, а только к предотвращению их размножения до опасных для человека уровней. Термическая обработка убивает все микроорганизмы, кроме спорогенных, поэтому продукт может быть упакован при более высоких уровнях активности воды и pH — соответствующие значения 0.92 и 4.6 могут считаться безопасными.
| Значение активности воды | pH: не выше 4.6 | pH: выше 4.6 — 5.6 | pH: выше 5.6 |
| не выше 0.92 | особый температурно-временной режим не требуется | особый температурно-временной режим не требуется | |
| выше 0.92 — 0.95 | особый температурно-временной режим не требуется | особый температурно-временной режим не требуется | |
| выше 0.95 | особый температурно-временной режим не требуется | требуется контроль качества продукта | требуется контроль качества продукта |
Следующая таблица актуальна для продуктов, которые не были подвергнуты термообработке, или же были подвергнуты термообработке, но не были упакованы.
| Значение активности воды | pH: ниже 4.2 | pH: 4.2 — 4.6 | pH: выше 4.6 — 5.0 | pH: выше 5.0 |
| выше 0.88 | особый температурно-временной режим не требуется | особый температурно-временной режим не требуется | особый температурно-временной режим не требуется | особый температурно-временной режим не требуется |
| выше 0.88 — 0.90 | особый температурно-временной режим не требуется | особый температурно-временной режим не требуется | особый температурно-временной режим не требуется | требуется контроль качества продукта |
| выше 0.90 — 0.92 | особый температурно-временной режим не требуется | особый температурно-временной режим не требуется | требуется контроль качества продукта | требуется контроль качества продукта |
| выше 0.92 | особый температурно-временной режим не требуется | требуется контроль качества продукта | требуется контроль качества продукта | требуется контроль качества продукта |
Еще одна таблица показывает активность воды и pH некоторых популярных продуктов.
Активность воды и pH распространенных пищевых продуктов
Консервированная клубника имеет очень высокий показатель активности воды при довольно низком pH. Присутствие лимонной кислоты обуславливает низкий pH, что позволяет предотвратить рост микроорганизмов при высоком показателе активности воды. Горчица также имеет очень низкий pH и высокий уровень активности воды. Безопасность этих продуктов объясняется низким pH, а не высокой активностью воды. Кленовый сироп безопасен при практический нейтральном pH — в нем много сахара, а значит активность воды будет низкой.
График показывает, что между показателями активности воды и pH нет прямой взаимосвязи. Если в продукт добавлена кислота для снижения pH, это определенным образом повлияет на активность воды, потому что кислотные вещества обычно полярны и взаимодействуют преимущественно с водой. Но, разумеется, снижение pH напрямую не приведет к снижению активности воды.
Как контролировать активность воды
Самый простой способ — высушить или запечь (чтобы сделать это правильно, сначала необходимо понять изотерму сорбции — поглощения влаги) Также активность воды можно контролировать путем добавления гигроскопичных веществ, таких как соль, сахар, высокофруктозный кукурузный сироп, сорбит или мальтодекстрин.
Как контролировать pH
Самый распространенный способ снижения pH — это ферментация. При этом процессе “хорошие” бактерии вырабатывают молочную кислоту, что приводит к снижению pH продукта и предотвращает размножение других микроорганизмов. Маринованные, соленые и квашеные продукты, а также сырокопченая колбаса и оливки производятся с использованием этого метода. pH также можно понизить путем добавления кислоты (уксусной, молочной, лимонной) непосредственно в продукт, либо же добавляя ингредиенты, естественным образом имеющие кислую среду — например, томаты в соусе для спагетти.
Наша компания предлагает решения для простого и быстрого
Ферменты (синоним: энзимы) пищеварительной системы
- это белковые катализаторы,
которые вырабатываются пищеварительными железами и
расщепляют питательные вещества пищи на более простые компоненты в процессе пищеварения.
Ферменты (лат.), они же энзимы (греч.), делят на 6 основных классов .
Ферменты, работающие в организме, можно также разделить на несколько групп:
1. Метаболические ферменты - катализируют практически все биохимические реакции в организме на клеточном уровне. Их набор специфичен для каждого типа клеток. Два наиболее важных метаболических фермента: 1) супероксиддисмутаза (superoxide dismutase, SOD), 2) каталаза (catalase). С упероксиддисмутаза защищает клетки от окисления. Каталаза разлагает опасную для организма перекись водорода, образующуюся в процессе обмена веществ, на кислород и воду.
2. Пищеварительные ферменты - катализируют расщепление сложных питательных веществ (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот) на более простые компоненты. Производятся и действую эти ферменты в пищеварительной системе организма.
3. Пищевые ферменты – поступают в организм вместе с пищей. Любопытно, что некоторые пищевые продукты предусматривают в процессе своего изготовления этап прохождения ферментации, во время которого насыщаются активными ферментами. Микробиологическая обработка пищевых продуктов также обогащает их ферментами микробного происхождения. Разумеется, что наличие готовых дополнительных ферментов облегчает переваривание таких продуктов в желудочно-кишечном тракте.
4. Фармакологические ферменты - вводятся в организм в виде лекарственных препаратов в лечебных или профилактических целях. Пищеварительные ферменты – одна из наиболее часто используемых в гастроэнтерологии групп препаратов. Основным показанием для использования ферментных средств является состояние нарушенного переваривания и всасывания пищевых веществ – синдром мальдигестии/мальабсорбции. Этот синдром имеет сложный патогенез и может развиваться под воздействием различных процессов на уровне секреции отдельных пищеварительных желез, внутрипросветного пищеварения в желудочно–кишечном тракте (ЖКТ) или всасывания. Наиболее частыми причинами расстройств переваривания и всасывания пищи в практике гастроэнтеролога являются хронический гастрит с пониженной кислотообразующей функцией желудка, постгастрорезекционные расстройства, желчнокаменная болезнь и дискинезии желчевыводящих путей, экзокринная панкреатическая недостаточность. В настоящее время мировая фармацевтическая промышленность выпускает большое количество ферментных препаратов, которые отличаются друг от друга как дозой содержащихся в них пищеварительных ферментов, так и различными добавками. Препараты ферментов выпускаются в различной форме – в виде таблеток, порошка или капсул. Все ферментные препараты можно разделить на три большие группы: таблетированные препараты, содержащие панкреатин или пищеварительные ферменты растительного происхождения; препараты, в состав которых входят, помимо панкреатина, компоненты желчи, и препараты, выпускаемые в виде капсул, содержащих микрогранулы с энтеросолюбильной оболочкой. Иногда в состав ферментных препаратов включают адсорбенты (симетикон или диметикон), которые уменьшают выраженность метеоризма.
Группы пищеварительных ферментов
- Протеолитические (протеазы, пептидазы) - расщепляют белки до коротких пептидов или аминокислот.
- Липолитические (липазы) - расщепляют жиры до глицерина и жирных кислот.
- Амилолитические (амилазы, карбогидразы) - расщепляют полисахариды (крахмал) до более простых сахаров (дисахаридов или моносахаридов).
- Нуклеазы - расщепляют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов.
Таблица ферментов ЖКТ (желудочно-кишечного тракта)
Отдел ЖКТ | Фермент | Субстрат | Продукт | Оптимальная среда |
Ротовая полость | Амилаза (синонимы: птиалин, диастаза, α-амилаза, КФ 3.2.1.1; 1,4-α-D-глюкан-глюканогидролаза; гликогеназа; гликозил-гидролаза) | Крахмал. Мишень: α-1,4-гликозидные связи между мономерами. | Олигосахариды, мальтоза (солодовый сахар, дисахарид глюкозы) | Слабо щелочная. pH 6,7-7,0. Ионы Са 2+ |
Мальтаза (кислая α-глюкозидаза) | Мальтоза (солодовый сахар) | Глюкоза | ||
Все основные ферменты ЖКТ в минимальных (следовых) количествах | ||||
Пищевод | Не выделяет собственных ферментов, в нём продолжается действие на пищу ферментов слюны | |||
Желудок | Относится к гидролазам и, в частности, к эндопептидазам, т.е. он расщепляет центральные пептидные связи в молекулах белков и пептидов. Имеет 12 различных изоформ. | Белки. Главные мишени: связи ароматических аминокислот тирозина и фенилаланина | Пептиды
(пептоны), свободные аминокислоты | Кислая. рН 1,9. Для изоформ: 2,1-3,9 |
| Химозин (сычужный фермент) | Белки молока (казеиноген) | Кислая, ионы Са 2+ | ||
| Желатиназа (пепсин В, парапепсин I) | Белки: коллаген, эластин | Кислая. рН 2,1. | ||
Липаза (желудочная) | Эмульгированные жиры | Глицерин + жирные кислоты | Кислая | |
| Уреаза | Мочевина | Аммиак + СО 2 | Щелочная. pH 8,0 | |
ДПК (двенадцатиперстная кишка) | Липаза (стеапсин) | Жиры (липиды). С помощью желчи переваривает жиры и жирные кислоты, а также жирорастворимые витамины A, D, E, K. | Глицерин + жирные кислоты | Щелочная |
Трипсин | Белки и пептиды. Главные мишени: связи между остатками положительно заряженных аминокислот лизина и аргинина. Превращает проферменты гидролаз в активные ферменты. Переваривает в том числе сам себя. Также катализирует гидролиз восков - сложных эфиров. | Аминокислоты | Щелочная. pH 7,8-8. | |
| Химотрипсин | ||||
Амилаза | Крахмал | Мальтоза(солодовый сахар) | ||
Энтеропептидаза
(энтерокиназа из группы эндопептидаз, пептид-гидролаза) - важный вспомогательный
фермент, который не занимается перевариванием пищи | Трипсиноген. Энтеропептидаза превращает неактивный фермент поджелудочной железы трипсиноген в активный трипсин. | Трипсин. | Щелочная. |
|
Тонкий кишечник | Эрепсин | Белок | Щелочная. |
|
Аланинаминопептидаза (ААП) Относится к эндопептидазам, т.к. отщепляет N-концевую аминокислоту в молекуле пептида. | Пептиды, получившиеся в результате расщепления белков в желудке и ДПК. | Аминокислоты и дипептиды, содержащие пролин (вида X-Pro) | Щелочная. | |
| Липаза | Жирные кислоты | Щелочная. | ||
| Мальтаза (кислая α-глюкозидаза) | Мальтоза (солодовый сахар) | Глюкоза | Щелочная. | |
| Изомальтаза | Мальтоза и изомальтоза | Глюкоза | Щелочная. | |
| Сахараза | Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) | Глюкоза+фруктоза | Щелочная. | |
| Лактаза | Лактоза (молочный сахар) | Глюкоза+галактоза | Щелочная. | |
| Нуклеазы | Нуклеиновые кислоты | Нуклеотиды | ||
| Толстый кишечник | Ферменты микроорганизмов, входящих в состав микробиоты толстой кишки | |||
К ферментам также применимы три основных критерия, характерных и для неорганических катализаторов. В частности, они остаются относительно неизменными после реакции, т. е. освобождаются вновь и могут реагировать с новыми молекулами субстрата (хотя нельзя исключить побочных влияний условий среды на активность фермента). Ферменты оказывают свое действие в ничтожно малых концентрациях (например, одна молекула фермента реннина, содержащегося в слизистой оболочке желудка теленка, створаживает около 10 6 молекул казеиногена молока за 10 мин при 37°С). Наличие либо отсутствие фермента или любого другого катализатора не оказывает влияния как на величину константы равновесия, так и на изменение свободной энергии (ΔG). Катализаторы лишь повышают скорость, с которой система приближается к термодинамическому равновесию, не сдвигая точки равновесия. Химические реакции с высокой константой равновесия и отрицательной величиной ΔG принято называть экзергоническими. Реакции с низкой константой равновесия и соответственно положительной величиной ΔG (они обычно не протекают спонтанно), называются эндергоническими. Для начала и завершения этих реакций необходим приток энергии извне. Однако в живых системах экзергонические процессы сопряжены с эндергоническими реакциями, обеспечивая последние необходимым количеством энергии.
Ферменты, будучи белками, обладают рядом характерных для этого класса органических соединений свойств, отличающихся от свойств неорганических катализаторов.
Термолабильность ферментов
Поскольку скорость химических реакций зависит от температуры, реакции, катализируемые ферментами, также чувствительны к изменениям температуры. Скорость химической реакции повышается в 2 раза при повышении температуры на 10°С. Однако из-за белковой природы фермента тепловая денатурация белка-фермента при повышении температуры будет снижать эффективную концентрацию фермента с последующим снижением скорости реакции. Так, примерно до 45-50°С преобладает эффект повышения скорости реакции, предсказуемый теорией химической кинетики. Выше 45°С более важной становится тепловая денатурация белка-фермента и быстрое падение скорости реакции (рис. 51).
Таким образом, термолабильность, или чувствительность к повышению температуры, является одним из характерных свойств ферментов, резко отличающих их от неорганических катализаторов. В присутствии последних скорость реакции возрастает экспоненциально при повышении температуры (см. рис. 51).
При 100°С почти все ферменты утрачивают свою активность (исключение составляет, очевидно, только один фермент мышечной ткани - миокиназа, которая выдерживает нагревание до 100°С). Оптимальной температурой для действия большинства ферментов теплокровных животных является 37-40°С. При низких температурах (0° или ниже) ферменты, как правило, не разрушаются (не денатурируются), хотя активность их падает почти до нуля. Во всех случаях имеет значение время воздействия соответствующей температуры. В настоящее время для пепсина, трипсина и ряда других ферментов доказано существование прямой зависимости между скоростью инактивации фермента и степенью денатурации белка. Укажем также, что на термолабильность ферментов определенное влияние оказывают концентрация субстрата, pH среды и другие факторы.
Зависимость активности ферментов от pH среды
Ферменты обычно наиболее активны в пределах узкой зоны концентрации водородных ионов, соответствующей для животных тканей в основном выработанным в процессе эволюции физиологическим значениям pH среды (pH 6,0-8,0). При графическом изображении на кривой колоколообразной формы имеется определенная точка, при которой фермент проявляет максимальную активность; эту точку называют оптимумом pH среды для действия данного фермента (рис. 52). При определении зависимости активности фермента от концентрации водородных ионов реакцию проводят при разных значениях pH среды, обычно при оптимальной температуре и при наличии достаточно высоких концентраций субстрата. В табл. 17 приводятся оптимальные пределы pH среды для ряда ферментов.
Из табл. 17 видно, что рН-оптимум действия ферментов лежит в пределах физиологических значений. Исключение составляет пепсин, pH-оптимум которого равен 2,0 (при pH 6,0 он не активен и не стабилен). Объясняется это функцией пепсина, поскольку в желудочном соке содержится свободная соляная кислота, создающая среду примерно этого значения pH. С другой стороны, pH-оптимум аргиназы лежит в сильно щелочной зоне (около 10,0); такой среды нет в клетках печени, следовательно, in vivo аргиназа функционирует, по-видимому, не в своей оптимальной зоне pH среды.
Согласно современным представлениям, влияние изменений pH среды на молекулу фермента заключается в воздействии на состояние или степень ионизации кислотных и основных групп (в частности, СООН-группы дикарбоновых аминокислот, SH-группы цистеина, имидазольного азота гистидина, NН 2 -группы лизина и др.). При разных значениях pH среды активный центр может находиться в частично ионизированной или неионизированной форме, что сказывается на третичной структуре белка и соответственно на формировании активного фермент-субстратного комплекса. Имеет значение, кроме того, состояние ионизации субстратов и кофакторов.
Специфичность ферментов
Ферменты обладают высокой специфичностью действия. По этому свойству они часто существенно отличаются от неорганических катализаторов. Так, мелкоизмельченные платина и палладий могут катализировать восстановление (с участием молекулярного водорода) десятков тысяч химических соединений различной структуры. Высокая специфичность ферментов обусловлена, как было упомянуто выше, конформационной и электростатической комплементарностью между молекулами субстрата и фермента и уникальной структурой активного центра фермента, обеспечивающими "узнавание", высокое сродство и избирательность протекания одной какой-либо реакции из тысячи других химических реакций, осуществляющихся одновременно в живых клетках.
В зависимости от механизма действия различают ферменты с относительной или групповой специфичностью и с абсолютной специфичностью. Так, для действия некоторых гидролитических ферментов наибольшее значение имеет тип химической связи в молекуле субстрата. Например, пепсин расщепляет белки животного и растительного происхождения, хотя они могут существенно отличаться друг от друга как по химическому строению и аминокислотному составу, так и по физикохимическим свойствам. Однако пепсин не расщепляет углеводы или жиры. Объясняется это тем, что местом действия пепсина является пептидная - СО-NH-связь. Для действия липазы, катализирующей гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты, таким местом является сложноэфирная связь. Аналогичной групповой специфичностью обладают трипсин, химотрипсин, пептидазы, ферменты, гидролизующие α-гликозидные связи (но не β-гликозидные связи, имеющиеся в целлюлозе) в полисахаридах и т. д. Обычно эти ферменты участвуют в процессе пищеварения, и их групповая специфичность, вероятнее всего, имеет определенный биологический смысл. Аналогичной относительной специфичностью обладают также некоторые внутриклеточные ферменты, например гексокиназа, катализирующая в присутствии АТФ фосфорилирование почти всех гексоз, хотя одновременно в клетках имеются и специфичные для каждой гексозы ферменты, выполняющие такое же фосфорилирование.
Абсолютной специфичностью действия называют способность фермента катализировать превращение только единственного субстрата. Любые изменения (модификации) в структуре субстрата делают его недоступным для действия фермента. Примером таких ферментов могут служить аргиназа, расщепляющая в естественных условиях (в организме) аргинин, уреаза, катализирующая распад мочевины, и др. (см. Обмен простых белков).
Имеются экспериментальные доказательства существования так называемой стереохимической специфичности, обусловленной существованием оптически изомерных L- и D-форм или геометрических (цис- и транс-) изомеров химических веществ. Так, известны оксидазы L- и D-аминокислот, хотя в природных белках обнаружены только L-аминокислоты. Каждый из видов оксидазы действует только на свой специфический стереоизомер 1 . (1 Имеется, однако, небольшая группа ферментов - рацемазы, катализирующие изменение стерической конфигурации субстрата. Так, бактериальная аланин-рацемаза обратимо превращает как L-, так и D-аланин в оптически неактивную смесь обоих изомеров: DL-аланин (рацемат). )
Наглядным примером стереохимической специфичности является бактериальная аспартатдекарбоксилаза, катализирующая отщепление СO 2 только от L-аспарагиновой кислоты с превращением ее в L-аланин. Стереоспецифичность проявляют ферменты, катализирующие и синтетические реакции. Так, из аммиака и α-кетоглутарата во всех живых организмах синтезируется L-изомер глутаминовой кислоты, входящий в состав природных белков. Если какое-либо соединение существует в форме цис- и транс-изомеров с различным расположением групп атомов вокруг двойной связи, то, как правило, только один из этих геометрических изомеров может служить в качестве субстрата для действия фермента.
Например, фумараза катализирует превращение только фумаровой кислоты (трансизомер), но не действует на малеиновую кислоту (цисизомер).
Таким образом, благодаря специфичности действия ферменты обеспечивают протекание с высокой скоростью лишь определенных реакций из огромного разнообразия возможных превращений в микропространстве клеток и целостном организме, регулируя тем самым интенсивность обмена веществ.
Факторы, определяющие активность ферментов
Здесь будут кратко рассмотрены факторы, определяющие скорость реакций, катализируемых ферментами, и более подробно будут изложены вопросы об активировании и ингибировании действия ферментов.
Как известно, скорость любой химической реакции уменьшается со временем, однако кривая хода ферментативных реакций во времени (см. рис. 53) не имеет той общей формы, которая характерна для гомогенных химических реакций. Снижение скорости ферментативных реакций во времени может быть обусловлено угнетением продуктами реакции, уменьшением степени насыщения фермента субстратом (поскольку по мере протекания реакции концентрация субстрата снижается), частичной инактивацией фермента при заданной температуре и pH среды.
Следует учитывать, кроме того, значение скорости обратной реакции, которая может оказаться более существенной при повышении концентрации продуктов ферментативной реакции. Учитывая эти обстоятельства, при исследовании скорости ферментативных реакций в тканях и биологических жидкостях обычно определяют начальную скорость реакции в условиях, когда скорость ферментативной реакции приближается к линейной (в том числе при достаточно высокой для насыщения концентрации субстрата).
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ СУБСТРАТА И ФЕРМЕНТА
НА СКОРОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ РЕАКЦИИ
Из приведенного выше материала вытекает важное заключение о том, что одним из наиболее существенных факторов, определяющих скорость ферментативной реакции, является концентрация субстрата. При постоянной концентрации фермента скорость реакции постепенно повышается, достигая определенного максимума (рис. 54), когда дальнейшее увеличение количеству субстрата уже не оказывает влияния на скорость реакции или в отдельных случаях даже тормозит ее. Как видно из кривой зависимости между скоростью ферментативной реакции и концентрацией субстрата, при низких концентрациях субстрата существует прямая зависимость между этими показателями, однако при высоких концентрациях скорость реакции становится не зависящей от концентрации субстрата; в этих случаях принято считать, что субстрат находится в избытке, а фермент полностью насыщен. Ограничивающим скорость реакции фактором в последнем случае становится концентрация фермента.
Скорость любой ферментативной реакции непосредственно зависит от концентрации фермента. На рис. 55 представлена зависимость между скоростью реакции и повышающимися количествами фермента в присутствии избытка субстрата. Видно, что между этими величинами существует линейная зависимость, т. е. скорость реакции пропорциональна количеству присутствующего фермента.
