Воздействие внешних факторов на ферментативную систему человека
Ферменты: трипсин и химотрипсин (расщепляющие
белки) расщепляют пептидные цепи в разных местах. Комбинированная атака
протеолитических ферментов желудочного и поджелудочного соков приводят к
распаду белков на мелкие пептиды, содержащие небольшое количество
аминокислотных остатков. В поджелудочном соке содержится чрезвычайно активная амилаза,
она практически полностью завершает расщепление крахмала, начатое слюной. В
результате крахмал превращается в солодовый сахар – мальтозу – дисахарид,
состоящий из двух остатков глюкозы. Третий главный компонент пищи – жиры тоже
расщепляются под влиянием поджелудочного сока. Для этой цели там содержится
специальный фермент – липаза. Простейшая и наиболее распространённая
форма жиров – триглицериды. Под действием липазы молекула триглицерида
присоединяет три молекулы воды и распадается на составляющие его глицерин и
жирные кислоты. Но заключительную работу в области пищеварения совершает кишечный
сок, вырабатываемый клетками слизистых оболочек тонких кишок. Он содержит много
ферментов, заканчивающих процесс окончательного разложения пищевых веществ.
Осколки белковых молекул распадаются на отдельные аминокислоты; мальтоза,
образовавшаяся из крахмала, и другие сложные углеводы превращаются в простые
углеводы – моносахариды – вроде глюкозы. На этом заканчивается процесс
пищеварения.
Одна из защитных реакций – свёртывание крови, происходит
с участием ферментов. Как же происходит свертывание
крови? Кровь, как известно, состоит из жидкой части – плазмы и так
называемых ферменных элементов, которые в ней плавают. Это кровяные клетки: эритроциты
(красные кровяные тельца) и тромбоциты (кровяные пластинки). Плазма
представляет собой сложный раствор многих веществ, в том числе самых
разнообразных белков. Из белков плазмы для нас сейчас особый интерес
представляет один – фибриноген. Пока кровь течёт по кровеносным сосудам,
с фибриногеном ничего не происходит. Но стоит поранить сосуд настолько, чтобы
кровь вытекала из него, как фибриноген очень быстро превращается в другой белок
– фибрин. Фибрин, в отличие от фибриногена, не растворяется в плазме. В
виде тонких нитей, переплетённых в густую сетку, он выпадает в осадок. В этой
сетке застревают кровяные клетки, и образуется плотный сгусток – тромб,
препятствующий дальнейшему кровотечению. Превращение фибриногена в фибрин –
процесс ферментативный, катализируемый ферментом тромбином. Тромбин –
протеолитический фермент, подобный трипсину и химотрипсину. Но это
фермент очень специфичный. Он действует только на фибриноген, отщепляя от его
молекулы два сравнительно небольших полипептида. Оставшаяся часть молекулы
фибриногена перестраивается и превращается в нерастворимый фибрин.
Также ферменты играют важную роль во всех проявлениях
жизни. Успехи учения о ферментах внесли весомый вклад в развитие всех
направлений человеческой практики.
Ферменты нашли широкое применение в медицине. Это, прежде всего, изучение таких болезней причина, которых лежит в
недостаточности тех или иных ферментов. Далее это использование определения
активности ферментов в биологических жидкостях и тканях для диагностики
различных заболеваний. И, наконец, это применение ферментов в качестве
лекарственных средств. Генетически обусловленные нарушения. Время от времени в
бесконечно длинных цепях ДНК, где записаны все инструкции по синтезу белков,
вдруг появляются случайные замены: вместо одного нуклеотида становится другой.
Такие замены называются мутациями. Чаще всего конкретные причины мутации
неизвестны. А последствия их нередко бывают роковыми. Приведем такой пример.
Люди отличаются друг от друга цветом кожи, волос и глаз. Причина этого – разные
пигменты, меланины, синтезируемые из некоторых аминокислот под влиянием
определённых ферментов. Если образование этих пигментов не происходит из-за
отсутствия одного из участвующих в реакции ферментов, возникает альбинизм –
отсутствие окраски. Люди альбиносы имеют очень белые волосы и светлые глаза.
Альбиносы по здоровью не уступают людям с нормальной окраской. Гораздо более
тяжёлым заболеванием, нередко приводящим к гибели новорождённых, является
непереносимость простых углеводов – моносахаридов (галактозы и фруктозы). Здесь
речь идёт о невозможности нормального обмена веществ в клетках из-за отсутствия
необходимых ферментов. Достаточно подробно изучены врождённые болезни,
связанные с недостатком ферментов, катализирующих разложение гликогена.
В результате нарушения этого процесса гликоген начинает накапливаться в тканях
в избыточном количестве и препятствует нормальному течению обмена веществ.
Такие болезни получили название гликогенозов. Болезни, связанные с
отсутствием витаминов, называют авитаминозом. Но по существу они
являются ферментозами. Давно известна и когда–то была широко
распространена болезнь ''бери – бери ''(сейчас её называют полиневритом –
множественное воспаление нервов, в некоторых слаборазвитых странах она и теперь
встречается нередко). Причина её отсутствие в пище витамина В1.
Этот витамин – тиамин – в соединении с фосфорной кислотой представляет собой
небелковую часть фермента декарбоксилазы. Декарбоксилаза разрушает
карбоксильную группу (СООН) некоторых органических кислот, отщепляя от неё
углекислоту (СО2). В отсутствии витамина В1
декарбоксилаза образоваться не может, реакция прекращается и в нервной ткани
наступают нарушения, типичные для полиневрита: параличи конечностей, боли в
мышцах, слабость, контрактуры. Тяжёлое заболевание – пеллагра – связано с
отсутствием в пище витамина РР – никотиновой кислоты. Упомянем ещё об одном
витамине. Он называется витамином В2, а по химической
природе представляет собой довольно сложную циклическую структуру – рибофлавин.
Авитаминоз В2 связан с тяжёлым поражением кожи лица и глаз. Причина
- недостаток фермента.
Ферменты также используются в диагностике. Определение активности ферментов в биологических жидкостях и тканях
стало неотъемлемым средством лабораторной диагностики различных заболеваний.
Для диагностических целей ферментативную активность определяют почти
исключительно в крови, значительно реже в моче и лишь в отдельных случаях в
тканях. Не все ткани в одинаковой мере синтезируют разные ферменты. Для печени,
например, типична высокая активность одних ферментов, для почек или скелетных
мышц – других. Это явление называют органоспецифичностью ферментов. Иногда
органоспецифичность выражена очень чётко: фермент содержится только в
каком–нибудь одном органе и отсутствует в других. Таким образом, врач получает
возможность по повышению активности некоторых ферментов в плазме выявить
заболевание, связанные с нарушением функций совершенно определенных органов. [9]
В последнее время предпринимаются всё более успешные
попытки использовать ферменты и для лечения некоторых болезней. Уже давно
некоторые ферменты применяют для так называемой заместительной терапии – для
возмещения дефицита ферментов, возникающего при некоторых заболеваниях.
Особенно успешна такая терапия при нарушениях функций желудочно-кишечного
тракта, связанных с недостаточной выработкой пищеварительных ферментов. С
успехом применяют ферменты в тех случаях, когда лечение требует разрушить
накопившиеся в большом количестве белковые образования, мешающие нормальному
функционированию тканей. Это бывает при ожогах, гнойных ранах,
гнойно-воспалительных заболеваниях лёгких, когда в бронхах скапливается густая
масса, препятствующая прохождению воздуха. Наметился очень перспективный путь
применения ферментов для рассасывания сгустков крови, образовавшихся внутри
кровеносных сосудов. Такие сгустки называются тромбами, они закупоривают сосуд
и нарушают кровообращение.
Велико значение ферментов в пищевой промышленности и
сельском хозяйстве. Сыроварение, виноделие, производство кисломолочных
продуктов, пивоварение, производство колбасных продуктов, хлебопечение,
производство животных жиров, чая, уксуса, лимонной кислоты – всё это и многое
другое – технологические процессы пищевой промышленности, в которых главным
действующим лицом являются ферменты. Одна из важнейших проблем пищевой
промышленности – это развитие комплексной переработки сырья и отходов пищевой
промышленности и повышение эффективности этой переработки. Ферментные препараты
могут сказать здесь решающее слово. Серьёзной проблемой в консервной
промышленности, переработки плодов и овощей является использование семян и
косточек, главная трудность которого состоит в необходимости разрушать прочную
оболочку косточек. И здесь реальную пользу могут принести препараты ферментов.
С помощью ферментных препаратов удаётся уменьшить расход сырья растительного и
животного происхождения, идущего на приготовления пищевых продуктов.
Использование ферментов в сельском хозяйстве необычайно широко и разнообразно.
В растениеводстве селекция многих сельскохозяйственных культур направлена на
создание сортов, обогащённых определёнными ферментами. Это имеет значение и для
скорости созревания культур, и для получения более высококачественной
продукции, и для повышения устойчивости растений к изменению погодных условий,
к болезням, к действию вредных насекомых. Специальный интерес представляет
использования ферментов в кормопроизводстве. Агрономы заботятся о том, чтобы
получить полноценный растительный корм, содержащий все существенные составные
части, необходимые для обеспеченья потребностей животного организма. Вот здесь
роль ферментов оказалась особенно значительной, как в пищевой промышленности.
Ферментативные препараты для производства кормов получают из плесневых грибов и
бактерий, но задачи здесь ставят иные. Для повышения усвояемости грубых кормов
необходим фермент целлюлоза, гидролизирующий клетчатку и повышающий возможность
её переваривания и усвоения, особенно у таких животных, как свиньи, которые
переваривают клетчатку хуже, чем крупный рогатый скот. [10]
Мы
познакомились с некоторыми аспектами практического использования ферментов в
медицине, пищевой промышленности и сельском хозяйстве.
Глава II.
Практическая часть.
Воздействие внешних факторов на амилазу слюны
2.1.
Характеристика объекта исследования
Амилаза (син. диастаза — устар.) — общее название
ферментов класса гидролаз, катализирующих гидролиз крахмала, гликогена и
родственных поли - и олигосахаридов путем расщепления гликозидных связей между
1‑м и 4‑м атомами углерода. α-Амилаза — фермент
из группы А. (КФ 3.2.1.1), катализирующий расщепление полисахаридов в организме
человека до низкомолекулярных углеводов; определение активности α-A. в
сыворотке крови и моче используется в диагностике заболеваний поджелудочной
железы, почек, печени, слюнных желез. β-Амилаза —
фермент из группы А. (КФ 3.2.1.2), отщепляющий от концов полисахаридных цепей
остатки мальтозы с образованием β-мальтозы; используется в клинических
исследованиях при диагностике гликогенозов. γ-Амилаза (син.
глюкоамилаза) — фермент из группы А. (КФ 3.2.1.3), расщепляющий гликоген и
крахмал до глюкозы; играет важную роль во внутриклеточном обмене гликогена.
Процесс расщепления макромолекул крахмала водой идёт
постепенно. Сначала образуются промежуточные продукты с меньшей молекулярной
массой, чем у крахмала, - декстрины, затем изомер сахарозы – мальтоза, конечным
продуктом гидролиза является глюкоза:
Реакцию превращения крахмала в глюкозу при каталитическом
действии серной кислоты открыл в 1811 г. русский учёный К.Кирхгоф. Разработанный
им способ получения глюкозы в принципе используется и в настоящее время. [11]
2.2. Исследование воздействия внешних
факторов на амилазу слюны
1. Специфичность амилазы слюны
Методика приготовления разбавленной слюны:
Рот
ополаскивают 2-3 раза водой для удаления остатков пищи. Отмеряют цилиндром 50
мл дистиллированной воды и ополаскивают ею рот в течение 3-5 мин. в несколько
приёмов. Собранную жидкость фильтруют через вату, и фильтрат используют для
работы.
Методика:
В
пробирку № 1 поместим 5 мл 5% раствор крахмала.
В
пробирку № 2 поместим 5 мл 5% раствор сахарозы.
В
обе пробирки добавим 5 мл слюны и 1-2 капли раствора йода.
Опыт
повторить 4 раза.
№ пробирки
|
Содержимое пробирок
|
Результаты
|
1
|
крахмал
|
амилаза + I2
|
Проявившееся
синее
окрашивание
со
временем
исчезнет
|
2
|
крахмал
|
сахароза + I2
|
Проявившееся
синее
окрашивание
со
временем не исчезает
|
Вывод: Ферменты обладают специфичностью.
Амилаза катализирует гидролиз крахмала, сахароза не катализирует гидролиз
крахмала.
2. Действие активаторов и ингибиторов на амилазу слюны
Методика:
В
пробирку № 1 вносим 1 мл воды.
В
пробирку № 2 - 1 мл раствора HCl.
В
пробирку № 3 – 1мл CuSO4.
В
пробирку № 4 – 1 мл спирта.
Далее
во все пробирки приливаем по 1 мл 5% раствора крахмала, вносим по 1 мл слюны,
капаем 1-2 капли раствора йода.
№ пробирки
|
Содержимое пробирок
|
Окраска с йодом
|
1
|
крахмал
|
амилаза
|
вода
|
Проявившееся
синее окрашивание
со временем
исчезает
|
2
|
крахмал
|
амилаза
|
HCl
|
Проявившееся
синее окрашивание
исчезает быстрее
|
3
|
крахмал
|
амилаза
|
CuSO4
|
Окраска
не изменяется
|
4
|
крахмал
|
амилаза
|
спирт
|
Окраска
не изменяется
|
Вывод: Ионы Cl активирует
амилазу, ионы Сu – ингибиторы для всех ферментов, т.к.
типичный металл вызывает денатурацию белка.
3. Влияние концентрации на активность амилазы слюны
Методика:
Нумеруем
10 пробирок.
В
пробирку № 1 вносим 1мл воды, в каждую последующую будем добавлять по 2 мл
воды.
Далее
во все пробирки добавляем по 2 мл 5% раствора крахмала, по 1 мл слюны, капаем
по 1-2 капли раствора йода.
№ пробирки
|
Содержимое пробирок
|
Содержание слюны в растворе, %
|
Время гидролиза (мин)
|
1
|
крахмал
|
амилаза
|
50
|
10
|
2
|
крахмал
|
амилаза
|
25
|
20
|
3
|
крахмал
|
амилаза
|
17
|
30
|
4
|
крахмал
|
амилаза
|
12,5
|
40
|
5
|
крахмал
|
амилаза
|
10
|
50
|
6
|
крахмал
|
амилаза
|
8,3
|
60
|
7
|
крахмал
|
амилаза
|
7
|
70
|
8
|
крахмал
|
амилаза
|
6,6
|
80
|
9
|
крахмал
|
амилаза
|
5,8
|
90
|
10
|
крахмал
|
амилаза
|
5
|
100
|
Вывод:
Чем меньше содержание слюны в растворе, тем медленнее проходит гидролиз.
4. Термолабильность
Методика:
В
четыре пробирки наливаем по 5 мл 5% раствора крахмала.
В
№ 1 вносим кипящую воду.
В
№ 2 – воду, t = -3оС.
В
№ 3 – воду, t = 40оС.
В
№ 4 – воду, t = 25оС.
Через
10 минут добавляем 0,5 мл разбавленной слюны, капаем 1-2 капли раствора йода.
№ пробирки
|
Температура
|
Окраска с йодом
|
Время гидролиза
|
1
|
100 оС
|
нет
|
нет
|
2
|
-3оС
|
нет
|
за 15 минут не идет
|
3
|
40оС
|
Проявившееся синее
окрашивание со временем исчезает
|
7 минут
|
4
|
25оС
|
Проявившееся синее
окрашивание со временем исчезает
|
11-12 минут
|
Вывод: Наиболее активна амилаза при t = 40оС (нормальные условия).
5. Влияние pH среды на активность амилазы
слюны
Методика:
В
пробирку № 1 вносим 1мл раствора кислоты HCl.
В
пробирку № 2 - 1мл раствора NaOH.
В
пробирку № 3 – 1 мл воды.
Далее
в пробирки добавляем 5 мл 5% раствора крахмала, 1 мл слюны, 1-2 капли раствора йода.
№ пробирки
|
pH среда
|
Окраска йодом по истечении времени
|
Время гидролиза (мин)
|
1
|
щелочная
|
Проявившееся синее
окрашивание не исчезает
|
–––
|
2
|
кислотная
|
Проявившееся синее
окрашивание со временем исчезает
|
7
|
3
|
нейтральная
|
Проявившееся синее
окрашивание со временем исчезает
|
11
|
Страницы: 1, 2, 3, 4
|