Фермент протеаза в пищеварении

Протеазы (пептид-гидролазы) — обширный класс ферментов, ускоряющих расщепление пептидных связей в белках и пептидах¹. Они играют фундаментальную роль в процессах пищеварения. Один из них — начальный этап расщепления пищевых белков в желудке. Ключевыми ферментами, обеспечивающими этот процесс, выступают желудочные протеазы, главным образом пепсин и трипсин¹.

Большинство протеаз в нашем организме производятся не в рабочем виде, а в форме «заготовок» — неактивных предшественников, которые называются зимогенами, или проферментами². Это необходимо для безопасности: если бы протеазы синтезировались сразу активными, они начали бы переваривать сами клетки, которые их произвели.

Активация профермента происходит за счёт разрушения одной или нескольких специфических пептидных связей в его молекуле. Этот процесс называется ограниченным протеолизом, так как разрушается не вся молекула белка, а только строго определённые связи. Это разрушение может осуществляться двумя основными способами²:

• Автокаталитически. Молекула профермента после небольшого изменения окружающих условий сама активирует себя.

• С помощью других протеаз. Уже активный фермент выступает в роли «ключа», который активирует следующий зимоген.

В результате такого «разреза» от молекулы зимогена отщепляется небольшой фрагмент (пептид). Это изменяет пространственную структуру молекулы, открывая её активный центр. После этого протеаза становится полностью функциональной и готовой к работе.

Классификация протеолитических ферментов

В науке протеазы разделяют на две фундаментальные группы по механизму их действия²:

1. Эндопептидазы (протеиназы). Они гидролизуют (разрывают) внутренние пептидные связи в молекуле белка или пептида. Как раз пепсины и являются классическими эндопептидазами. Они атакуют длинную белковую цепь в различных местах, расщепляя её на более короткие фрагменты.

2. Экзопептидазы (пептидазы). Их функция — отщеплять концевые аминокислоты.

Место «работы» протеаз зависит от их физико-химических свойств, среды, в которой эти ферменты оказываются, и значении pH в ней². Например, пепсин активизируется при pH 1,5–2² — это кислотность в желудке. Поэтому при пищеварении сначала работают эндопептидазы, они осуществляют начальный гидролиз белков, их крупных частиц. Последующее расщепление образовавшихся пептидов до отдельных аминокислот осуществляется уже экзопептидазами, которые работают преимущественно в кишечнике, в соответствующем уровне кислотности.

Принцип работы фермента протеаза

Результатом работы протеазы становятся расщеплённые белки, то есть более короткие пептидные фрагменты и свободные аминокислоты³. В желудочно-кишечном тракте эти ферменты переваривают пищевые белки, расщепляя их до форм, пригодных для всасывания³. Без этого процесса организм не смог бы усваивать аминокислоты — строительные блоки для собственных белков.

Наиболее известные протеазы пищеварительной системы относятся к семейству сериновых протеаз. В него входят³:

• Пепсин, производится в желудке.

• Трипсин и химотрипсин, секретируются поджелудочной железой и действуют в тонком кишечнике.

Именно эти ферменты являются основными участниками переваривания белков в организме человека. Их активность регулируется специальными веществами — ингибиторами³. Поддержание точного баланса между ферментами и их ингибиторами критически важно для нормального пищеварения. Нарушение этого баланса может лежать в основе различных расстройств желудочно-кишечного тракта³.

Понимание фундаментальной роли протеаз в пищеварении открывает возможности для терапии. В настоящее время ферментные препараты на основе протеаз используются для коррекции нарушений пищеварения, например при недостаточности поджелудочной железы³. Кроме того, ведутся активные исследования по разработке таргетной, прицельной терапии на основе протеаз для лечения таких заболеваний, как целиакия³.

Особая роль протеаз в кишечнике

Протеазы — системные ферменты. Так их называют в том числе из-за их жизненно важной роли в системе пищеварения³. Без протеаз желудочно-кишечный тракт не сможет перерабатывать белки, что приведёт к серьёзным проблемам со здоровьем³.

Но помимо переваривания пищи, протеазы подавляют вредные микроорганизмы в кишечнике, расщепляют их токсины и остатки уничтоженных клеток³. Действуя таким образом, протеазы не просто защищают кишечник и организм в целом от патогенов и их токсичных продуктов жизнедеятельности, но помогают снизить нагрузку на иммунную систему³.

Основные области медицинского применения протеаз

Нормализация пищеварения. В здоровых и физиологических условиях организм способен сам выработать достаточное количество всех необходимых протеаз и других ферментов для переваривания белков из пищи³. Но из-за заболеваний поджелудочной железы или генетических болезней, травм/ранений, чрезмерных физических нагрузок, старения или сочетания этих причин может возникнуть дефицит протеазы³. В этих случаях, скорее всего, потребуется приём добавок с протеазами или проведение лекарственной терапии для восстановления нормальной функции ЖКТ (желудочно-кишечного тракта)³. Эти добавки и лекарства с панкреатическими протеазами могут быть также одним из вариантов лечения или помощи при желудочно-кишечных расстройствах. В настоящее время протеазы для этих целей получают из животных, растений и микроорганизмов³.

Лечение расстройств пищеварения. Используются ферменты животного происхождения³. Трипсин и химотрипсин получают из поджелудочных желёз свиней (свиной ферментный состав наиболее близок к человеческому) или крупного рогатого скота³.

В качестве добавки для улучшения переваривания белков применяются ферменты растительного происхождения³:

• Актинидин (из киви) ускоряет опорожнение желудка и улучшает переваривание белков мяса³.

• Папаин (из незрелой папайи) очищает стенки кишечника, улучшает ситуацию при несварении и функциональных нарушениях ЖКТ (например, при СРК)^1,3.

• Бромелайн (из мякоти ананаса) помогает переваривать белки, уменьшает воспаление, улучшает всасывание питательных веществ в кишечнике^1,3.

Помощь при симптомах нехватки протеаз

Пищевые продукты, содержащие олиго- и полисахариды, в кишечнике не всегда расщепляются полностью. При некоторых заболеваниях или состояниях они в неизменном виде попадают в толстую кишку, где могут привести к развитию воспаления³, появлению разнообразных симптомов со стороны кишечника. Таким образом проявляются, например, заболевания поджелудочной железы. Поджелудочная железа вырабатывает гормоны и пищеварительные ферменты, в том числе протеазы трипсин и химотрипсин, а также амилазу, липазы и другие³. Это называется экзокринной функцией поджелудочной железы. Она может нарушиться при множестве клинических состояний, от муковисцидоза и онкологических заболеваний до хронического панкреатита, обструкции (закупорке) или сужения панкреатического или желчного протока³. Экзокринная недостаточность может проявляться различными симптомами: диспепсией (несварение желудка), нарушениями стула, метеоризмом и другими³.

Протеазы: не только пищеварение

Помимо своей биологической и медицинской роли, протеазы нашли широкое практическое применение в различных отраслях промышленности благодаря своей способности расщеплять белки². Вот лишь часть примеров их широкого применения.

Исследования последних лет подтверждают, что ферментные препараты могут быть эффективны для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта³. И уже сегодня терапия с использованием протеаз является многообещающим направлением для улучшения пищеварения при различных гастроэнтерологических заболеваниях³. Перспективными направлениями являются:

• Поиск новых протеаз из растений и микроорганизмов³.

• Создание комбинированных препаратов, включающих ферменты и пробиотики. Например, хотя ферментотерапия не может заменить безглютеновую диету при целиакии, она может стать дополнительной защитой при случайном употреблении глютена³.

В будущем, с развитием таких технологий, как редактирование генов, могут появиться более эффективные методы лечения, направленные на восстановление собственной функции поджелудочной железы³.