Кишечные ферменты

Кишечные ферменты представляют собой биологически активные белки, секретируемые клетками слизистой оболочки кишечника или поступающие в просвет пищеварительного тракта вместе с панкреатическим секретом. Их функция заключается в завершении гидролиза пищевых макромолекул до мономеров, которые способны всасываться эпителием кишечника. Основные группы ферментов включают:

• Пептидазы (протеазы) – расщепляют белки до олигопептидов и аминокислот. Выделяются как эндопептидазы (например, энтерокиназа, расщепляющая трипсиноген до трипсина), так и экзопептидазы (аминопептидазы и карбоксипептидазы), действующие на концевые аминокислотные остатки.
• Дисахаридазы – гидролизуют углеводы до моносахаридов. Ключевыми ферментами являются мальтаза, сахараза (инвертаза), лактаза и изомальтаза, локализованные на щеточной каемке энтероцитов.
• Нуклеазы – расщепляют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов, а затем до азотистых оснований и сахаров. Дезоксирибонуклеаза и рибонуклеаза из панкреатического сока активируются энтероцитами и дополнительно гидролизуются ферментами щеточной каемки.
• Липазы и эстеразы – завершают гидролиз триглицеридов до моноацилглицеролов и свободных жирных кислот; активность часто зависит от желчных солей, обеспечивающих эмульгацию липидов.

Механизмы действия

Энтерокиназа — серинпротеаза, локализованная на апикальной поверхности энтероцитов, катализирует превращение неактивного трипсиногена в активный трипсин. Трипсин, в свою очередь, активирует другие панкреатические протеазы, создавая каскад ферментативной активации.

Аминопептидазы и ди- и трipeptidases обеспечивают окончательное расщепление белков до аминокислот, которые транспортируются через мембрану энтероцита с помощью специфических переносчиков, чувствительных к pH и градиенту Na⁺.

Дисахаридазы действуют по механизму катализа с участием активного центра, содержащего остатки кислотно-основных аминокислот (гистидин, аспарагиновая кислота), обеспечивая гидролиз α-1,4- или β-1,4-гликозидных связей. Пример: лактаза расщепляет β-1,4-связь лактозы на глюкозу и галактозу.

Липазы работают в интерфейсе вода-жир. Активность фермента зависит от кооперации с колипазой и эмульгированными микроскопическими каплями жира. Механизм гидролиза включает образование ацил-энзимного промежуточного комплекса с сериновым остатком активного центра.

Регуляция активности

Кишечные ферменты регулируются на нескольких уровнях:

1. Нервная регуляция: парасимпатическая стимуляция через блуждающий нерв усиливает секрецию ферментов.
2. Гуморальная регуляция: гормоны, такие как секретин и холецистокинин, стимулируют выделение ферментов панкреатического происхождения и способствуют синтезу дисахаридаз в энтероцитах.
3. Субстратная индукция: присутствие в кишечнике белков, жиров или углеводов повышает экспрессию соответствующих ферментов.

Активность ферментов тесно связана с pH: большинство протеаз и дисахаридаз оптимальны при слабощелочной среде (pH 7–8), тогда как липазы сохраняют активность в более широком диапазоне.

Кинетика ферментов

Механизм ферментативного катализа описывается моделью Михаэлиса–Ментен:

[ v = ]

где (v) — скорость реакции, (V_{max}) — максимальная скорость, ([S]) — концентрация субстрата, (K_m) — константа Михаэлиса, отражающая сродство фермента к субстрату. Для кишечных ферментов характерны высокие значения (K_m) по отношению к концевым продуктам пищеварения, что позволяет эффективно гидролизовать большое количество субстрата без ранней насыщаемости.

Патофизиологические аспекты

Недостаточность кишечных ферментов приводит к мальабсорбции макромолекул. Например, дефицит лактазы вызывает непереносимость лактозы с развитием диареи и метеоризма. Нарушения секреции панкреатических ферментов сопровождаются стеатореей и дефицитом жирорастворимых витаминов. Генетические мутации и воспалительные процессы кишечника могут снижать активность эндогенных ферментов щеточной каемки, что требует адаптивной терапии ферментными препаратами.

Биохимические особенности

Кишечные ферменты обладают высокой специфичностью, что обеспечивается структурой активного центра. Важной характеристикой является гликозилирование мембранных ферментов, стабилизирующее их на апикальной поверхности энтероцитов. Белковые домены ферментов включают каталитические и субстрат-связывающие участки, обеспечивая точное позиционирование молекул субстрата.

Кооперация ферментов создает эффективную систему гидролиза: трипсин активирует химотрипсиноген, дисахаридазы обеспечивают полный расщеп углеводов, а липазы совместно с желчными солями оптимизируют переваривание жиров. Такая интеграция биохимических процессов обеспечивает максимальное усвоение питательных веществ при минимальных энергетических затратах организма.