14. Перетворення білків у кишково-шлунковому тракті. Протеолітичні ферменти та їх специфічність.

Гідроліз, або перетворення екзогенних і ендогенних білків у живому організмі та клітинах, відбувається за участю протеолітичних ферментів - пептидгідролаз, протеїназ в екзергонічних реакціях. При цьому вільна енергія пептидних зв'язків (ентальпія) переходить у тепло.

Ферменти – ендопептидази діють на центральні ділянки поліпепдитного ланцюга: розщеплюють молекулу білка на дрібніші фрагменти. Друга група пептидгідролаз - екзопептидази - викликають гідроліз білків із С- чи N-кінців пептидного ланцюга і відщеплюють кінцеві амінокислоти.

Перетворення білків в організмі людини та тварин починається у шлунку. Протеолітичні ферменти шлунково-кишкового соку виробляються клітинами слизової оболонки шлунка, тонкого відділу кишечнику та підшлункової залози в неактивній формі - проферменти, які перетворюються на відповідні активні форми в харчовому каналі.

У шлунку протеїнази шлункового соку діють на змінені харчові білки, молекули яких денатурували під дією соляної кислоти, в результаті чого збільшилася поверхня та доступність зв'язків, що гідролізуються. Шлунковий сік виділяється залозами, локалізованими у слизовій оболонці шлунка: фундальними (дно шлунка), пілоричними (вихідна частина) та кардіальними.

Парієтальні клітини дна шлунка секретують соляну кислоту; секрет додаткових клітин містить переважно мукоїди, а головні клітини продукують неактивну форму пепсину - пепсиноген. Найважливішими протеолітичними ферментами шлункового соку є пепсин і хімозин.

Пепсин - високоактивна ендопептидаза, що діє на пептидні зв'язки, сформовані за участю ароматичних амінокислот (фенілаланіну, тирозину), лейцину та глутамінової кислоти або валіну. Під час споживання рослинної їжі, небагатої на білки, у шлунковому соку міститься дещо менша к-сть НСІ, що сприяє утворенню з пепсиногену II гастроксину, оптимум рН=2,0-3,0.

Хімозин (ренін, сичужний фермент) секретується залозами слизової оболонки шлунка молодих тварин і, ймовірно, немовлят. Виділяється він у вигляді прохімозину, який за рН 5,0 перетворюється на активну форму. Хімозин перетворює казеїноген молока в нерозчинну кальцієву сіль казеїну за рахунок відщеплення пептиду. Згаданий комплекс довше перебуває у шлунку, що сприяє розщепленню його пепсином. Оптимум рН хімозину становить 3,5-5,0. Хімозин активується Са2+. У дорослих людей тварин, які вживають змішану їжу, хімозин є мало активним або його зовсім немає. Перетворення казеїногену на казеїн відбувається в цьому разі піддією пепсину.

Ацинарні клітини підшлункової залози, що становлять приблизно 99 % її маси, секретують комплекс ферментів, зокрема, проферменти трипсину та хімотрипсину - трипсиноген і хімотрипсиноген, а також карбоксипептидазу, що через вихідний протік залози надходять до дванадцятипалої кишки. Сік підшлункової залози - це складний хім секрет, який є лужною рідиною завдяки вмісту бікарбонатів.

Трипсин утворюється з трипсиногену шляхом розриву пептидного зв'язку між лізином та ізолейцином ентерокіназою з відщепленням N-кінцевого гексапептиду. Ентерокіназа продукується клітинами слизової оболонки тонкого кишечнику. Перетворення трипсиногену на трипсин каталізується також і трипсином, який утворився за рН 7,0-8,0. Трипсин є ендопептидазою й розщеплює третину усіх пептидних зв'язків, утворених переважно карбоксильною групою діаміно-монокарбонових кислот (аргініну, лізину) та аміногрупами інших амінокислот. Він гідролізує також складноетерні та амідні зв'язки, які утворені зазначеними амінокислотами.

Хімотрипсин утворюється з хімотрипсиногену, також належить до ендопептидаз і за фізико-хімічними властивостями подібний до трипсину. Його активація починається трипсином, який гідролізує зв'язок між ізолейцином та аргініном, завдяки чому утворюється а-хімотрипсин. Хімотрипсин гідролізує переважно пептидні зв'язки, в утворенні яких беруть участь карбоксильні групи ароматичних амінокислот - тирозину, Феніллаланіну й триптофану, а також ті, що сформовані метіоніном.

У підшлунковій залозі утворюються й інші ендопептидази, що, мабуть, як і хімотрипсин і карбоксипептидаза, активуються трипсином: еластаза, проферментом якої є проеластаза; колагеназа.

Екзопептидази знайдено в кишковому соку, слизовій оболонці тонкого кишечнику, тканинах нирок, печінки, молочної залози, а також у рослин і бактерій. Деякі екзопептидази виявилися металоферментами. Вони активуються Mg2+, Mn2+, Со2+, Zn2+, які, ймовірно, мають значення для утворення фермен-тсубстратного комплексу й інгібуються хелаторами згаданих катіонів.

Карбоксипептидаза є третім важливим протеолітичним ферментом, що секретується підшлунковою залозою в неактивній формі - прокарбоксипептидази. Активується вона трипсином у тонкому відділі кишечнику й каталізує відщеплення С-кінцевих амінокислот. Карбоксипептидаза гідролізує також етерні зв'язки. Інгібується вона лізином, аргініном і проліном. Окремі карбоксипептидази виявляють специфічність до основних амінокислот і є циклопептидами.

У слизовій оболонці тонкого відділу кишечнику знайдено амінопептидази, які аналогічно карбоксипептидазам гідролізують пептидні зв'язки N-кінцевих амінокислот і виявляють специфічність до окремих з них, наприклад, Мg2+-залежна лейцинамінопептидаза. Гідроліз харчових білків відбувається в порожнині кишечнику й на поверхні слизової оболонки (пристінне травлення). Білки, які не гідролізуються в тонкому відділі кишечнику, гідролізуються в товстому відділі бактеріальними пептидгідролазами. Цей процес називається гниттям білків.

У товстому відділі кишечнику розщеплюються тирозин, триптофан, цистеїн, аргінін, лізин, гістидин з утворенням протеїногенних амінів та інших речовин з токсичними властивостями: фенол, крезол, скатол та ін.