Biochemija

Gyvojo pasaulio pagrindinis skiriamasis bruožas yra nuolatinis jį sudarančių medžiagų kitimas, apykaita: medžiagos nuolat skyla ir vėl susidaro. Tai susiję su cheminėmis reakcijomis, kurios gyvoje ląstelėje vyksta labai švelniomis sąlygomis (temperatūra ne aukštesnė nei 400C, vandens terpės ph=6,5-7,5). Kolboje tokios reakcijos vyksta labai lėtai arba visai nevyksta. Ląstelėje yra specialios medžiagos fermentai, kurie ir pagreitina chemines reakcijas.

Fermentai arba enzimai – tai biologiniai katalizatoriai. Tai labai aktyvūs biologiniai katalizatoriai (katalizė – lėtai vykstančių procesų pagreitinimas, dalyvaujant svetimoms medžiagoms). Jų yra visose ląstelėse, fermentai užtikrina visus gyvybinius procesus. Reikia pabrėžti, kad katalizatorius gali tiktai pagreitinti savaiminį procesą ir kad jis, tiesiog dalyvaudamas procese, į produktus neįeina.

Fermentai palaiko cheminių reakcijų vyksmą katalizuodami, tiek sintezę, tiek skilimą, tuo pačiu reguliuodami ir metabolizmą. Katalizatorius negali pakeisti santykių tarp galutinių produktų ir pradinių medžiagų, o pakeičia tik reakcijos greitį. Katalizuojami tik tokie procesai, kurie termodinamiškai galimi, t.y. jiems vykstant mažėja sistemos laisvoji energija.

Be fermentų neapsieina nė vienas procesas vykstantis organizme – kvėpavimas, virškinimas, judėjimas, augimas, vystimasis ir pan. Chemine prigimtimi fermentai yra baltymai, tačiau be baltyminės dalies į fermento sudėti dažnai įeina ir nebaltyminės prigimties komponentai. Tai, visų pirma, mažos molekulinės masės medžiagos, vadinamos kofermentais arba prostetinėmis grupėmis. Jos susijungdamos su baltymine fermento dalimi sudaro fermentą. Efektyviam fermentų funkcionavimui dažnai reikia specialių medžiagų – aktyvatorių, jais paprastai yra metalo jonai (dažniausiai dvivalenčiai Mg, Ca, Mn, Zn, bei vienvalenčiai K, NH4, Li). Be to, kai kurių fermentų sudėtyje aptinkami angliavandeniai, lipoidai, apie kurių vaidmenį dar žinoma nedaug. Fermento molekulėje gali būti nuo 100 iki 50000 amino rūgščių likučių.

Taigi, optimalus fermento aktyvumas priklauso nuo pH (šarmų-rūgščių balanso), reikalingų kofermentų ir kofaktorių būvimo, inchibitorių (medžiagų, stabdančių fermentų veiklą) nebūvimo.

Pagal sudėtį fermentai gali būti paprasti ir sudėtiniai. Paprasti fermentai susideda tik iš amino rūgščių, o sudėtiniai – papildomai ir iš nebaltyminės grupės. Kofermentais dažniausiai yra įvairių vitaminų dariniai, kofaktoriais – mineralai (makro bei mikro elementai). Jie absoliučiai būtini daugeliui fermentų, nes be jų fermentas negali funkcionuoti. Jeigu vitaminų ir mineralų trūksta, fermentinės reakcijos sulėtėja – o tai gali sukelti įvairius susirgimus.

Fermentai skirstomi į šešias klases, atsižvelgiant į jų katalizuojamos reakcijos prigimtį.

  1. Oksidoreduktazės – katalizuoja vandenilio pernešimo procesus.
  2. Transferazės – katalizuoja įvairių atomų grupių pernešimą.
  3. Hidrolazės – katalizuoja substrato molekulės skaidymą.
  4. Liazės – katalizuoja kokių nors grupių atskėlimą nuo molekulės, susidarant dvigubai jungčiai, arba grupių prijungimą prie dvigubos jungties.
  5. Izomerazės – katalizuoja įvairius izomerizacijos ir intramolekulinio persigrupavimo procesus
  6. Ligazės – katalizuoja dviejų molekulių susijungimą į vieną, panaudojant ATF arba kitus trinukleotidus.

Medicinos praktikoje fermentų veikimo principų žinojimas yra labai svarbu, kadangi jie reguliuoja visą medžiagų apykaitą, o dauguma susirgimų susiję kaip tik su medžiagų apykaitos sutrikimais. Farmacijoje vaistų poveikis bei veiksmingumas, galima sakyti, didžia dalimi priklauso nuo fermentų veikimo dėsningų, kadangi vaistai dažniausiai būna fermentų inhibitoriai arba aktyvatoriai.

Virškinimo trakto sutrikimams gydyti naudojami proteazių, amilazių bei lipazių mišiniai. Įvairios kilmės lizuojantys fermentai ir proteazės tirpina krešulius kraujagyslėse. Asparaginazės ir gliutaminazės naudojamos gydant leukozes. Dekstranazė, pridėta į dantų pastą yra efektyvi priemonė prieš dantų gedimą.

Tiriant kraujo fermentų kiekį, gana anksti ir palyginti tiksliai, galima nustatyti patologijos pobūdį ir lokalizaciją.

Dažniausiai į maisto papildus dedami fermentai

Superoksiddismutazė – tai fermentas, kuris greitina superoksido anijono dismutaciją ir prieštarauja šio anijono neigiamam poveikiui organizmui. Superoksido anijonas tai deguonies molekulė su papildomu elektronu, jis labai aktyvus. Dalyvaudamas oksidinimo reakcijose sąlygoja labai agresyvių darinių, laisvųjų radikalų susidarymą. Laisvieji radikalai, sąveikaudami su organizmo struktūriniais komponentais (nukleo rūgštimis, baltymais, riebalais) sukelia jų irimą. Laisvieji radikalai pažeisdami ląstelių membranas tampa ląstelių mutacijų priežastimi ir gali sukelti piktybinius darinius.

Laktazė iš pieno cukrų (laktozės) transformuoja į gliukozę ir galaktozę. Jeigu dėl kokių nors priežasčių žmogui trūksta šio fermento, sumažėja jo protinis potencialas, nusilpsta centrinės nervų sistemos veikla. Žinoma, kad daugelis žmonių negali gerti pieno, kas susiję su galaktozės būvimu piene. Manoma, kad apie du trečdaliai suaugusių žmonių neturi fermentų, transformuojančių galaktozę. Naudojant galaktazę, kartu su pienu, galima išvengti pieno virškinimo sutrikimų.

Amilazė skaido angliavandenius, tranformuodama juos į gliukozę. Taip pat šis fermentas padeda organizmui įsisavinti gliukozę. Amilazė pradeda veikti jau burnos ertmėje jai išsiskiriant su seilėmis. Amilazės aktyvumas slopinamas rūgščios aplinkos, kurią sudaro skrandžio sultys. Dauguma žmonių, sergančių diabetu, trūksta amilazės.

Lipazė perdirba, tirpdo ir skaido riebalus į frakcijas. Ji padeda įsisavinti riebaluose tirpstančius vitaminus (A, D, E, K), polinesočiąsias riebiąsias rūgštis. Tokiu būdu lipazė dalyvauja energijos apykaitoje.

Peroksidazės. Jų yra keletas (jos skiriasi prostetinėmis grupėmis bei substratiniu specifiškumu), tai fermentai gyvose ląstelėse katalizuojantys oksidacijos reakcijas, padedant vandenilio peroksidui (oksiduoja substratą vandenilio peroksidu). Be tikrųjų peroksidazių egzistuoja ir termostabilios pseudoperoksidazės: hemoglobinas, mioglobinas bei jų skilimo produktai.

Inhibitoriai: cianidai, sulfidai, fluoridai, azidai ir kt.

Katalazė labai paplitusi audiniuose. Ypač daug jos yra kepenyse, inkstuose, kraujyje, spermoje ir t.t.  Greitina, toksinio organizmui, anglies dioksido skilimą į vandenį ir deguonį. Konstatuotas dvejopas jo veikimas – kaip katalazės ir kaip peroksidazės (esant mažoms vandenilio peroksido koncentracijoms). Pseudokatalaziniu veikimu pasižymi hemoglobinas, mioglobinas bei jų skilimo produktai.

Inhibitoriai: sulfidai, cianidai, azidai, fluoridai

Papainas skaido ir baltymus, ir riebalus, ir angliavandenius. Jo yra ananasuose, bananuose, kivi, mango, papajoje. Pagal savo savybes jis panašus į fermentą bromelainą. Papainas sugeba taip perdirbti baltymus, kad jei tampa labai lengvai įsisavinami. Papainas aktyvus įvairiose terpėse – rūgščioje, šarminėje, neutralioje. Dėl šių savybių jis naudojamas gydant virškinimo sistemos šarmų-rūgščių pusiausvyros sutrikimus.

Bromelainas – tai skaidančių baltymus, fermentų grupė. Jie randami papajoje, ananasuose ir kituose tropiniuose vaisiuose. Nustatyta, kad bromelainas pasižymi priešuždegiminiu poveikiu kraujagyslėse, mažina kraujo krešumą, gerina virškinimą, pasižymi mukolitinėmis savybėmis (mukoidai dalyvauja augimo, regeneracijos ir apvaisinimo procesuose, reguliuoja jungiamojo audinio pralaidumą), padeda įsisavinti medikamentus. Bromelainas, gaunamas iš natūralių šaltinių turi skirtingą fiziologinį aktyvumą, todėl nežinia kiek veiksmingas jis lieka biologiškai aktyvių maisto papildų sudėtyje. Jo veikimas taip pat priklauso ir nuo apdorojimo bei laikymo sąlygų – bromelainas termiškai nestabilus.

Svarbiausia kofermentai

Lipoinė rūgštis (acillipoatas). Kaip kofermentas veikia organizme vykstančiose oksidacijos-redukcijos reakcijose. Su fermento baltymine dalimi ji sujungta peptidine jungtimi ir gali būti atskelta tik hidrolizuojant fermentą rūgštimis arba proteoliziniais fermentais. Kai kuriems gyviems organizmams veikia kaip augimo faktorius, veikdama panašiai kaip B grupės vitaminai. Lipoinė rūgštis reguliuoja riebalų ir angliavandenių apykaitą, pasižymi intoksikuojančiu poveikiu.

Kofermentas Q10 (ubichinonas). Yra kiekvienoje ląstelėje ir dalyvauja energijos susidarymo procesuose. Organizmas gamina kofermentą Q10, jeigu nėra vitaminų B2, B3, B5,B6 ir folinės rūgšties (B9) trūkumo. Kofermento Q10 sintezei taip pat reikalingi baltymai – tirozinas, fenilalaninas (nepakeičiama) ir metioninas (nepakeičiama). Kofermentas Q10 – stiprus antioksidantas, jis saugo širdį, stiprina imuninę sistemą, stabilizuoja arterinį spaudimą. Su amžiumi mažėja organizmo gebėjimas sintezuoti šį fermentą, todėl rekomenduojama jį vartoti žmonėms virš 40-ties metų. Su kofermeto Q10 trūkumu siejami kai kurie susirgimai susirgimai – periodontitas, diabetas, raumenų distrofija. Jis netoksiškas, taip pat nepastebėta šalutinių požymių.

Kofermento Q10 yra lašišoje, jautienoje, arachise, špinatuose. Reikia pažymėti kad jis labai greitai suyra šviesoje ir aukštesnėje nei 460C temperatūroje. Perkant maisto papildus su kofermentu Q10 reikia atkreipti dėmesį į jų spalvą: grynas ubichinonas yra ryškiai geltonos spalvos, tačiau nevisi gamintojai jį parduodą gryną (neretai, priešingai nei užrašyta etiketėje). Reikia preparatą saugoti nuo šilumos ir ryškios šviesos.

 Straipsnio autorius: EGIDIJUS TUTKUS (Lietuvos Olimpinio Centro kineziterapeutas)

Atsakyti