Enzimele digestive

Alimentele conțin adesea molecule prea mari pentru a fi absorbite ca atare. Enzimele digestive sunt proteine care grăbesc descompunerea acestor molecule în părți mai mici. Fiecare enzimă acționează asupra unor substanțe potrivite, numite substraturi. Amilazele descompun amidonul, proteazele acționează asupra proteinelor, iar lipazele asupra grăsimilor.

Enzimele lucrează în locuri diferite. Amilaza salivară începe digestia amidonului în gură. Pepsina începe digestia proteinelor în stomac. În intestinul subțire ajung enzime din pancreas și acționează și enzime de la suprafața celulelor intestinale. Procesul se încheie treptat, nu printr-o singură enzimă universală.

Specificitatea unei enzime depinde de structura centrului său activ și de interacțiunea cu substratul. Enzimele catalizează reacții chimice, inclusiv hidroliza unor molecule alimentare. Condițiile din mediu, precum aciditatea și temperatura, influențează funcționarea lor. De aceea, pepsina este potrivită mediului acid al stomacului, iar alte enzime acționează mai bine în intestinul subțire. Când înveți o enzimă, leagă-i numele de locul secreției, locul acțiunii, substrat și produșii rezultați. Nu include bila printre enzime: ea ajută digestia grăsimilor prin emulsionare.

Ce sunt enzimele digestive. Sunt proteine cu rol de biocatalizatori, din clasa hidrolazelor: grăbesc ruperea legăturilor dintre unitățile unei molecule, cu fixare de apă. Substratul se leagă de centrul activ, ceea ce explică specificitatea: amilaza atacă legăturile $\alpha$-1,4 ale amidonului, lipaza atacă legăturile esterice ale trigliceridelor, tripsina atacă legăturile peptidice. Enzima nu se consumă și poate fi reutilizată.

Grupe de enzime. Amilazele hidrolizează polizaharidele; proteazele sunt endopeptidaze (pepsina, tripsina, chimotripsina, elastaza, care rup legături din interiorul lanțului) sau exopeptidaze (carboxipeptidazele și aminopeptidazele, care detașează aminoacizi de la capetele lanțului); lipazele hidrolizează lipidele; nucleazele hidrolizează acizii nucleici; dizaharidazele (maltaza, zaharaza, lactaza) acționează la marginea în perie a enterocitelor.

Precursorii inactivi. Proteazele se secretă ca zimogeni: pepsinogenul (activat de HCl și de pepsina deja formată), tripsinogenul (activat de enterokinază), chimotripsinogenul și procarboxipeptidaza (activate de tripsină). Astfel, celula care le produce nu este digerată de propria secreție.

Condițiile de lucru. Activitatea depinde de temperatură și de pH. Pentru enzimele umane, optimul termic este de aproximativ 37 °C; la temperaturi mari, proteina se denaturează și pierde forma centrului activ, iar la temperaturi mici activitatea scade fără ca enzima să se distrugă. Fiecare enzimă are un pH optim legat de locul unde acționează: pepsina funcționează în stomac, amilaza salivară în gură, enzimele pancreatice și enterice în mediul slab alcalin al intestinului.

Exemplu rezolvat 1: digestia albuminei de către pepsină. În patru eprubete se pun cuburi de albumină coagulată (clar de ou fiert) de 1 cm${}^3$. Eprubeta 1: pepsină și HCl diluat, la 37 °C. Eprubeta 2: pepsină fiartă în prealabil și HCl, la 37 °C. Eprubeta 3: pepsină și soluție de $\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$ (pH bazic), la 37 °C. Eprubeta 4: pepsină și HCl, la 4 °C.

1. Eprubeta 1 este martorul pozitiv: cuburile se micșorează și se dizolvă, deoarece pepsina hidrolizează albumina în polipeptide solubile.
2. Eprubeta 2: cuburile rămân întregi, pentru că fierberea a denaturat proteina enzimatică.
3. Eprubeta 3: cuburile rămân întregi, deoarece în mediu bazic pepsina nu este activă.
4. Eprubeta 4: dizolvarea este foarte lentă, pentru că la 4 °C ciocnirile dintre enzimă și substrat sunt rare.
5. Concluzie: pepsina cere mediu acid și temperatură potrivită, iar fierberea o distruge.

Exemplu rezolvat 2: citirea unei curbe de temperatură. Pentru o enzimă digestivă s-au măsurat vitezele (micromoli de produs pe minut): 10 °C – 2; 20 °C – 4; 30 °C – 8; 37 °C – 12; 45 °C – 6; 55 °C – 1; 65 °C – 0.

1. Între 10 și 30 °C viteza se dublează la fiecare creștere cu 10 °C (2, 4, 8), adică $8/2=4$ ori pe 20 °C.
2. Maximul este la 37 °C, valoarea de 12 micromoli pe minut: aceasta este temperatura optimă.
3. După 37 °C viteza scade ($12\to 6\to 1\to 0$), pentru că proteina se denaturează.
4. Dacă proba de la 55 °C este adusă înapoi la 37 °C, activitatea nu revine integral, pentru că denaturarea la temperaturi mari este ireversibilă; proba de la 10 °C, readusă la 37 °C, își recapătă activitatea.

Enterokinaza activează tripsinogenul, dar nu descompune ea însăși o categorie de alimente. pH-ul din intestin variază; sucul intestinal este în jur de 7,4–7,8. Bila nu conține enzime digestive: emulsionează lipidele și ajută absorbția lor.

Reține pH-urile optime: amilaza salivară aproximativ 6,7; pepsina aproximativ 2; enzimele pancreatice și enterice aproximativ 7,5–8. Amilaza salivară are nevoie de ioni $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ ca activator. Tripsina rupe legăturile peptidice de după aminoacizii bazici (lizină, arginină), iar chimotripsina de după aminoacizii aromatici (fenilalanină, tirozină, triptofan). Enzimele secretate inactive sunt pepsinogenul, tripsinogenul, chimotripsinogenul, procarboxipeptidaza și proelastaza; amilaza, lipaza și nucleazele pancreatice sunt secretate active.

La un bolnav tratat cu inhibitori ai pompei de protoni, pH-ul gastric crește, iar activarea pepsinogenului scade. În insuficiența pancreatică se administrează preparate cu lipază, amilază și protează, care înlocuiesc enzimele lipsă.

Care dintre următoarele asocieri enzimă – substrat – produs este corectă?

• a) Pepsina – amidon – maltoză.
• b) Tripsina – polipeptide – peptide mai scurte.
• c) Lactaza – zaharoză – glucoză și fructoză.
• d) Amilaza pancreatică – trigliceride – acizi grași.
• e) Enterokinaza – pepsinogen – pepsină.

Răspuns: b. Pepsina acționează asupra proteinelor, nu a amidonului (a este falsă). Lactaza hidrolizează lactoza, nu zaharoza, pe care o hidrolizează zaharaza (c este falsă). Amilaza hidrolizează glucidele, iar trigliceridele sunt hidrolizate de lipază (d este falsă). Enterokinaza activează tripsinogenul, nu pepsinogenul (e este falsă). Tripsina este o endopeptidază care scurtează polipeptidele (b este adevărată).

Greșeli frecvente

• Greșit: O singură enzimă digeră toate alimentele.
  Corect: Enzimele au substraturi diferite: amilazele glucidele, proteazele proteinele, lipazele lipidele.
• Greșit: Bila și bicarbonatul sunt enzime.
  Corect: Bila emulsionează lipidele, iar bicarbonatul neutralizează aciditatea; niciunul nu hidrolizează substraturi.
• Greșit: Fierberea doar încetinește enzimele, iar la răcire revin la normal.
  Corect: Căldura denaturează enzima ireversibil; doar temperaturile joase scad viteza fără s-o distrugă.
• Greșit: Pepsina funcționează la fel de bine în stomac și în duoden.
  Corect: Pepsina cere mediu acid și se inactivează în duoden, unde pH-ul este slab alcalin.

Înainte și după