В химии известно, что многие вещества, которые обычно не взаимодействуют друг с другом, соединяются в присутствии третьего вещества. Это третье вещество не входит в его соединение и не участвует в реакции, но только в его присутствии начинается реакция соединения. Такое вещество называется катализатором, а сам процесс – катализом. Энзимы – биокатализаторы, присутствующие во всех живых клетках животных, растений и микроорганизмов. Они направляют, регулируют и многократно ускоряют биохимические процессы в клетках.
Пищеварительные энзимы (ферменты) участвуют в реакции разложения сложных пищевых веществ до более простых соединений, которые приемлемы для кровотока и могут использоваться клетками организма для образования новых клеток.
Каждый энзим специфичен по своему действию, то есть он действует только на один класс пищевых веществ. Энзимы, которые действуют на углеводы, не действуют и не могут действовать ни на белки, ни на соли, ни на жиры. Они даже более специфичны, чем можно предполагать. При переваривании родственных веществ, например дисахаридов (комплексные сахара), энзимы, которые действуют на мальтозу, не способны действовать на лактозу. Для каждого вида сахара требуется свой энзим.
Это специфическое действие энзимов имеет большое значение, поскольку пищеварение проходит через различные стадии, на каждой из которых задействован свой энзим. Различные энзимы в состоянии осуществлять свою работу только в том случае, если предыдущая была выполнена надлежащим образом другими энзимами. Так, если пепсин не превратил протеины в пептоны, то энзимы, которые превращают пептоны в аминокислоты, не способны действовать на протеины.
Вещество, на которое действует энзим, называется субстратом. Крахмал, к примеру, является субстратом птиалина (амилазы слюны). Известный физиолог Эмиль Фишер предположил, что специфичность различных энзимов связана со структурой веществ, на которые оказывается воздействие. Каждый энзим, по-видимому, приспособлен или соответствует определенной структуре.
Процесс пищеварения начинается во рту. Все пищевые продукты дробятся на более мелкие частицы при разжевывании, они тщательно насыщаются слюной. Что касается химической стороны пищеварения, то только пищеварение крахмала начинается во рту. Слюна во рту представляет собой щелочную жидкость и содержит энзим, называемый птиалином. Он действует на крахмал, расщепляя его до мальтозы (комплексный сахар), на нее в кишечнике действует энзим мальтаза, превращая ее в простой сахар (декстрозу). Действие птиалина на крахмал является подготовительным, поскольку мальтаза не может влиять на крахмал. Считается, что амилаза, энзим, выделяемый поджелудочной железой, способный расщеплять крахмал, действует на крахмал сильнее, чем птиалин. Так что крахмал, который не переварился во рту и желудке, может быть расщеплен на мальтозу и декстрин, при условии, конечно, что он не подвергся ферментации прежде, чем достиг кишечника.
Птиалин разрушается слабой кислотой, а также в сильнощелочной среде. Он может быть активным только в слабощелочной среде. Эти границы действия энзима делают важным пережевывание, при котором смешиваются крахмалы. Если крахмалы смешиваются с кислыми продуктами или продуктами, вызывающими кислую секрецию в желудке, то действие птиалина прекращается.
Реакция желудочного сока меняется от почти нейтральной до сильнокислой, в зависимости от характера съеденной пищи. Желудочный сок содержит три энзима: пепсин, действующий на белок; липазу, слабо воздействующую на жиры, и иреннен, который свертывает молоко.
Пепсин способен инициировать расщепление всех видов белков. Это очень важно, поскольку, оказывается, является единственным энзимом с такой способностью. На различных стадиях пищеварения на белок воздействуют различные энзимы, расщепляющие его. Возможно, ни один из них не может действовать на протеин в стадии, предшествующей той, для которой он специфически приспособлен. Например, эрипсин, обнаруженный в кишечном и панкреатическом соках, не действует на комплексные протеины, а только на пептиды и полипептиды, восстанавливая их до аминокислот. Без предшествующего действия пепсина, восстанавливающего протеины до пептидов, эрипсин не будет действовать на белковую пищу. Пепсин действует только в кислой среде и разрушается щелочью. Низкая температура, характерная для охлажденных напитков, замедляет и даже прекращает действие пепсина. Алкоголь же полностью нейтрализует этот энзим.
Вид, запах или мысль о еде могут вызвать выделение слюны в той же степени, как и выделение желудочного сока. Однако для выделения слюны наиболее важное значение имеет вкус пищи. Физиолог Карлсон потерпел неудачу в своих многократных попытках спровоцировать выделение желудочного сока, заставляя своих подопечных жевать различные вещества или раздражая нервные окончания во рту веществами, которые не являются пищей. Другими словами, когда вещества, поступающие в рот, не могут быть переварены, секреторная функция отсутствует. Организм реагирует на различные виды пищи избирательно.
В своих экспериментах по изучению условных рефлексов академик И. П. Павлов отмечал, что не обязательно брать в рот пищу, чтобы вызвать выделение желудочного сока. Достаточно простого поддразнивания собаки вкусной едой. Он открыл, что даже звуки или какие-то другие действия, ассоциирующиеся со временем принятия пищи, вызывают секрецию.
Деятельность механизма желудочной секреции обладает некоторой способностью адаптации к потребляемым веществам. Она возможна благодаря тому, что желудочная секреция представляет собой продукт пяти миллионов микроскопических желез, расположенных в стенках желудка, которые выделяют различные составные части желудочного сока. Количества и пропорции различных элементов, входящих в состав желудочного сока, делают его состав разнообразным, приспособленным к перевариванию многочисленных видов пищевых продуктов. Таким образом, сок может быть почти нейтральным, может быть слабокислым или сильнокислым. В нем может быть больше или меньше пепсина, в соответствии с необходимостью. Имеет значение также и фактор времени. На одной стадии пищеварения характер сока может быть одним, а на другой стадии – другим, что зависит от особенностей пищи.
Оказывается, такая же адаптация происходит и со слюной в зависимости от различных пищевых продуктов и потребностей пищеварения. Например, слабые кислоты вызывают обильное выделение слюны, тогда как слабые щелочи практически не вызывают слюнной секреции. Неприятные и ядовитые вещества также вызывают слюнную секрецию для того, чтобы смыть вызывающее отвращение вещество.
Наглядно эту способность организма модифицировать и приспосабливать свои секреции к различным видам пищи можно увидеть на примере собаки. Накормите собаку мясом – секреция будет представлять собой густую вязкую слюну, выделяемую главным образом подчелюстной железой. Накормите ее высушенным и размолотым мясом, она будет выделять обильную и жидкую слюну из околоушной железы. Слизистые выделения, реагирующие на мясо, смазывают кусочек пищи и таким образом облегчают проглатывание. Жидкая водянистая секреция, реагирующая на сухой порошок, вымывает этот порошок изо рта. В итоге вид выделяемого сока определяется целью, которой он должен служить.
