Enzimele si rolul lor in organism

Enzimele si rolul lor in organismIntroducere

Lungimea vieii este invers proporional cu rata de epuizare a potenialului enzimatic al unui organism spune doctorul Edward Howell.

Enzimele sunt substane care fac posibil viaa i care sunt gsite n alimentele vii, naturale i de asemenea n organismul nostru. Enzimele sunt fora de munc a organismului. Fr ele, reaciile chimice nu pot avea loc, iar hormonii, mineralele i vitaminele nu i pot ndeplini funciile. Se crede c exist sute de mii de enzime n organism, iar enzimele diferite au funcii diferite. Fr ele, viaa nu poate exista.

Definitie

Enzimele sunt substante complexe (molecule proteice) ce participa la foarte multe reactii ce au loc in organismul nostru.

Acestea sunt catalizatori specifici ce impreuna cu coenzimele regleaza procesele biochimice din organism.

Fara ele fructele nu s-ar coace, semintele nu ar germina, nu am putea gandi, nu am putea digera alimentele si absorbi substantele nutritive prezente in acestea etc.

Fiecare celula din organism depinde de un anumit grup de enzime. Fiecare enzima are o anumita functie. De exemplu o enzima care digera proteine nu digera si grasimi.

Tipuri de enzimeEnzimele sunt impartite in doua categorii:

Enzime metabolice regleaza procesele metabolice interne;

Enzime digestive digera hrana.

Enzimele digestive sunt impartite in enzime digestive proprii (produse de organism- majoritatea sunt produse de pancreas) si enzime digestive preluate din alimente crude, care pornesc digestia alimentar.

Rolul si importanta lor

Enzimele sunt implicate in mii de procese biochimice ce se desfasoara in organismul nostru.

In corpul nostru se gasesc aproximativ 2700 enzime diferite care impreuna cu coenzimele formeaza aproximativ 100000 de compusi ce ne ajuta sa vedem, sa simtim, sa auzim, sa digeram hrana si sa gandim.

Enzimele ajuta in lupta impotriva imbatranirii, obezitatii, coleste-rolului, ajuta sistemul imunitar, curata colonul, descompun grasimile, cresc inteligenta, detoxifiaza organismul, elimina bioxidul de carbon din plamani etc.

Enzimele nu pot distruge o celula vie dar pot descompune o celula moarta. Acest lucru se intampla datorita faptului ca o enzima nu poate traversa membrana celulara a unei celule vii dar atunci cand celula moare poate face acest lucru si astfel compusii prezenti in celula moarta pot fi reutilizati.

Desi enzimele se gasesc in cantitati mici acestea sunt foarte puternice si 30 de grame de pepsina pura pot digera aproximativ doua tone de albus de ou.

Actiunea enzimelor

Cand consumam alimente, enzimele prezente in acestea sunt activate de caldura si umezeala din cavitatea bucala si impreuna cu enzimele produse de organism digera o parte din alimente inainte ca acestea sa ajunga in stomac.

Alte enzime digera hrana pe tot traseul ei pentru ca apoi enzimele metabolice sa foloseasca nutrientii respectivi pentru a regenera tesuturile existente si pentru a produce tesuturi noi.

Inamicii enzimelorEnzimele sunt sensibile la caldura si la pH si de aceea mancarea gatita la temperaturi ridicate si procesarea industriala a alimentelor le distruge.

Atunci cand gatim mancarea la temperaturi ridicate denaturam toate enzimele si astfel se ajunge la alimente nedigerate in intestine ce pot, sub influenta bacteriilor, sa intre in putrefactie si sa produca toxine ce ajung apoi in sange si organe. Acest fenomen se numeste autointoxicare si este caracteristic persoanelor ce au probleme de digestie (in general persoanele ce sufera de constipatie).

Atunci cand ingeram enzime din alimente inseamna ca organismul nostru trebuie sa depuna un efort mai mic pentru a digera alimentele respective datorita scaderii productiei interne de enzime.

Metalele grele, deshidratarea si razele ultraviolete le inactiveaza.

Varsta este foarte importanta in productia de enzime. Cercetarile arata ca in cazul amilazelor persoanele cu varsta cuprinsa intre 21-31 de ani au o cantitate de amilaze (in cavitatea bucala) de 30 de ori mai mare decat persoanele cu varsta cuprinsa intre 69-100 de ani.

Folosirea enzimelor in vindecarea bolilor

Multe persoane stiu ca enzimele sunt folosite doar in probleme legate de digestie, dar acestea pot fi folosite pentru a trata un numar foarte mare de boli.

Acestea pot fi folosite in tratarea imbatranirii premature, artritei, pro-blemelor sistemului circulator, problemelor aparute in zona genitala (femei), herpesului, lupusului, bolilor autoimune, sclerozei multiple, infectiilor si problemelor de greutate.

Suplimente cu enzime

Ca o regul general, adoptarea unei cantiti stabile de alimente crude n regimul alimentar este un aspect foarte benefic pentru sntatea oricui, deoarece funcioneaz n favoarea metabolismului, nu mpotriva lui, n timp ce aduce acel supliment de enzime att de necesar.

Folosind suplimente enzimatice ajutam organismul sa digere hrana si reducem cantitatea de enzime digestive pe care trebuie sa o produca si astfel acesta poate sa se concentreze pe producerea de enzime metabolice.

Spre deosebire de marea parte a enzimelor preluate din alimente, cele continute in aceste suplimente nu sunt distruse de acidul gastric. Cand alegeti un supliment trebuie sa va asigurati ca acesta contine proteaze, amilaze, lipaze si lactaze.

Suplimentele cu enzime sunt necesare in urmatoarele cazuri: recuperarea dupa o boala, glicemie scazuta, probleme ale glandelor endocrine, obezitate si stres, mai pot fi folosite si pentru tratarea bolilor mentionate putin mai sus.

Ele au multe beneficii datorita faptului ca sunt necesare in multe procese metabolice si de aceea un plus de enzime (pana la nivelul optim) va avea, in aproape toate cazurile, efecte benefice.

Sfaturi pentru un aport ridicat de enzime- consumati apa pentru ca enzimele se activeaza doar daca apa este prezenta;

- in cazul celulazelor din alimente trebuie sa mestecati bine mancarea pentru

ca acestea sunt prezente la nivelul fibrelor si trebuie eliberate in timpul

masticarii

- consumati multe fructe si legume proaspete

- semintele crude, alunele crude si nucile crude contin inhibitori ai

enzimelor.

Consumul de alimente ce contin inhibitori enzimatici produce umflarea pancreasului. Cel mai mare continut de inhibitori enzimatici il au alunele crude si germenii de grau.

Exista patru metode prin care pot fi eliminati inhibitorii:

- prin ridicarea temperaturii alimentului respectiv (prin aceasta metoda se distrug enzimele si se pierd si alti nutrienti cum ar fi vitaminele termo-sensibile);

- inmuierea, clatirea si incoltirea alimentelor respective. Aceasta metoda distruge inhibitorii enzimatici si creste continutul de enzime de 3-6 ori;

- a treia metoda consta intr-un aport ridicat de enzime pentru a elimina inhibitorii enzimatici.

- fermentarea cerealelor si semintelor elimina inhibitorii enzimatici, aduce un plus de microorganisme benefice si elimina anumite substante toxice din cereale si seminte.

Cerealele si semintele contin acid fitic ce blocheaza absorbtia calciu-lui, fosforului, fierului si zincului si astfel o dieta bogata in cereale integrale nefermentate poate duce la o concentratie scazuta a mineralelor respective in sange. Acest acid este distrus prin fermentarea cerealelor si semintelor.

Fermentarea distruge inhibitorii enzimatici si descompune glutenul, zaharurile si alte substante greu de digerat din cereale si seminte.

Pentru a obtine cereale si seminte fermentate se pun in zer, iaurt sau kefir si trebuie sa lasate minim 7 ore (in cazul cerealelor) si minim 12 ore in cazul semintelor.

Nu uitati ca alimentele mentionate mai sus au un continut ridicat de proteine, grasimi nesaturate si antioxidanti si nu trebuie eliminate din alimentatia noastra.

- sarea este un inhibitor indirect al enzimelor asa ca trebuie consumata in cantitati mici.

Nomenclatura enzimelor

Acestea se denumesc adaugand sufixul -aza numelui care arata natura reactiei specifice sau care indica substratul asupra caruia enzima isi exercita actiunea, de exemplu: hidrolaza, dehidraza, oxidorectaza sau esteraza, proteinaza, glicozidaza, lipaza.

In putine cazuri se mai folosesc denumiri mai vechi care s-au mentinut pana astazi: pepsina, tripsina, invertina, zimaza.

Procesul enzimatic este denumit prin adaugarea sufixului litica la numele substratului, de exemplu, procesul de transformare a amidonului de catre enzime se numeste amilolitic (amylum-amidon) iar al proteinelor este denumit proteolitic.

Coenzima reactioneaza in concentratii foarte mici iar cu timpul ii scade activitatea; la sfarsitul reactiei se regaseste din punct de vedere cantitativ. Activitatea creste cu concentratia, cu temperatura (pana la temperatura de denaturare a apoenzimei).

Clasificarea enzimelor:

I. Hidrolaze

1. esteraze

2. carbohidraze

3. amidaze

4. proteaze

II. redoxaze (desmolaze)

1. dehidraze

2. oxidaze

3. peroxidaze

4. catalaza

Hidrolaze

1.esteraze, sunt enzimele care produc hidroliza esterilor (catalizeaza fenomenele de esterificare si saponificare). Dintre esteraze cele mai importante sunt urmatoarele:

- lipazele, descompun lipidele (grasimile) in glicerina si acizi

grasi; cea mai activa lipaza se gaseste in uleiul de ricin.

- fosfatazele, hidrolizeaza esterii acidului fosforic, care se

gasesc in toate celulele, cu eliberare de H3PO4.

- sulfatazele, se afla in special in rinichi: hidrolizeaza esterii

acidului sulfuric, de exemplu indican II.

- clorofilaza, se gaseste in plantele verzi si descompune

clorofila.

2. Carbohidrazele sun enzime care hidrolizeaza legaturile C-O din zaharoza, maltoza, adica legaturile glicozidice, ca si aceleasi lega-turi din polizaharide. Enzimele, care hidrolizeaza legaturile glicozi-dice din zaharoza, maltoza se numesc glicozidaze sau glucozidaze, iar cele care scindeaza polizaharidele se numesc poliaze.

Din grupa glicozidazelor enzime importante sunt:

-glucozidaza (maltaza) hidrolizeaza numai legaturi -glicozidice. Se gaseste in drojdia de bere, pancreas, intestin, saliva. Se mai numeste maltaza deoarece hidrolizeaza maltoza in doua molecule de glucoza;

-glucozidaza hidrolizeaza si zaharoza deoarece contin -glucopiranoza.

Din aceasta grupa fac parte:

- dehidrazele, catalizeaza dehidrogenarea diferitelor substante;

- oxidazele, fixeaza oxigenul din aer pe substantele pe care le oxideaza;

- peroxidazele, in prezenta apei oxigenate sau a altor per compusi,

oxideaza fenolii sau aminele o-si p-substuite.

- catalaza, enzima care catalizeaza descompunerea apei oxigenate in

apa si oxigen molecular:

2H2O2 cataliza 2H2O + O2.

Termenul de enzima a fost introdus de A. Khne in 1878. Prima enzima izolata in stare pura, cristalizata, a fost ureaza, extrasa cu apa si acetona dintr-o varietate de fasole.

Ulterior au fost izolate multe alte enzime, folosind metode fizice, chimice sau fizico-chimice. Enzimele au structura macromoleculara si devin inactive la incalzire sau in prezenta unor reactivi. Prin hidroliza conduc la aminoacizi si proteine. Masele moleculare ale multor enzime au valori cuprinse in intervalul 10000-200000. Ca orice catalizator obisnuit, enzimele nu pot cataliza decat reactii termodinamic posibile, dar energia de activare a reactiilor enzimatice este incomparabil mai mica decat cea a reactiilor catalizate de substante simple (acizi, baze sau ioni metalici). Enzimele se deosebesc de catalizatorii obisnuiti prin: durata de activare mai redusa, inactivarea rapida la temperaturi peste 50C, necesitatea unui pH optim pentru activitatea maxima, o specificitate extraordinara, mergand chiar pana la specificiatea stereochimica.

Cunoasterea naturii chimice a enzimelor, a modului in care ele intervin in diferite procese, a mecanismului reactiilor enzimatice este de o importanta deosebita pentru explicarea si dirijarea unor fenomene naturale extrem de numeroase si de diverse. Studiul naturii lor si al proceselor la care pot participa a dat nastere unei discipline de profil, enzimologia.

In afara de importanta lor biochimica, enzimele au si numeroase aplicatii practice in industriile fermentative la fabricarea vinului, a berei, a branzeturilor, a unor medicamente, in panificatie. Se mai numesc fermenti, catalizatori organici, sau biocataliozatori si se gasesc in tesuturile vegetale sau animale.

FermentatiaEste un proces biochimic de oxido-reducere in care atat donorii, cat si acceptorii de protoni si electroni sunt substante organice. A fost definit de Pasteur in 1861 ca fiind viata fara aer microorganismele pot fi facultativ cat si obligat anaerobe.

Compusii organici sunt metabolitii ce rezulta dintr-un substrat fermentescibil. Compusul organic supus fermentatiei este oxidat partial si numai o parte din energie este eliberata, restul ramanand in produsi de fermentatie. In cursul fermentatiei se formeaza amestecuri de produsi finali (unii mai oxidati, altii mai redusi).

Cea mai cunoscuta este fermentatia alcoolica:

1 molecula glucoza fermentata=2 molecule alcool etilic+2CO2+57 Kcal

Energia rezultata in urma fermentatiei, o parte se pierde prin caldura si numai 20-30% este stocata in ATP. Modul de formare a ATP-ului in cursul fermentatiei se numeste fosforilare la nivelul substratului.

Fermentatia este modul de obtinere a energiei prezenta la bacteriile anaerobe si la drojdii, glucidele fiind principalele substraturi de fermentatie (glucoza in special)

Fermentatiile sunt clasificate si denumite dupa natura produsului final: fermentatie alcoolica, butirica, acetica, propionica, lactica.

Multe microorganisme sunt capabile atat de respiratie cat si de fermentatie, insa prefera fermentatia in prezenta substratului fermentescibil chiar daca randamentul de energie este mai scazut. Acest comportament este determinat de represia enzimei respiratorii in prezenta zaharurilor ceea ce determina pentru aceste microorganisme, ca fermentatia sa devina o cale metabolica principala. Procesul sintetizat de Pasteur:'' respiratia inhiba fermentatia''

Cunoasterea particularitatilor reactiei de fermentatie este foarte importanta din punct de vedere biotehnologic pentru ca la inceputul procesului:

Faza 1 se asigura conditiile aerobe si in aceste conditii cresc si se multiplica activ (Creste masa microbiana).

Faza 2 conditii anaerobe fermentatia randament mare de productie al produsului final de interes.

Glucoza este compusul organic, apartinand clasei zaharidelor, care are formula chimica C6H12O6. Desi are aceeasi formula chimica, fructoza este diferita fata de glucoza prin modul de legare a atomilor. Astfel, glucoza are o singura grupare de alcool primar, pe cand fructoza are doua grupari de alcool primar.

Proprietati fizice Glucoza este o substanta solida, cristalizata, incolora si solubila in apa. Are un gust dulce. Punctul sau de topire este foarte ridicat, deoarece intre numeroasele sale grupari hidroxil (-OH) se formeaza multe legaturi de hidrogen. Cand sunt incalzite, toate monozaharidele (nu numai glucoza) se descompun inainte de a se topi, in carbon si apa, reactie numita carbonizare.

Glucoza are 75% din puterea de indulcire a fructozei (care este luata ca unitate).

Amidonul are forma unor granule, caracteristice fiecrei plante. n interior, este alctuit din dou componente: amiloz (lanuri liniare de glucoz unite n poziiile 1-4) i amilopectin (lanuri ramificate de glucoz unite n poziiile 1-4 i 1-6). ntre lanuri se stabilesc legturi de hidrogen ntre gruprile OH libere din structur, sau ntre gruprile OH libere i molecule de ap, ceea ce i confer amidonului o structur cristalin.

Amidonul uscat prezint o structur amorf.

Structura granulei de amidon este foarte complex, fiind format dintr-o membran exterioar, cu rezisten ridicat i o membran intern, dispus circular i transversal, delimitnd astfel o serie de alveole. In interiorul alveolelor se afl sculeii de amiloz i amilopectin.

In panificatie, fermentarea este operaia cuprins intre sfritul opera-iei de frmntare i operaia de divizare datorita drojdiei, pe parcursul creia n urma unor procese biochimice, microbiologice,coloidale i fizice se obine un aluat cu o serie de caracteristici: capacitate ridicat de reinere a gazelor, capacitate mare de formare a gazelor, volum mare, extensibil i rezistent. El incepe din momentul frmntrii i continu pn n prima parte a coacerii.

La sfritul fermentrii, aluatul trebuie s aib urmtoarele proprieti:

a) Capacitate bun de reinere a gazelor

Proprietile reologice ale aluatului la sfritul fermentrii trebuie s i permit acestuia reinerea gazelor de fermentare. Modificrile proteinelor la fermentare fac ca proprietatea de reinere a gazelor s se modifice n conti-nuu. Aluatul obinut imediat dup frmntare are elasticite i rezisten la ntindere mari i nu reine suficiente gaze, necesare obinerii unui produs afnat. Transformrile suferite de gluten n timp confer aluatului elasticitate redus i extensibilitate mare i ca urmare, capacitatea de reinere a gazelor crete.

Aluatul insuficient fermentat este elastic, cu rezisten mare la ntindere i puin extensibil, iar pinea are volum mic.

Aluatul suprafermentat i pierde elasticitatea i se rupe la tensiuni relativ mici. Sub presiunea gazelor, peliculele de gluten se rup i formeaz o porozitate grosier, o parte din gazele de fermentare se pierde n timpul coacerii prin crpturile formate la suprafaa aluatului i pinea are volum mic.

b) Capacitate bun de formare a gazelor

Aluatul matur trebuie s aib capacitate mare de formare a gazelor, ceea ce implic existena unor cantiti sufieiente de glucide fermentescibile.

c) Acumularea de produse secundare ale fermentaiei alcoolice i acide, care condiioneaz gustul i aroma specifice pinii.

Procese care au loc la fermentarea aluatului

n timpul fermentrii, n aluat se desfoar un ansamblu de procese biochimice, microbiologice, coloidale n urma crora aluatul se maturizeaz.

Procesele din aluat se desfoar n condiii de mediu foarte comple-xe. Aluatul este format din filme glutenice care nconjoar granulele de amidon, o parte din apa folosit la frmntare este legat de proteine, ami-don, pentozani n procesul de hidratare i numai o parte este sub form de ap liber capabil s asigure o mobilitate a sistemului i s faciliteze procesele. n aluat, alturi de enzime activeaz drojdiile i bacteriile, ntre care exist relaii interactive.

I. Procese biochimiceProcesele biochimice sunt catalizate de enzimele din aluat (provenite n principal din fin), care acioneaz asupra componentelor finii. n aluat acioneaz enzime din clasa hidrolazelor i oxido-reductazelor. Hidrolazele catalizeaz procesele de hidroliz ale componenilor macromoleculari (ami-don, proteine, pentozani, lipide, compuii fitinici, etc.). Ele sunt procese de degradare, de simplificare a componenilor finii fiind nsoite de formarea unor compui mai simpli.Oxido-reductazele catalizeaz procesele de oxidare /reducere a componentelor finii (proteinele, pigmenii).

I.1. Amiloliza este procesul de hidroliz a amidonului sub aciunea enzimelor amilolitice: alfa i beta amilaza, care conduce la acumularea n aluat a maltozei i dextrinei.

Aceste zaharuri confer aluatului capacitate de a forma gaze, deoarece vor fi metabolizate sub actiunea drojdiilor/bacteriilor lactice. Amidonul este principala surs de obinere a zaharurilor fermentescibile. Zaharurile simple proprii finii sunt n cantitate prea mic pentru a produce un volum suficient de gaze care s asigure creterea n volum.

Desfurarea amilolizei presupune existena a dou componente: amidonul i enzimele amilolitice.

Bibliografie: Chimie, de I. Risavi, I. Ionescu;

Mica enciclopedie de chimie.