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7、人类消化反应酶催化无处不在

2024-04-30 08:00阅读:
前面的文章多次提到酶,例如史前地球生物进行光合作用时,包括水的分解产生氧气、吸收二氧化碳固定碳并合成糖类等都有酶的作用存在:在光合作用的光反应阶段,叶绿体中的色素吸收光能后,酶会参与到水的分解和电子传递等过程中。这些酶使得光能能够高效地转化为化学能,并为后续的暗反应阶段提供能量。在暗反应阶段,酶也起着关键的作用。例如,卡尔文循环中的酶会催化二氧化碳的固定和有机物质的合成。这些酶的活性和效率直接影响着光合作用的速率和效率。此外,酶还可以调节光合作用中的化学反应。它们可以通过影响反应的平衡点、反应物和产物的浓度等方式,使光合作用过程更加稳定和高效地进行。可以说,生物化学反应离不开酶,包括人类。
酶是一类由活性细胞产生的生物催化剂。酶绝大多数是蛋白质大分子,少数被称为核糖酶的是RNA组成核酸分子。人体内的酶种类非常繁多,负责加速生物体内的化学反应。这些酶参与了广泛的生物化学过程,包括代谢、消化、合成、信号传递等。人体内大约存在5000多种不同的酶,具体数量难以精确统计,而且随着科学的发展和研究的深入,新的酶还不断被发现。
为什么人类需要那么多酶呢?其实,人类所有的身体的运动、思想和情绪的波动都需要吸收或释放能量,有的情绪还得有临时产生的物质刺激,例如快乐,痛苦等。快乐时,身体会释放一些“快乐激素”,如多巴胺、血清素和内啡肽等。多巴胺是一种与奖赏和愉悦感相关的神经递质,它在大脑中起着重要的作用,能够增加动机和欲望。血清素则与情绪稳定、幸福感和满足感有关,它可以帮助调节睡眠、食欲和消化等生理功能。内啡肽是一种天然的止痛剂,它可以缓解身体的疼痛,并产生一种愉悦和放松的感觉。痛苦时,身体会释放一些应激激素,如皮质醇和肾上腺素等。皮质醇是一种主要的应激激素,它可以增加血糖水平,提供能量,并调节免疫系统。肾上腺素则可以增加心率和血压,使身体处于警觉状态。这些化学物质的释放是身体对情绪和环境刺激的自然反应,它们在维持身体的生理平衡和应对各种情况方面起着重要作用。所以,身体的整体或局部就有常规的和临时的相关生物化学反应发生,酶的作用就是让这些化学反应快速进行,而每一个反应基本都需要一种或几种酶才能加速反应。大多数化学反应是大分子分解或小分子化合形成新的
物质,反应还常常伴随着能量释放或吸收。拿分解反应为例,需要打开分子中某些原子之间的结合,这种结合在化学术语中形象地叫化学键,在分子结构图中用短线连接相邻化学元素表示。当然,分子中不同相邻元素之间的结合力是不同的,不光如此,分子中的基团也能大大影响相邻元素的结合力,因此打开这些化学键的结合需要的能量也就不同,这种打开化学键的能量也称为活化能。酶的作用机制是通过与反应物质(底物)形成临时中间物质来降低反应的活化能加速化学反应:酶与底物结合形成酶-底物复合物,然后酶通过改变底物的分子结构,使底物更容易发生化学反应。在反应结束后,酶与产物分离,重新回到游离状态,继续参与下一次反应。即酶催化剂参与了化学反应,但化学过程结束后没有被分解或融合。真可谓万花丛中过,片叶不沾身。由于人身体内化学物质多,化学物质中各种基团也多,他们的不同分解方式就需要不同的酶来催化(因为酶催化作用高度专一性),所以人体内的酶就多多为善了。
此外,酶不仅参与正常的生理过程,还与许多疾病的发展有关。例如,一些遗传性疾病是由于特定酶的缺陷或缺乏引起的,这会导致代谢过程中的某些步骤受阻,从而引发疾病。了解酶的种类和功能对于医学研究和治疗具有重要意义,可以帮助科学家开发新的治疗方法。例如有些人喝牛奶后会拉肚子,喝酒会脸红这很可能是由于体内缺某种酶所致。
乳糖不耐受的人是指其体内缺乏乳糖酶,无法有效地消化和吸收乳糖。而乳糖是牛奶中的主要糖类,当乳糖进入肠道后,需要乳糖酶将其分解成葡萄糖和半乳糖,才能被人体吸收利用。如果体内缺乏乳糖酶,乳糖就不能被完全消化,而是在肠道中被细菌发酵,产生大量的气体和有机酸,从而引起腹胀、腹泻、腹痛等症状。对于乳糖不耐受的人来说,可以采取以下措施来缓解症状: 首先,减少牛奶的摄入量或避免饮用牛奶,可以选择低乳糖或无乳糖的奶制品,如酸奶、奶酪、黄油等。其次,饮用牛奶时可以与其他食物一起食用,如面包、饼干等,可以延缓乳糖的吸收,减轻症状。再次,可以服用乳糖酶制剂,乳糖酶可以将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖,从而减轻乳糖不耐受的症状。需要注意的是,乳糖不耐受并不意味着不能喝牛奶,只是需要选择适合自己的奶制品和饮用方式。同时,如果乳糖不耐受的症状严重影响生活质量,建议及时就医,寻求专业医生的帮助。或调节酶的活性来治疗某些疾病。
至于喝酒容易脸红的原因则主要是由于体内缺乏乙醛脱氢酶。乙醛脱氢酶是一种酶,它可以将乙醛分解成乙酸,然后进一步分解为二氧化碳和水。然而,对于一些人来说,他们体内的乙醛脱氢酶活性较低或数量不足,导致乙醛在体内积聚。乙醛是一种有毒的化合物,它可以引起脸红、头痛、恶心、呕吐等不适症状。
酶数量大种类也多,就有人将他们分门别类,于是产生了多种分类方法:
1、按照组成酶可分为单纯酶和结合酶(全酶)。单纯酶:仅由蛋白质组成,水解的最终产物是氨基酸,比如胃蛋白酶、肽酶、木瓜蛋白;结合酶(全酶):由酶蛋白和辅助因子结合。辅助因子包括金属离子和有机小分子,在酶的催化作用过程中起到传递电子、原子等作用。有机小分子包括辅酶和辅基,一般是结构复杂的有机化合物。辅酶结合松散,易透析出去。辅基:结合紧密,不易透析除去。
2、根据结构的不同酶可分为单体酶、寡聚酶和多酶复合体。单体酶:只有单一的三级结构蛋白质构成;寡聚酶:由多个(两个以上)具有三级结构的亚基聚合而成;多酶复合体:由几个功能相关的酶嵌合而成的复合体。
3、根据酶的作用对象和作用方式,1961年国际生物学会酶学委员会规定了酶的分类原则,可将酶分为如下几大类:
1)、氧化还原酶类:其中氧化酶能催化物质被氧气所氧化的作用,脱氢酶能催化从物质分子脱去氢的作用。
2)、转移酶类:催化除氢以外的各种化学功能团(官能团)从一种底物转移到另一种底物的酶类。
由唾液腺分泌,主要在口腔中产生。其作用是开始分解淀粉,将其转化为麦芽糖,这是碳水化合物消化的第一步。
3)、水解酶类:水解酶的主要作用是水解,主要由消化腺(唾液腺、胃腺、胰腺、肝脏和肠腺)分泌。消化酶主要包括:蛋白质分解酶(蛋白酶),碳水化合物分解酶,脂肪分解酶,核糖核酸酶。
4)、裂合酶类:它们能催化反应是从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应。这类酶包括醛缩酶、水化酶、脱氨酶、碳酸酐酶、丙酮酸脱羧酶等。
5)、异构酶类:是催化生成异构体反应的酶之总称。
6)、合成酶类:将伴随腺苷三磷酸(ATP)的分解而催化合成反应的酶称为合成酶。
7)、核酸酶:在核酸分解的第一步中,作用于水解核苷酸之间的磷酸二酯键的一种蛋白质。
上述每一大类又可分为若干亚类,各个亚类又分为若干次亚类,并用4位数字编号系统。比如:过氧化氢酶:EC.1.11.1.6。EC代表酶学委员会,数字含义依次是类,亚类,次亚类,在次亚类中的序号。
具体到人类消化系统中的酶,下面介绍一些主要的消化酶及其来源:
唾液淀粉酶(Amylase):
由唾液腺分泌,主要在口腔中产生。主要分解淀粉,将其转化为麦芽糖,这是碳水化合物消化的第一步。
胃蛋白酶(Pepsin)
由胃壁的胃腺细胞产生。在酸性环境中(胃酸)分解蛋白质,将其转化为多肽。
胰酶
由胰腺分泌,通过胰管进入十二指肠。种类包括:胰脂肪酶(Pancreatic lipase),帮助分解脂肪,将其转化为甘油和脂肪酸;胰蛋白酶(如胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶),进一步分解蛋白质,将其转化为氨基酸;胰淀粉酶(Pancreatic amylase),继续分解碳水化合物,将淀粉和麦芽糖转化为葡萄糖。
肠酶
由小肠壁上的肠腺细胞产生。种类包括:肠脂肪酶(Intestinal lipase),与胰脂肪酶协同作用,进一步分解脂肪;肠淀粉酶(Intestinal amylase),与胰淀粉酶协同作用,分解碳水化合物;肠肽酶(Peptidases),如肠肽酶A和肠肽酶B,进一步分解多肽为氨基酸。
肠道微生物酶
它是肠道中的细菌和古菌产生的酶。用于分解难以被人体消化的复杂碳水化合物,如纤维素,产生短链脂肪酸等。
这些酶在消化过程中协同工作,确保食物中的大分子营养物质被分解成小分子,以便人体能够吸收和利用。消化酶的活性受到pH值、温度和其他环境因素的影响,每种酶都有其最适的工作环境。例如,唾液淀粉酶在口腔的中性环境中活性较高,而胃蛋白酶在酸性环境中活性最佳。
总之,人类消化系统酶很活跃,酶无事就藏在相关细胞内,有事就出场参与加速相关的生理化学反应。人类不能缺酶,只要缺少某种酶就可能生病。
最后还要回答一个问题,那就是消化系统中的酶功能强大,他们参与反应后去哪儿了?
消化系统的酶参与消化化学反应后,通常会被消化液中的其他成分所中和或分解,或者被消化道壁上的细胞所吸收和利用。例如,唾液中的淀粉酶在分解淀粉后,会被唾液中的其他成分所中和或分解。胃中的胃酸和胃蛋白酶在分解食物后,也会被胃壁上的细胞所吸收和利用。小肠中的各种酶在分解食物后,会被小肠壁上的细胞所吸收和利用,或者被排出体外。



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