Z tego artykułu dowiesz się:

• Jakie znaczenie pełnią enzymy trawienne w fizjologii układu pokarmowego i dlaczego są niezbędne do prawidłowego wykorzystania składników odżywczych.

• Jak przebiega regulacja wydzielania enzymów trzustkowych, obejmująca mechanizmy neuronalne oraz działanie kluczowych hormonów – sekretyny i cholecystokininy.

• Dlaczego pH decyduje o aktywności poszczególnych enzymów oraz jak zmienność środowiska w przewodzie pokarmowym wpływa na ich funkcjonowanie.

• Jakie możliwości dają enzymy mikrobiologiczne oraz w jakich sytuacjach znajdują zastosowanie.

• Co oznaczają jednostki enzymatyczne, jakie jednostki stosuje się dla lipaz, amylaz
  i proteaz oraz dlaczego ważniejsze jest mierzenie aktywności niż masy.

Enzymy trawienne – kluczowe elementy trawienia w układzie pokarmowym człowieka

Enzymy trawienne stanowią wyspecjalizowaną grupę białek katalitycznych, których funkcją jest hydroliza złożonych składników pokarmowych do cząsteczek możliwych do wchłonięcia w jelicie cienkim. Pomimo niewielkich rozmiarów są one fundamentalnym elementem procesu trawienia – bez ich udziału składniki odżywcze pozostałyby w formie niemożliwej do wykorzystania metabolicznie.

Znaczenie enzymów trawiennych w fizjologii człowieka

Makrocząsteczki występujące w żywności – polisacharydy, triacyloglicerole czy białka – są zbyt duże, aby mogły zostać przetransportowane przez nabłonek jelitowy. Dopiero ich rozkład do prostych cukrów, aminokwasów oraz kwasów tłuszczowych umożliwia absorpcję i dalsze wykorzystanie metaboliczne.

Enzymy trawienne działają z wysoką specyficznością substratową, co pozwala na precyzyjną kontrolę kolejnych etapów degradacji pokarmu. Każdy enzym rozpoznaje jedynie określony rodzaj wiązań chemicznych, a jego aktywność determinują warunki panujące w danym odcinku przewodu pokarmowego – przede wszystkim pH i obecność kofaktorów.

Główne źródła enzymów trawiennych

Produkcja enzymów trawiennych zachodzi w kilku odrębnych gruczołach i narządach:

• ślinianki – amylaza ślinowa inicjuje hydrolizę skrobi,

• żołądek – pepsynogen przekształcany do aktywnej pepsyny w środowisku kwaśnym, która jest odpowiedzialna za trawienie białek,

• trzustka – zasadnicze źródło enzymów proteolitycznych, lipolitycznych i amylolitycznych,

• enterocyty jelita cienkiego – enzymy rąbka szczoteczkowego odpowiedzialne za finalne etapy trawienia.

Regulacja wydzielania enzymów trzustkowych – mechanizm na poziomie hormonalnym i neuronalnym

Trzustka pełni kluczową funkcję w trawieniu dzięki wydzielaniu bogatego w enzymy soku trzustkowego. Produkcja i sekrecja enzymów jest precyzyjnie kontrolowana przez zintegrowane sygnały nerwowe i hormonalne. Najistotniejsza jest faza jelitowa, to ona odpowiada za około 70% odpowiedzi trzustkowej. Kluczowe hormony tej fazy to:

Sekretyna

• Wydzielana przez komórki S dwunastnicy.

• Reaguje na kwaśną treść pokarmową, trafiającą do dwunastnicy.

• Pobudza przewody trzustkowe do wydzielania soku bogatego w wodorowęglany, co neutralizuje pH z 2–3 do ok. 7,5–8,5 – niezbędnego do aktywności enzymów trzustkowych.

Cholecystokinina (CCK)

• Produkowana przez komórki I w odpowiedzi na tłuszcze i peptydy.

• Stymuluje komórki acynalne do wydzielania enzymów: lipazy, trypsynogenu, chymotrypsynogenu, amylazy i nukleaz.

• Ułatwia również opróżnianie pęcherzyka żółciowego, co zwiększa biodostępność lipidów dla lipazy.

Łączne działanie sekretyny i CCK zapewnia optymalne warunki biochemiczne do trawienia
w dwunastnicy.

Przegląd enzymów trawiennych i ich funkcji

Enzymy węglowodanowe – amylazy i disacharydazy

• Amylaza ślinowa i trzustkowa – hydroliza wiązań α-1,4-glikozydowych w skrobi.

• Enzymy rąbka szczoteczkowego (maltaza, sacharaza, laktaza) – finalny etap rozkładu disacharydów.

Enzymy proteolityczne

• Pepsyna – powstającą z nieaktywnego prekursora pepsynogenu tylko w silnie kwaśnym środowisku.

• Trypsyna, chymotrypsyna, elastaza – główne proteazy trzustkowe, aktywowane sekwencyjnie przez trypsynę.

• Peptydazy jelitowe – rozkład peptydów do wolnych aminokwasów.

Enzymy lipolityczne

• Lipaza trzustkowa – hydroliza triacylogliceroli.

• Jej aktywność wymaga obecności soli żółciowych i odpowiedniego pH.

Znaczenie pH w aktywacji enzymów trawiennych

Środowisko przewodu pokarmowego cechuje duża zmienność – od silnie kwaśnego pH żołądka (1,5–2,5) po zasadowe pH jelita cienkiego (7,5–8,5). Enzymy trawienne ulegają dezaktywacji poza swoim optymalnym zakresem pH, co warunkuje ich lokalną aktywność. Ma to szczególnie istotne znaczenie w sytuacjach, kiedy pH jest modyfikowane np. lekami.

Przykłady:

• pepsyna – aktywna wyłącznie w kwaśnym środowisku,

• trypsyna i lipaza – wymagają warunków zasadowych,

• amylaza ślinowa – inaktywowana w żołądku.

Enzymy mikrobiologiczne – odporność na warunki ekstremalne

Enzymy produkowane przez mikroorganizmy charakteryzują się znacznie większą stabilnością oraz możliwością działania w szerokim zakresie pH oraz temperatur, co czyni je użytecznymi technologicznie i farmaceutycznie. Jest to także alternatywa dla osób, które są na dietach eliminacyjnych np. wegańskiej czy wegetariańskiej lub kiedy ich pH środowiska przewodu pokarmowego jest zmienione.

Za pomocą technologii mikrobiologicznej możemy uzyskać:

• amylazy

• proteazy

• lipazy

Warto wspomnieć, że są znane także enzymy roślinne (np. bromelaina, papaina). Mają one jedynie właściwości proteolityczne i bywają stosowane jako uzupełnienie diety lub w przemyśle kosmetycznym. Charakteryzują się jednak niższą aktywnością enzymatyczną.

Wsparcie fizjologicznej aktywności enzymów

W praktyce nie możemy wpływać bezpośrednio na pobudzenie trzustki do wydzielania soku enzymatycznego, jak to ma miejsce w stymulacji wytwarzania soku żołądkowego np. przez substancje aromatyczne albo gorzkie. Jednak w prawidłowym procesie wydzielania enzymów trzustkowych znaczenie mają:

• właściwe nawodnienie,

• dieta bogata w produkty naturalnie wspierające trawienie,

• unikanie przeciążania układu pokarmowego,

• suplementacja enzymów trawiennych u pacjentów jako uzupełnienie diety

Aktywność enzymatyczna i jednostki stosowane w ocenie enzymów trawiennych

Aktywność enzymatyczna w preparatach określana jest na podstawie ilości substratu rozłożonego przez enzym w ściśle zdefiniowanych warunkach (pH, temperatura, czas inkubacji, rodzaj substratu). Dla poszczególnych klas enzymów stosuje się różne jednostki aktywności, co odzwierciedla specyficzne metody ich oznaczania.

Lipazy trzustkowe najczęściej podaje się w jednostkach FCC (Food Chemicals Codex) –
1 jednostka FCC odpowiada ilości enzymu katalizującej uwolnienie jednego mikromola kwasów tłuszczowych na minutę w warunkach testu. W preparatach enzymatycznych dawka lipazy wyrażana jest zazwyczaj w tysiącach jednostek FCC (np. 10 000 U lipazy), co pozwala na standaryzację produktów.

Proteazy oznacza się natomiast w jednostkach USP lub tyrozynowych (TU), które określają ilość uwolnionych peptydów wykrywanych spektrofotometrycznie.

Amylaza trzustkowa standaryzowana jest w jednostkach DU (Dextrinizing Units), opartych na szybkości hydrolizy skrobi.

Takie ujednolicenie parametrów aktywności umożliwia porównanie poszczególnych preparatów
i precyzyjne dostosowanie do m.in. masy ciała oraz zawartości tłuszczu w posiłku. W praktyce to właśnie aktywność enzymu, a nie jego masa jest kluczowym parametrem warunkującym jego działanie.

Podsumowanie

Enzymy trawienne stanowią złożony i precyzyjnie regulowany układ biokatalityczny, umożliwiający efektywne wykorzystanie składników pokarmowych. Ich aktywność zależy od właściwego pH
w poszczególnych segmentach przewodu pokarmowego, integralności błony śluzowej oraz prawidłowej funkcji trzustki, która pozostaje głównym źródłem enzymów proteolitycznych, lipolitycznych i amylolitycznych.

Z perspektywy farmaceuty kluczowe jest precyzyjne określenie potrzeb pacjenta i dobór odpowiedniego preparatu enzymatycznego. W tym kontekście coraz większe znaczenie mają enzymy pochodzenia mikrobiologicznego, których zwiększona stabilność i odporność na zmienne warunki przewodu pokarmowego pozwala na skuteczne uzupełnienie diety oraz dostosowanie do różnorodnych wymagań pacjentów.

*Artykuł sponsorowany. Partnerem artykułu jest Medezin. Treść ma charakter edukacyjny.