Ферменты: что это такое и почему они так важны

Некоторые ферменты помогают расщеплять большие молекулы на более мелкие части, которые легче усваиваются организмом. Другие ферменты помогают связать две молекулы вместе, чтобы произвести новую молекулу. Ферменты являются высокоселективными катализаторами, а это означает, что каждый фермент ускоряет только определенную реакцию.

Молекулы, с которыми работает фермент, называются субстратами. Субстраты связываются с областью фермента, называемой активным центром.

Существуют две теории, объясняющие взаимодействие «фермент-субстрат».

Активный центр фермента имеет точную форму, чтобы удерживать определенные субстраты. В модели индуцированного соответствия активный центр и субстрат не идеально подходят друг к другу — вместо этого они оба изменяют свою форму, чтобы соединиться.

Как бы то ни было, протекающие реакции значительно ускоряются — более чем в миллион раз, — как только субстраты связываются с активным центром фермента. В результате химических реакций образуется новый продукт или молекула, которая затем отделяется от фермента, катализирующего другие реакции.

Вот пример: когда слюнный фермент амилаза связывается с крахмалом, он запускает процесс гидролиза (расщепление соединения из-за реакции с водой), в результате чего образуется мальтоза или солодовый сахар.

Алкоголь расщепляется в печени в два этапа. На первом этапе фермент алкогольдегидрогеназа превращает алкоголь в довольно неприятное химическое вещество, называемое ацетальдегидом. Накопление этого токсичного химического вещества является одной из причин, по которой вы чувствуете себя плохо утром и у вас похмелье.

Затем второй фермент, альдегиддегидрогеназа, превращает ацетальдегид в уксусную кислоту (безвредный кислый компонент уксуса).

Дефицит альдегиддегидрогеназы распространен, в частности, среди китайцев, корейцев и японцев. Некоторые наследуют две копии дефектного гена этого фермента — по одному от каждого родителя. Их печень производит неисправную версию фермента.

Другие наследуют дефектный ген только от одного родителя и производят как нормальный, так и дефектный фермент. Однако этот частичный дефицит приводит только к 1 проценту полной активности фермента, а не к 50 процентам, как можно было бы ожидать.

Это связано с тем, что неисправная версия менее стабильна, а несколько копий фермента должны работать вместе как единое целое.

Если вы унаследовали полный или частичный дефицит альдегиддегидрогеназы, очень скоро после употребления алкоголя у вас будет наблюдаться высокий уровень ацетальдегида — и все неприятные ощущения, которые с этим связаны. Представьте себе: тошнота, потливость, головная боль, учащенное сердцебиение, головокружение, покраснение лица — и это все длится долго-долго-долго...

Хорошей новостью является то, что из-за дефицита альдегиддегидрогеназы алкоголизм и рак, связанный с алкоголем, гораздо менее распространены среди населения Восточной Азии. Это потому, что люди чувствуют себя настолько плохо после употребления алкоголя, что пьют очень мало, если вообще пьют.

Теперь о плохих новостях. Если у вас есть дефицит альдегиддегидрогеназы, но вы продолжаете пить, вы подвергаетесь более высокому риску рака, вызванного алкоголем: например, рака пищевода (трубки между вашим ртом и желудком).

Риск наиболее высок для людей с частичным дефицитом. Это связано с тем, что их низкая остаточная ферментативная активность позволяет им выработать некоторую толерантность к неприятным последствиям употребления алкоголя, но они все еще подвергаются воздействию высоких уровней ацетальдегида.

Может показаться неожиданным, что любой человек с дефицитом альдегиддегидрогеназы вообще хоть когда-то в жизни будет пить. Но причины, по которым мы любим алкоголь, сложны. Некоторые из них связаны с метаболизмом, некоторые — с химией мозга, а некоторые — с социальными обстоятельствами.

Некоторые люди испытывают более сильное удовольствие, чем другие, при употреблении алкоголя, и это может способствовать развитию зависимости.

Исследования привычек употребления алкоголя американскими студентами азиатского происхождения показали, что социальные факторы, такие как влияние культуры употребления алкоголя, давление сверстников и отношение семьи к алкоголю, могут помочь преодолеть неприятные физические эффекты, связанные с дефицитом альдегиддегидрогеназы.