2.1.1. Ингибиторы пищеварительных ферментов

К этой группе относятся вещества белковой природы, блокирующие активность пищеварительных ферментов (пепсина, трипсина, химотрипсина, α-амилазы). Белковые ингибиторы обнаружены в семенах бобовых культур

(соя, фасоль и др.), злаковых (пшеница, ячмень и др.), в картофеле, яичном

белке и других продуктах растительного и животного происхождения.

Механизм действия этих соединений заключается в образовании стой- ких комплексов «фермент-ингибитор», подавлении активности главных пи- щеварительных ферментов и, тем самым, снижении усвоения белковых ве- ществ и других макронутриентов.

К настоящему времени белковые ингибиторы достаточно хорошо изу- чены и подробно охарактеризованы: расшифрована первичная структура, изучено строение активных центров ингибиторов, исследован механизм дей- ствия ингибиторов и т. п.

На основании структурного сходства все белки-ингибиторы раститель-

ного происхождения можно разделить на несколько групп, основными из ко-

торых являются следующие семейства:

1) соевого ингибитора трипсина (ингибитора Кунитца);

2) соевого ингибитора Баумана-Бирка;

3) картофельного ингибитора I;

4) картофельного ингибитора II;

5) ингибиторов трипсина / α -амилазы.

Ингибиторы протеаз, выделенные из сои, можно разделить на две ос- новные категории: ингибиторы Кунитца и ингибиторы Баумана-Бирка. Ин- гибитор Кунитца был впервые выделен из семян сои еще в 1946 г. Его моле- кулярная масса 20 100 Да. Молекула ингибитора состоит из 181 аминокис-

27

лотного остатка и содержит две дисульфидные связи в положении цис(39) - цис(86) и цис(136) - цис(145). Трипсиносвязывающий реактивный центр включает остаток аргинина, связанный пептидной связью с остатком изолей- цина: арг(63) - иле(64), поэтому ингибиторы этого семейства также называют трипсиновыми ингибиторами аргининового типа. Одна молекула ингибитора Кунитца инактивирует одну молекулу трипсина.

Ингибитор Баумана-Бирка был впервые выделен также в 1946 г. из се-

мян сои. Ингибитор эффективно подавляет активность трипсина и химот- рипсина, причем с одной молекулой ингибитора могут связываться молекулы обоих ферментов. Ингибитор Баумана-Бирка - первый описанный «двухгла- вый» (или двухцентровой) ингибитор сериновых протеиназ. Его молекуляр- ная масса примерно 8 000 дальтон. Молекула ингибитора состоит из 71 ами- нокислотного остатка. Особенностью аминокислотного состава является вы- сокое содержание остатков цистеина (7 на одну молекулу) и отсутствие ос- татков глицина и триптофана. Молекула ингибитора Баумана-Бирка состоит из двух частей, сходных по структуре (доменов), которые соединены между собой короткими полипептидными цепочками. Реактивный центр, ответст- венный за связывание трипсина, локализован в первом домене и содержит пептидную связь: лиз(16) - сер(17); а реактивный центр, ответственный за связывание химотрипсина, находится во втором домене и содержит пептид- ную связь: лей(43) - сер(44), поэтому ингибиторы этого семейства иногда на- зывают ингибиторами лизинового типа. В сырых бобах сои содержание ин- гибитора Кунитца составляет 1,4 %, ингибитора Баумана-Бирка - 0,6 %.

Присутствие ингибиторов протеаз в пищевых продуктах обусловливает выделение большого количества пищеварительных ферментов, что ведет к гипертрофированию поджелудочной железы и обеднению тканей организма аминокислотами. Это, в свою очередь, приводит к резкому ухудшению ус- воения белков, вызывает замедление роста и истощение животного и челове- ческого организмов.

При возрастающем интересе к использованию сои в качестве пищевого

продукта необходимо учитывать возможную угрозу здоровью человека в связи с неполной инактивацией ингибиторов протеаз при нарушении техно- логических режимов обработки.

Установлено, что соевая мука, не подвергавшаяся термической обра-

ботке, оказывает отрицательное действие на организм человека. Нагревание сухих продуктов, содержащих ингибиторы трипсина и химотрипсина до

130 °С или кипячение их при 100 °С в течение 30 мин, не приводит к сущест- венному снижению их ингибируюших свойств. Для полного разрушения со- евого ингибитора трипсина необходимо автоклавирование при 115 °С в тече- ние 20 мин или при 108 °С в течение 40 мин. Кипячение соевых бобов раз- рушает ингибиторы протеаз в течение 2...3 ч. Для полной инактивации инги- биторов обезжиренные соевые бобы должны быть увлажнены до 14...16 % с последующей термической обработкой при 130 °С в течение 1 ч. Однако при такой обработке снижается усвояемость соевого белка и идет потеря незаме- нимых аминокислот.

28

В клубнях картофеля содержится целый набор ингибиторов химотрип- сина и трипсина, которые отличаются по своим физико-химическим свойст- вам: молекулярной массе, особенностям аминокислотного состава, изоэлек- трическим точкам, термо- и рН-стабильности и т. п. Кроме картофеля, белко- вые ингибиторы обнаружены в других пасленовых, а именно, в томатах, бак- лажанах, табаке. Наряду с ингибиторами сериновых протеиназ в них обнару- жены и белковые ингибиторы цистеиновых, аспартильных протеиназ, а так- же металлоэкзопептидаз.

Заслуживает внимания и тот факт, что в семенах растений и в клубнях

картофеля находятся «двухглавые» ингибиторы, способные одновременно связываться и ингибировать протеазу и α-амилазу. Такие белковые ингиби- торы были выделены из риса, ячменя, пшеницы, тритикале, ржи.

Рассматриваемые белковые ингибиторы растительного присхождения характеризуются высокой термостабильностью, что в целом не характерно для веществ белковой природы.

Ингибиторы животного происхождения более чувствительны к тепло-

вому воздействию.