Тест по биологии: Ферменты, их роль в пищеварении (9 класс)

Пояснение:

Ферменты – это особые биологически активные молекулы, которые играют роль катализаторов, ускоряя химические реакции в живых организмах. Их уникальная структура и функция напрямую зависят от их химической природы. Основу всех ферментов составляют белки, представляющие собой сложные полимерные молекулы, состоящие из аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Именно специфическая трёхмерная структура белка определяет активный центр фермента и его способность связываться с определённым субстратом, обеспечивая его высокую специфичность. Нарушение белковой структуры фермента (денатурация) под воздействием высокой температуры или изменения pH приводит к потере его каталитической активности.

Пояснение:

Специфичность – это одно из важнейших свойств ферментов, означающее, что каждый фермент способен катализировать превращение только определённого субстрата или группы близких по строению субстратов. Это явление часто сравнивают с принципом «ключ-замок», где молекула субстрата (ключ) точно подходит к активному центру фермента (замок). Благодаря этой особенности, в организме существует огромное разнообразие ферментов, каждый из которых выполняет свою узкоспециализированную функцию. Например, амилазы расщепляют только углеводы, липазы – только жиры, а пептидазы – только белки. Такая высокая специфичность позволяет организму точно и эффективно регулировать множество биохимических процессов, избегая ненужных побочных реакций.

Пояснение:

Процесс химического пищеварения начинается ещё в ротовой полости, где пища подвергается механической обработке и смачиванию слюной. Слюна, вырабатываемая слюнными железами, содержит фермент амилазу, также известную как птиалин. Этот фермент активно действует в слабощелочной среде ротовой полости и начинает расщепление сложных углеводов, таких как крахмал, до более простых дисахаридов (например, мальтозы). Хотя это лишь начальный этап, он имеет важное значение для дальнейшего пищеварения углеводов в тонком кишечнике. Пепсин активен в желудке, липаза и трипсин – преимущественно в тонком кишечнике.

Пояснение:

Активность ферментов сильно зависит от pH среды, в которой они функционируют. Пептидазы, такие как пепсин, которые отвечают за начальное расщепление белков, демонстрируют максимальную активность именно в кислой среде. Такая среда характерна для желудка, где вырабатывается соляная кислота, создающая pH в диапазоне 1,5-3,5. Соляная кислота не только активирует пепсин, но и денатурирует белки, делая их более доступными для ферментативного воздействия. В других отделах пищеварительного тракта, например, в ротовой полости и тонком кишечнике, среда имеет нейтральный или слабощелочной характер, что НЕ благоприятствует работе желудочных пептидаз.

Пояснение:

Для полноценного усвоения пищи организму необходимо расщеплять все макронутриенты – белки, углеводы и жиры – до их мономерных составляющих. За расщепление жиров, или липидов, отвечают специализированные ферменты, называемые липазами. Липазы вырабатываются в нескольких отделах пищеварительной системы, включая поджелудочную железу и стенки тонкого кишечника. Их действие особенно эффективно после эмульгирования жиров желчью, которая увеличивает площадь контакта ферментов с жировыми каплями. В результате действия липаз жиры распадаются на глицерин и жирные кислоты, которые затем всасываются в стенки кишечника.

Пояснение:

Ферменты, как белковые молекулы, чрезвычайно чувствительны к изменениям температуры. Для каждого фермента существует определённый температурный оптимум, при котором его каталитическая активность максимальна. Для пищеварительных ферментов человека этот оптимум находится в районе 37 °C, что соответствует нормальной температуре тела. Отклонение температуры как в сторону понижения, так и в сторону повышения приводит к снижению активности ферментов. При значительном повышении температуры (выше 45-50 °C) происходит денатурация белка фермента, его необратимое разрушение и полная потеря активности, что может привести к серьёзным нарушениям пищеварения и жизнедеятельности организма.

Пояснение:

Белки являются сложными полимерными молекулами, состоящими из длинных цепочек аминокислот. В процессе пищеварения под действием ферментов, называемых пептидазами (таких как пепсин в желудке и трипсин, химотрипсин в тонком кишечнике), эти длинные белковые цепи расщепляются до более коротких пептидов, а затем и до отдельных аминокислот. Аминокислоты – это конечные продукты расщепления белков, которые достаточно малы, чтобы всасываться через стенки тонкого кишечника в кровь. После всасывания они используются клетками организма для синтеза собственных белков, необходимых для роста, восстановления тканей и выполнения других жизненно важных функций. Глюкоза является продуктом расщепления углеводов, а глицерин и жирные кислоты – жиров.

Пояснение:

Активность ферментов зависит не только от температуры, но и от кислотности (pH) среды. Амилазы, такие как слюнная амилаза (птиалин) и панкреатическая амилаза, являются ферментами, расщепляющими углеводы. Слюнная амилаза проявляет активность в слабощелочной или нейтральной среде ротовой полости (pH 6,7-7,0), а панкреатическая амилаза работает в щелочной среде тонкого кишечника (pH около 7,5-8,5). Кислая среда желудка инактивирует слюнную амилазу, поэтому её действие прекращается после попадания пищевого комка в желудок. Таким образом, для эффективной работы амилаз необходима именно щелочная среда.

Пояснение:

Основная и наиболее значимая функция пищеварительных ферментов заключается в химическом расщеплении крупных, сложных органических молекул, содержащихся в пище (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот), до более простых, мономерных составляющих. Ферменты действуют как биологические катализаторы, значительно ускоряя реакции гидролиза – разрыва химических связей с участием воды. Без этого расщепления крупные молекулы НЕ могли бы всосаться через стенки пищеварительного тракта в кровь или лимфу и быть усвоены клетками организма. Таким образом, их функция – сделать пищу доступной для дальнейшего использования организмом в качестве источника энергии и строительного материала.

Пояснение:

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), содержащиеся в пищевых продуктах растительного и животного происхождения, также нуждаются в расщеплении для усвоения. За этот процесс отвечают специализированные пищеварительные ферменты, известные как нуклеазы. Нуклеазы вырабатываются, в частности, поджелудочной железой и железами тонкого кишечника. Они расщепляют крупные полимерные молекулы нуклеиновых кислот на более мелкие составляющие – нуклеотиды, а затем и на ещё более простые компоненты, которые могут быть всосаны и использованы организмом для синтеза собственных нуклеиновых кислот или в качестве источника энергии. Таким образом, нуклеазы играют важную роль в усвоении генетического материала из пищи.

Пояснение:

Пепсин является одним из ключевых пищеварительных ферментов, ответственных за начальное расщепление белков. Он вырабатывается главными клетками слизистой оболочки желудка в неактивной форме – пепсиногена. Активация пепсиногена до активного пепсина происходит под воздействием соляной кислоты, которая также вырабатывается в желудке париетальными клетками. Активный пепсин эффективно действует в кислой среде желудка, расщепляя сложные белки на более короткие полипептиды. Таким образом, желудок является основным местом выработки и действия этого важного фермента. Слюнные железы вырабатывают амилазу, поджелудочная железа – трипсин, а печень – желчь, которая НЕ содержит ферментов.

Пояснение:

Ферменты – это белковые молекулы, и их функциональность тесно связана с их трёхмерной пространственной структурой. Эта структура очень чувствительна к внешним условиям, особенно к температуре. При значительном повышении температуры тела выше оптимальной (37°C), например, при высокой лихорадке, происходит процесс денатурации. Денатурация – это необратимое изменение или разрушение нативной (природной) пространственной структуры белка, в том числе активного центра фермента. В результате денатурации фермент теряет свою каталитическую способность и перестаёт выполнять свои функции. Поэтому сильное и длительное повышение температуры крайне опасно для организма, так как нарушает множество жизненно важных биохимических процессов, включая пищеварение.

Пояснение:

Углеводы в пище представлены преимущественно сложными полисахаридами (крахмал, гликоген) и дисахаридами (сахароза, лактоза). Для того чтобы организм мог их усвоить, эти сложные углеводы должны быть расщеплены до простейших форм – моносахаридов. Главным и наиболее распространённым моносахаридом, который является конечным продуктом расщепления углеводов и основным источником энергии для клеток, является глюкоза. К другим важным моносахаридам относятся фруктоза и галактоза. Расщепление углеводов начинается в ротовой полости (слюнная амилаза) и продолжается в тонком кишечнике (панкреатическая амилаза и ферменты стенок кишечника). Аминокислоты – это мономеры белков, жирные кислоты – жиров, а нуклеотиды – нуклеиновых кислот.

Пояснение:

Поджелудочная железа играет ключевую роль в пищеварении, вырабатывая панкреатический сок, содержащий широкий спектр ферментов. Среди них важное место занимают протеолитические ферменты, расщепляющие белки. Одним из основных таких ферментов является трипсин. Трипсин, как и пепсин желудка, вырабатывается в неактивной форме (трипсиноген) и активируется уже в тонком кишечнике под действием другого фермента. Он продолжает расщепление белков и полипептидов, начатое пепсином, до более коротких пептидов и аминокислот. Также поджелудочная железа вырабатывает амилазу (для углеводов) и липазу (для жиров), но трипсин специфичен именно для белков. Слюнная амилаза вырабатывается слюнными железами.

Пояснение:

Хотя химическое пищеварение начинается в ротовой полости (углеводы) и продолжается в желудке (белки), именно тонкий кишечник является основным местом, где происходит полное химическое расщепление всех трёх основных групп органических веществ – белков, жиров и углеводов – до их конечных мономерных единиц. В тонкий кишечник поступают пищеварительные ферменты из поджелудочной железы (амилазы, липазы, протеазы) и желчь из печени. Кроме того, стенки самого тонкого кишечника вырабатывают собственные ферменты, такие как дисахаридазы и пептидазы, которые завершают процесс расщепления. После этого переваренные мономеры готовы к всасыванию в кровь и лимфу.