Bez (probavnih) enzima nema života

Mnogobrojni kemijski procesi u stanici koja predstavlja temeljnu jedinicu svih živih bića i o kojoj ovisi život ne mogu se odvijati bez prisustva enzima. Stoga je sasvim jasno da bez enzima nema ni života. Otkriće enzima i enzimskih reakcija, kao i mnoge druge velike znanstvene spoznaje, dogodilo se slučajno. Više je povijesnih protagonista bitno za otkriće enzima, no najvažnija su trojica: Louis Pasteur, Wilhelm Kuhne i Eduard Buchner. Bilo je potrebno promijeniti stare paradigme i uvjerenja da bi znanstvena istina isplivala na površinu, a kako to obično biva, bilo je tu i nesuglasica među velikim znanstvenicima, poput Pasteura i Liebiga.

Kako je enzimologija postala središnja dogma biokemije

Prva poznata enzimska reakcija je alkoholna fermentacija, za koju se smatralo da se događa spontano, sve dok Louis Pasteur nije dokazao da to nije tako. Taj veliki um koji je svojim otkrićima tijekom 19. stoljeća zadužio čovječanstvo postavivši temelje razvoja cjepiva, pasterizacije i fermentacije, pokazao je kako stanice kvasca koriste šećere za vlastiti metabolizam. Njemački fiziolog Wilhelm Kuhne skovao je 1978. godine pojam „enzim“ od dvije riječi koje u prijevodu znače „u“ i „kvascu“. Na taj način opisao je proces alkoholne fermentacije koja se doista zbiva u stanici kvasca.

Slučajnim otkrićem još jednog njemačkog znanstvenika, Eduarda Buchnera, postalo je jasno da za fermentaciju zapravo nisu potrebne žive stanice kvasca. Do tog otkrića, Buchner je došao dvije godine nakon Pasteurove smrti, 1897. i to tako što je razorio stanice kvasca i unatoč tome došlo je do pretvorbe šećera u alkohol. Stoga je postalo posve jasno da su neke čestice koje nastaju u stanici, a mogu djelovati i izvan stanice, odgovorne za kataliziranje reakcije alkoholne fermentacije. Za to otkriće dobio je 1907. godine Nobelovu nagradu.

Zanimljivo je da su polemike oko te činjenice vodili Pasteur i Liebig ranije tijekom 19. stoljeća. Pasteur je vjerovao da je alkoholna fermentacija vitalni fiziološki čin živog kvasca, dok je Liebig tvrdio da se ta reakcija zbiva zbog nekog kemijskog agensa u stanici kvasca. Zapravo su obojica bila u pravu, jer enzimi nastaju u živoj stanici kvasca, ali mogu djelovati i kad ih se iz nje izdvoji.

Mala skupina fiziologa, kemičara i mikrobiologa koji su se bavili tim područjem krajem 19. i početkom 20. stoljeća počela se nazivati biokemičarima, a vjerovali su da su sve fiziološke funkcije žive stanice posredovane enzimima. S vremenom je ta ideja postala središnja dogma biokemije. Međutim, tada, na kraju 19. stoljeća to je bilo subverzivno razmišljanje.

Nakon Buchnerovog otkrića, mnogi su znanstvenici svoja istraživanja temeljili na hipotezi da se fermentacija i druge metaboličke reakcije događaju zbog enzima. Ipak, pokušaji izolacije i definiranja kemijske strukture enzima dugo su bili neuspješni. Tek je 1926. godine, nakon devet godina istraživanja, američki biokemičar James Sumner izolirao enzim ureazu iz jedne vrste graha. Probavni enzimi pepsin i tripsin izolirani su četiri godine kasnije, a tek nakon toga postalo je jasno da su enzimi po kemijskoj strukturi proteini.

Vrste i uloge enzima

Danas je poznato da enzimi predstavljaju katalizatore gotovo svake biokemijske reakcije u tijelu. Postoje tri temeljne skupine enzima: probavni, metabolički i prehrambeni enzimi. Probavni enzimi luče se u probavnom sustavu i omogućuju probavu hrane te olakšavaju njezinu apsorpciju. Metabolički enzimi kataliziraju brojne biokemijske reakcije u tijelu, a prehrambeni enzimi u tijelo dospijevaju putem sirove hrane.

Unos prehrambenih enzima putem hrane potpomaže probavne procese koji kataliziraju naši endogeni probavni enzimi. Budući da se prehrana tijekom posljednjih desetljeća sve više temelji na kuhanoj i procesiranoj hrani, ona je često deficitarna prehrambenim enzimima.

Probavni enzimi nastaju sekrecijom u organizmu, te omogućuju iskorištavanje tvari iz hrane za proizvodnju energije u organizmu. Takvi enzimi pomažu u eliminaciji ostataka hrane i toksina, a dijele se na proteaze, lipaze, amilaze – enzime koji su potrebni za razgradnju proteina, masti i ugljikohidrata.

Probava započinje u usnoj šupljini djelovanjem alfa-amilaze (ptijalin) koju luče žlijezde slinovnice. Ona djeluje na molekule škroba unesenog hranom. Hrana se u želucu omekšava djelovanjem želučane kiseline (HCl), a u takvom se kiselom mediju aktivira i enzim pepsin koji pospješuje razgradnju makromolekula bjelančevina na aminokiseline. Gušterača, nadalje, luči mješavinu ostalih, najvažnijih enzima za probavu bjelančevina, masti i ugljikohidrata, koja se najvećim dijelom događa u tankom crijevu.

Prehrambeni enzimi prisutni su u sirovim namirnicama, obično u količinama dovoljnim za probavu pojedine namirnice (ne skladište se u organizmu). Uništavaju se preradom hrane (kuhanje, pečenje), točnije, svi enzimi se deaktiviraju na temperaturi od 48°C prilikom kuhanja te na temperaturi od 65°C u suhom stanju.

Indikacije za uvođenje nadomjesne terapije probavnim enzimima

Pripravci enzima u kliničkoj se praksi koriste u terapiji više probavnih poremećaja, posebice onih koji zahvaćaju gušteraču i hepatobilijarni sustav te tanko crijevo.

Egzokrina insuficijencija gušterače posljedica je brojnih bolesti gušterače (poput kroničnog pankreatitisa, karcinoma gušterače ili cistične fibroze) te ekstrapankreasnih bolesti poput celijakije, dijabetesa i upalnih bolesti crijeva, ali nastaje i zbog promjena anatomskih odnosa nakon resekcija pankreasa i kirurških zahvata na crijevima i želucu. Prepoznavanje i adekvatno liječenje tog poremećaja bitno utječe na smanjenje najčešćih simptoma, poboljšanje nutritivnog statusa i posljedično smanjenje morbiditeta i mortaliteta.

Osnovna klinička posljedica egzokrine pankreasne insuficijencije (EPI) su bol, maldigestija i malapsorpcija, u prvom redu masti i vitamina topljivih u mastima, što rezultira steatorejom. Nadomjesna terapija enzimima gušterače okosnica je terapije egzokrine insuficijencije gušterače, a pritom se najčešće koriste glandularni enzimi životinjskog porijekla, iako lipaze, proteaze i amilaze mogu biti i biljnog i mikrobnog porijekla.

Drugo relevantno područje primjene nadomjesne terapije enzimima u kliničkoj praksi je terapija intolerancije laktoze. Simptomi intolerancije laktoze – nadimanje, flatulencija, abdominalni bolovi i proljev – manifestacija su dospijevanja neprobavljenog mliječnog šećera laktoze u debelo crijevo. Do toga dolazi zbog nedovoljne količine enzima laktaze u crijevnom lumenu i malapsorpcije laktoze. Težina simptoma obično varira u ovisnosti o količini unesene laktoze. Genetski promatrano, većina Europljana, sjevernoameričkih bijelaca, te bijelaca iz Australije i Novog Zelanda, ima dovoljnu količinu laktaze, ali se ipak kod njih 5% do 15% pojavi deficit tog enzima. U tim slučajevima preporučuju se mlijeko i mliječni proizvodi bez laktoze te enzimski pripravci laktaze koji se uzimaju uz mliječne obroke. Dodatno, od pomoći može biti i primjena probiotičkih bakterija koje dokazano pomažu pri razgradnji mliječnog šećera.

U današnje doba kod mnogih se osoba izloženih suvremenom načinu života i neadekvatnoj prehrani javljaju brojne tegobe u probavnom sustavu. Ponekad su tegobe poput nadutosti, dispepsije, neprobavljivosti, sindroma iritabilnog crijeva te intolerancija na hranu izazvane nedostatkom enzima i stoga se mogu olakšati dodatnim uzimanjem enzima.

Neke od „životnih situacija“ kod kojih možemo preporučiti dodatak enzima su neredovita, nekvalitetna prehrana, konzumacija pretežito kuhane i procesirane hrane i alkohola, loša, nepotpuna probava, osjećaj nadutosti, meteorizam, flatulencija te razne probavne tegobe nejasne etiologije. Ponavljane terapije antibioticima te tjelesni ili emocionalni stres, starenje i pušenje također mogu biti okidači za neadekvatan status probavnih enzima.

Simptomi insuficijencije probavnih enzima su:

Nadutost

Flatulencija

Abdominalna bol ili nelagoda

Simptomi sindroma iritabilnog crijeva

Proljev

Konstipacija

Disbioza

Neprobavljena hrana u stolici

Steatoreja (povećan udio neprobavljene masti u stolici koja je neugodnog mirisa i pluta)

Osjećaj rane sitosti

Intolerancije i alergije na hranu.

Porijeklo i vrste probavnih enzima

U svrhu supstitucije probavnih enzima, danas se koriste različite mješavine amilaza, proteaza, lipaza i celulaza. Enzimski pripravci obično sadrže mješavinu različitih vrsta enzima. Primjerice, za probavu ugljikohidrata primjenjuju se amilaza, pektinaza/fitaza, invertaza, maltaza i alfa-galaktozidaza.

Alfa-galaktozidaza posebno pomaže u razgradnji fermentabilnih ugljikohidrata poput graha, te na taj način pomaže u smanjivanju nadutosti. Proteaze djeluju na razgradnju bjelančevina, a lipaze pomažu u razgradnji molekula masti na masne kiseline i glicerol. Dodavanjem celulaze tom kompleksu pospješuje se razgradnja hrane bogate vlaknima. Smatra se da su pripravci koji sadrže više različitih vrsta enzima iz spomenutih enzimskih skupina učinkovitiji od monosupstancija.

Vrste i količine enzima koji se primjenjuju kao dodaci prehrani imaju brojne značajke u smislu učinkovitosti. Enzimi mogu biti životinjskog, biljnog ili mikrobnog porijekla. Primjeri enzima biljnog porijekla su bromelin iz ananasa ili papain iz papaje, proteolitički enzimi koji se nerijetko preporučuju kao pomoć nakon obilnijih mesnih obroka. No najinovativnijim oblikom smatraju se mikrobni ili tzv. plantbased enzimi koji se proizvode uz pomoć mikroorganizama, najčešće plijesni Aspergillus i Rhizopus, koji se prihranjuju biljem. Tako dobiveni enzimski pripravci imaju u usporedbi s drugim vrstama enzima puno širi raspon pH (3-9) u kojem pokazuju željenu aktivnost.

Bogate i raznolike mješavine enzima biljnog porijekla imaju puno širi spektar primjene, a preporučuju se u različitim situacijama loše probavljivosti i raznolikih tegoba u probavnom sustavu. Aktivnost određene vrste enzima opisuje potencijal enzima za razgradnju pojedinog supstrata, a mjeri se u jedinicama koje se primjenjuju za taj pojedini enzim (Food Chemical Codex – FCC) poput laktaze, amilaze, glukoamilaze, alfa-galaktozidaze, lipaze i raznih drugih enzima.

Osim nadomjesne terapije enzimima, prehranu je uputno obogatiti đumbirom, ananasom, papajom, biljnim čajevima na bazi anisa, kima i komorača te fermentiranim mliječnim proizvodima ili dodacima prehrani koji sadrže probiotike.

Treba imati na umu da su prejedanje i prekomjeran unos alkohola „glavna uvreda“ koju činimo svom probavnom sustavu, a unos manjih količina hrane više puta na dan i umjereno konzumiranje alkohola rješava taj problem. Uopće nije važno je li prehrana vegetarijanska, s niskim udjelom masti ili ugljikohidrata, jer je volumen probavnih sokova dostupnih za jedan obrok ograničen. Ako premašimo svoj kapacitet, hrana se neće adekvatno probaviti.

Dodatni adut nekih pripravaka temeljenih na enzimima je dodatak specifičnih biljnih ekstrakata s dokazanim blagotvornim djelovanjem na probavni sustav, poput komorača, kima, ulja paprene metvice, đumbira, kičice, artičoke, kardamoma i drugog bilja sa zaštitnim djelovanjem. Ekstrakti navedenih biljaka pružaju podršku prirodnom procesu probave, reguliraju motilitet crijeva, smanjuju mučninu, te pospješuju eliminaciju probavnih plinova. Uz pripravke na bazi enzima također je poželjno uzimati probiotičke bakterije za cjelovit učinak na optimizaciju probavnih procesa.

TABLICA 1. Primjeri važnijih enzima mikrobnog podrijetla