Переваривание

С пищей в организм человека поступают следующие вещества, или нутриенты:

1. белки

2. жиры

3. углеводы

4. витамины

5. минералы

6. вода

Углеводы

В пище человека содержится небольшое количество моносахаридов, в основном глюкоза и фруктоза (фрукты, овощи, мед); дисахариды (сахароза, пищевой (свекольный и трасниковый) сахар = глюкоза + фруктоза; лактоза –молочный сахар = глюкоза + галактоза; мальтоза = 2 глюкоза; трегалоза = 2 глюкозы, связанные α – 1,1 – гликозидной связью(в грибах)); полисахариды – крахмал, целлюлоза (растения) и гликоген (животного происхождения); причем целлюлоза, состоящая из остатков глюкозы, соединенных β – 1,4 – гликозидными связями, не переваривается в организмечеловека, но частично разлагается бактериями нормальной микрофлоры кишечника.

Переваривание углеводов происходит в ротовой полости и кишечнике.

• В ротовой полости

Слюна (рН = 6,8) содержит большое количество α – амилазы (α – 1,4 – гликозидаза), однако действие ее кратковременно, поэтому возможно образование крупных фрагментов – декстранов и небольшого количества мальтозы.

В кислой среде желудка амилаза может действовать только внутри пищевого комка до тех пор , пока он не пропитается желудочным соком.

• В кишечнике

В 12 – перстной кишке желудочное содержимое нейтрализуется под действием бикарбоната, содержащегося в панкреатическом соке. В его состав входит и панкреатическая амилаза, расщепляющая α – 1,4 – гликозидные связи в поли сахарах с образованием мальтозы (α – 1,6 – гликозидная связь 2 остатков глюкозы) и триазосахаридов.

Переваривание их и других пищевых дисахаридов происходит в тонком кишечнике на поверхности эпителиальных клеток (ворсинок) (полостное и пристеночное пищеварение) под действием 4 гликопротеиновых ферментативных комплексом. Переваривание дисахаридов сочетается с всасыванием моносахаридов.

1. сахарозо – изомальтозный комплекс:

Состоит из 2 полипептидных цепей. Расщепляет сахарозу (α – 1,2 – гликозидные связи), изомальтозу (α – 1,6 – гликозидные связи) и мальтозу (образующуюся из крахмала) - α – 1,4 – гликозидные связи.

2. гликоамилазный комплекс:

а) состоит из 2 разных каталитических субьединиц

б) экзоглюкозидаза (α - глюкозидаза) – расщепляет β – 1,4 – гликозидные связи с восстанавливающего конца (в 1 положении концевой глюкозы) олдигосахаридов. Тоже расщепляет мальтозу.

3. β гликозидный комплекс (лактаза):

расщепляет α – 1,4 – гликозидные связи между галактозой и глюкозой в лактозе. Комплекс содержит белковые и углеводные части; активность его высока до 5 – 7 летнего возраста, а у взрослых может быть снижена до 10% от величины активности в детстве

4. трегалаза:

гликозидный комплекс, гидролизирующий связи между мономерами в трегалазе (дисахарид грибов), состоит из двух остатков глюкозы, соединенных α – 1,1 – гликозидной связью.

Конечным продуктом переваривыния углеводов являются моносахариды: глюкоза (основной), фруктоза, галактоза которые с помощью специальных транспортных систем всасываются в тонком кишечнике

1. облегченная диффузия с помощью белков – переносчиков (для глюкозы и фруктозы)

2. активный транспорт (для фруктозы и глюкозы): Na⁺ входит в клетку по градиенту концентрации, а потом Na⁺/К⁺ АТФаза откачивает из клетки Na⁺ в обмен на К⁺ а затем, используя градиент Na⁺, глюкоза идет в клетку: Na⁺ поступает в клетку по градиенту концентрации, а глюкоза, одновременно с этим, против градиента концентрации.

При малой концентрации глюкозы в просвете кишечника используется активный транспорт; при большой – облегченная диффузия.

Из стенки (клетки слизистой оболочки) кишечника глюкоза транспортируется в кровеносный капилляр облегченной диффузией, с кровью по воротной вене – в печень. Затем в общую систему кровообращения, откуда в клетки облегченной диффузией. В жировой и мышечной тканях работа глюкозных транспортеров зависит только от действия инсулина.

Всасывание глюкозы из первичной мочи в клетки почечных капилляров – вторичный активный транспорт (как и в клетке), и 99% ее реабсорбируется.

Нарушения переваривания глюкозы

1. дефект амилолитических ферментов, врожденный или приобретенный, особенно дисахаридаз, но может быть и α – амилазы.

2. нарушение всасывания моносахаридов в клетки слизистой кишечника. Специфический термин – мальабсорбция.

Симптомы: осмотическая диарея (невсосавшиеся моносахариды, непереваренные углеводы под действием бактериальных ферментов превращаются в органические кислоты и газы, которые вызывают приток воды в просвет кишечник и увеличение объема кишечного содержимого, усиление перистальтики, спазмы, боли, метеоризм).

Диагностика: пробы с нагрузкой определенными углеводами. Например, при патологии дисахаридаз вводят определенный дисахарид и определяют уровень глюкозы в крови. Лучше 2 кратно: сначала вводят отдельно по 25 г моносахаров, входящих в дисахарид, определяют глюкозу. Потом – дисахарид, определяют глюкозу. Если повышение менее 50%, то болезнь обусловлена дефектом фермента, а не транспортных белков, т.к. моносахара транспортировались нормально.

Липиды

Поступает 80-150 г/с, основная доля – ТАГ, ~10% ФЛ, ЭХ, но д., не <1/3 – масла, содержащие полиеновые жирные кислоты, которые не могут использоваться в организме. С липидами поступают и жирорастворимые витамины ( А, Е, Д, К)

Перевариваются липиды в тонком кишечнике, хотя железы дорсальной поверхности языка выделяют липазу, которая относительно устойчива к дайствию кислой среды желудка и может действовать на жиры 1-2 г в желудке (у детей, а у взрослых только в кишечнике).

В тонком кишечнике есть все необходимые условия для переваривания липидов: 1) жиры эмульгируются, так как они не растворимы в воде, а фермент растворён в воде и действует только на границе раздела фаз вода/жир. Главные эмульгаторы – желчные кислоты, которые образуются в печени из ХС. К ним относятся холевая, хендезоксихолвая и их коньюгаты с глицином и таурином – гликохолевая, таурохолевая, таурохенодезоксихолевая и др. Они действуют как детергенты, распологаясь на поверхности капель жира и снижая поверхностное натяжение, в результате крупные капли жира распадаются на множество мелких, что увеличивает поверхность раздела фаз вода/жир и ускоряет действие фермента. Способствует эмульгированию и перестальтика кишечника.

2) панкреатическая липаза, оптимум рН~8( нейтрализация кмслого содержимого желудка – бикарбонатом сока поджелудочной железы рН в кишечнике~7.8) Н⁺+НСО₃^-→ Н₂О + СО₂.( способствует дополнительному перемешиванию содержимого желудка).

Панкреатическая липаза активна в присутствии специального белка колипазы (выделяется поджелудочной железой в неактивном виде, активируется трипсином). Ко липаза имеет гидрофобный домен которым связываются с повторного капли(мицеллы) эмульгированного жира. К её другому концу присоединяется панкреатическая липаза таким образом, что её активный центр максимально приближен к сегментам молекулам жиров, и скорость реакции растёт:

Панкреатическая липаза

ТАГ 2-моноацилглицерол

2-моноацилглицерол обладает свойствами детергентов, участвующих в элиминировании жира.

Переваривание ФЛ осуществляют фосфолипазы, синтезируются в поджелудочной железе:

ФХ лизофосфатидилхолин глицеролфосфохолин

Глицерин + холин + Н₃РО₄

1-фосфолипаза А₂; 2-лизофосфолипаза

Фосфолипаза А₂ образуется в виде предшественника (проФЛзы= проферменты в неактивной форме) и активируются в полости кишечника частичного(=ограниченного) протеолиза (под действием трипсина?). Для проявления активности ФЛ А₂ необходим Са²⁺.

ЛизоФЛ-ды – хорошие эмульгаторы.

Перваривание ЭХ

Пищевой холестерин в основном этерифицирован

ЭХС ХС

1-холестеринэстераза

Фермент образуется в поджелудочной железе, действует в полости кишеченика.

Переваривание ТАГ у грудных детей .

1. ТАГ поступают с молоком, то есть уже эмульгированы.

2. Ферменты: липаза языка + желудочная липаза с нейтральным оптимум рН( у детей рН желудочного сока нейтральная); у взрослых фермент не активен, так как рН желудочного сока ~1,5. Желудочная липаза действует в третьем положение глицерола:

ТАГ ДАГ моноацилглицерол

1-желудочная липаза

2- панкреатическая липаза

Всасывание продуктов гидролиза липидов тонком кишечнике.

А) для всывания среднецепочечных ЖК(из ТАГ молока, прочее)- образование мицелл не требуется, а после всасывания они из клеток слизостой оболочки тонкого кишечника выходят в кровь и связыватся с альбуминами и транспортируются в печень.

Б) В просвете кишечника образуются мицеллы, состоящие из длинноцепочечных жирных кислот, 2-моноацилглицерола, ХС и желчных кислот (= холеиновые кислоты). В структуре мицелл есть гидрофобная часть(внутри) и гидрофильная снаружи, то есть они хорошо растворимы в водной фазе кишечного содержимого. Мицеллы всасываются в слизистую кишечника( снми транспортируются и жирорастворимые витамины А,Е,Д,К). Желчные кислоты через воротную вену возвращаются в печень, откуда снова в желчь и снова в кишечник (энтеропатическая, кишечно – печеночная циркуляция). Каждая молекула желчных кислот за сутки проходит 5-8 циклов и примерно 5% их теряется с фекалиями.

Ресинтез жиров в слизистой оболчке тонкого кишечника.

После всасывания продуктов гидролиза жиров в клетках слизистой оболочки тонкого кишечника происходит ресинтез ТАГ из ЖК, 2-моноацилглицерола, причем использующиеся как пищевые ЖК, так и образующиеся в норме.

(ЖК д.б. активирована: R-СООН + КоА + АТФ ^{ацил-КоА-синтетаза} R-СО SKoA+ +АМФ+ Н₄Р₂О₇, потом МАГ^{ацилтразы} ДАГ ^{ацилтриазы}ТАГ)

Кровяные ТАГ, в клетках слизистой оболочки кишечника ресинтезируются фосфолипидами и эфирами холестерина (ХС+R-CO SKoA ^АХАТ ЭХ + КоА)

Далее из образовавшихся компонентов (ТАГ,ФЛ,ЭХ), жирорастворимых витаминов и белков (в том числе апоВ–48) образуются хиломикроны, которые из-за больших размеров попадают в лимфу а не кровь, а потом с лимфой в кровь (через главный грудной проток). Кровь становиться похожей на молоко, но потом в течение нескольких часов просветляется, т.е. опять становиться прозрачной, т.к. хиломикроны разрушаются под действием ЛПЛ. ЛПЛ прикреплена к эндотелию капилляров в жировой, мышечной ткани, легких, селезенки, лактирующих молочных железах через гепарансульфат (гетерополисахарид, гликозамингликан) активируется апо С-II, гепарином(?) Инсулином(?). Она гидролизует ТАГ в составе ХМ на глицерол и свободные ЖК. Есть несколько изоферментов ЛПЛ, отличающихся по Кm: в жировой ткани ЛПЛ имеет высокую Кm, т.е. активна в абсорбтивной Tg, а ЛПЛ миокарда имеет низкую Кm, поэтому сохраняет свою активность и после распада ХМ (т.е. в постабсорбтивной Tg), действуя на ЛПОНП и используя СЖК для получения энергии.

Образующиеся СЖК транспортируются в ткани, причем глицерол сам а ЖК в комплексе с альбуминами. В жировой ткани СЖК используются для ресинтеза ТАГ, которые и откладываются в адипоцитах (депо ТАГ). В сердце и рабдомиоцитах ЖК используются для получения энергии, а глицерол в печени используется для синтеза жиров.

Нарушения переваривания и всасывания жиров

Может возникать в основном по 2 причинам:

1. нарушение секреции и оттока желчи в кишечник (нарушение эмульгирования, а значит и действия панкреатической липазы);

2. нарушение секреции сока поджелудочной железы (и панкреатической липазы).

Основной признак – увеличение количества непереваренного жира в кале = стеаторея (жирный стул), в норме его не более 5%. При стеаторее нарушается всасывание жирорасворимых витаминов, незаменимых ЖК + плохо перевариваются другие компоненты пищи, т.к. они покрыты жирной пленкой.

Переваривание белков

Питательная ценность белков зависит от аминокислотного состава. Если белок содержит все незаменимые аминокислоты в необходимых пропоциях и легко подвергается действию протеаз, то его биологическая ценность принимается за 100, и он считается полноценным, к примеру белок яиц и молока, говядина – 98, а растительные белки труднее перевариваются и содержат мало незаменимых аминокислот, т.е вегетарианцы должны подбирать растительные белки: бобы + кукуруза – все незаменимые аминокислоты, а в кукурузе мало лизина, но много трионина, бобы наоборот.

Для поддержания азотистого равновесия надо употреблять 30-50 грамм белков в сутки минимально, но для нормальной работоспособности и здоровья 100-120 грамм. Непоступление белков с пищей или даже одной незаменимой аминокислоты приводит к отрицательному азотистому балансу, истощению, остановке роста, дисфункции НС.

Переваривание белков происходит в желудке и тонком кишечнике под действием протеолитических ферментов (протеаз, пептидаз). Ферменты, расщепляющие внутренние пептидные связи, называются эндопептидазы, а гидролизирующие концевые связи – экзопептидазы.

Основным протеолитическим ферментом в желудке является пепсин, который синтезируеся главными клетками желудка в виде предшественника пепсиногена, активация которого заключается в гидролитческом отщеплении с N – конца 42 «+» заряженной аминокислоты. Оставшиеся, в основном «-» заряженные, аминокислоты участвуют в конформационной перестройке молекулы и формировании аминокислотного центра. Гидролиз 1 – ых молекул пепсиногена осуществляет HCI? А потом образовавшиеся молекулы пепсина быстро активируют оставшиеся молекулы пепсиногена, т.е. происходит аутокатализ (аутоактивация). Оптимальная рН 1 – 1,5.

Пепсин активнее всего расщепляет внутренние пептидные связи, образуемые ароматическими аминокислотами (фенилаланин, тиразин, триптофан), и чуть менее активно лейцитин и дикарбоновые. В результате образуются более короткие пептиды, но не свободные аминокислоты.

У грудных детей в желудке есть фермент реннин (химозин), вызывающий свертывание молока. Основной белок молока – казеин (смесь нескольких белков). Реннин отщепляет от казеина гликопептид, образуется параказеин, который соединяется с Са²⁺. Образуется нерастворимый сгусток который не может быстро выйти из желудка, поэтому пепсин успевает расщепить белки. У взрослых функцию реннина по створаживанию выполняют HCI и пепсин.

Другой протеолитический фермент желудка взрослых – гастриксин. Все эти ферменты сходны по первичному строению, т.к. имеют общего предшественника.

Роль HCI

HCI секретируется париетальными клетками слизистой желудка (стимулирует секрецию желудочного сока гистамин, который выделяется при поступлении белков в желудок).

Образование HCI

1. Н⁺/К⁺ - АТФаза (концентрация протонов в желудке увеличивается в 10⁶ раз)

2. белки – перерносчики анионов.

3. хлоридный канал.

Концентрация HCI в желудочном соке может достигать 0,16 М, поэтому рН снижается до 1-2 (прием пищи часто сопровождается выделением щелочной мочи за счет выделения большого количества бикарбонатов).

Функции HCI

1. денатурация пищевых белков, особенно не подвергшихся термической обработке.

2. бактерицидное действие: патогенные бактерии не проникают к кишечник.

3. активация пепсиногена.

4. создает оптимум рН для пепсина.

5. в присутствии HCI париетальные клетки секретируют в полость желудка «внутренний фактор, фактор Кастла», который необходим для всасывания витамина В₁₂. при недостатке HCI (атрофический гастрит) может возникнуть пернициозная анемия.