Абсорбція, утримання та міжклітинний транспорт макронутрієнтів
Майже всі харчові нутрієнти, вода та електроліти, які потрапляють у верхній відділ тонкого кишечника, абсорбуються. Тонкий кишечник має епітеліальні випини, ворсинки, мікроворсинки, які збільшують поверхню кишечника до 200 m2. З ентероцитів нутрієнти транспортуються кров’ю або лімфою до інших клітин у різних органах, де, включаючись у метаболічні перетворення, вони можуть витрачатися або запасатися.
Білки, пептиди та амінокислоти.
Близько половини розщеплених білків захоплюються ентероцитами тонкого кишечника у вигляді амінокислот через специфічні транспортери. Селективні транспортні системи існують для визначених груп амінокислот: нейтральних, кислих, іміно- та основних амінокислот. Основні амінокислоти та фенілаланін абсорбуються в основному шляхом полегшеної дифузії з просвіту кишечника у кров. Базолатеральна мембрана більш проникна ніж люмінальна мембрана, тому дифузія більш важлива для базолатерального транспорту, особливо для амінокислот з гідрофобними бічними радикалами.
Інша половина харчових білків всмоктується у вигляді ди- і трипептидів через гідроген іон/пептидний котранспортер І (РерТІ) і ІІ (РерТІІ). Особливістю цих транспортерів є те, що їх субстратами не можуть бути вільні амінокислоти та пептиди з 4-ма та більше амінокислотними залишками. Гідроліз цих пептидів завершується всередині ентероцитів під дією різних цитозольних протеаз і пептидаз. Перенесення внутрішньоклітинних амінокислот у портальну кров опосередковується іншим набором специфічних транспортерів. Слідові кількості великих пептидів і білків можуть випадково потрапити у кровоносне русло шляхом трансцитозу чи з імунними клітинами.
Половина абсорбованих з кишечника амінокислот походить з їжі, решта походить з травних секрецій та злущених клітин слизової оболонки.
Вуглеводи. Розщеплення крохмалю та споріднених вуглеводів, розпочате ще у ротовій порожнині, завершується у пристінковому просторі. D-глюкоза та D-галактоза всмоктуються переважно через натрій/глюкозний котранспортер 1, який переносить два іони натрію та більш ніж дві сотні молекул води на кожну молекулу моносахариду. Специфічний фруктозний транспортер GLUT 5 існує в апікальній мембрані ентероциту. Інші моносахариди та вуглеводні спирти абсорбуються парацелюлярним шляхом за градієнтом концентрації.
Глюкоза і галактоза транспортуються з ентероциту в портальну кров в основному через глюкозний транспортер 2 (GLUT 2). Таким чином глюкоза прямує через ентероцит за участю двох транспортерів: один з апікального боку ентероцита (натрій/глюкозний котранспортер 1), інший – з базолатерального боку (GLUT-2).
Na+-залежний глюкозний транспортер функціонує також у нирках, точніше у ниркових канальцях. Первинна сеча, утворена в ниркових канальцях, містить багато амінокислот, солей та вуглеводів. Протягом реабсорбції різні транспортери функціонують для повергнення більшості нутрієнтів з первинної сечі у кровотік. GLUT-2 виявляється на базолатеральній мембрані клітин ниркового канальця. Отже, ентероцити і клітини ниркових канальців володіють подібними системами транспорту глюкози.
GLUT-5 – фруктозний транспортер розташований на апікальній мембрані ентероцита і забезпечує абсорбцію харчової фруктози. Він був названий так задовго до виявлення його основної функції. GLUT-5 виявляється також у скелетних м’язах, адипоцитах та сперматозоїдах. Після абсорбції всередину ентероцита, фруктоза проникає у кров’яне русло за допомогою будь якого іншого GLUT транспортера.
Основна логіка у транспорті вуглеводів до клітин полягає не у простому трансмембранному проходженні глюкози, а в її регульованому надходженню до клітин з подальшим окисленням. GLUT-1 та GLUT-3 функціонують «пліч-о-пліч» при транспорті глюкози у клітини мозку. GLUT-l розташований у кровоносних капілярах в мозку і забезпечує вихід глюкози з капілярів у позаклітинний простір, в той час як GLUT-3 розташований на мембрані нервових клітин і дозволяє їм отримувати глюкозу з її подальшим використанням як джерела енергії.
GLUT-1 відповідальний за транспорт глюкози у клітини м’язів в стані спокою, тоді як інший транспортер, GLUT-4, забезпечує посилений транспорт в моменти, коли м’язи стимульовані гормональними чи нервовими сигналами.
GLUT-1 міститься у багатьох тканинах, включаючи скелетні м’язи, кровоносні капіляри мозку, еритроцити. GLUT-4 виявляється лише у тканинах, де транспорт глюкози стимулюється інсуліном. До цих тканин належать скелетні м’язи, серцевий м’яз, адипоцити. GLUT-4 вирізняється тим, що міститься у цитоплазмі у вигляді мембранних везикул, злиття яких з плазматичною мембраною відбувається під дією стимуляції інсуліном чи нервового імпульсу, забезпечуючи появу додаткових транспортерів на мембрані. Ці везикули здатні переформовуватися, усуваючи GLUT-4 з плазматичної мембрани, повертаючись до вихідного рівня.
Печінка виконує «материнську функцію» в організмі. Однією з таких функцій є вчасне постачання органам енергетичних і пластичних субстратів. Для забезпечення цього печінка захоплює глюкозу з крові за допомогою GLUT-2 і перетворює її на глікоген. Протягом голодування печінка розщеплює глікоген до глюкози і транспортує її у кров’яне русло за допомогою GLUT-2.
Ліпіди. Вільні жирні кислоти, утворені при розщепленні ліпідів, всмоктуються у тонкому кишечнику, де в ентероцитах етерифікуються до триацилгліцеролів, ефірів холестеролу та фосфоліпідів. Більшість жирних кислот, особливо з 14 і більше вуглецевими атомами асоціюються як частина хіломікронів, які секретуються у лімфу. Холестерол, жиророзчинні вітаміни, каротиноїди, убіхінони потрапляють у циркуляцію тим самим шляхом.
Коротко- та середньоланцюгові жирні кислоти (довжиною до 12 вуглецевих атомів) транспортуються в портальну кров у вигляді вільних кислот. Значна частина коротколанцюгових жирних кислот (в основному ацетат, пропіонат та бутират) продукуються в результаті бактеріальної ферментації нерозщеплених вуглеводів у термінальних частинах товстого кишечника. Ці монокарбонові кислоти всмоктуються колоноцитами, принаймні частково за участі протон зчеплених монокарбоксилатних транспортерів та секретуються знову через аніонний аніпорт на базолатеральній мембрані в обмін на бікарбонат.