Informace

9.8: Chemické trávení a absorpce - bližší pohled - biologie


Učební cíle

Na konci této sekce budete moci:

  • Identifikujte umístění a primární sekrece zapojené do chemického trávení sacharidů, proteinů, lipidů a nukleových kyselin
  • Porovnejte a kontrastujte absorpci hydrofilních a hydrofobních živin

Jak jste se dozvěděli, proces mechanického trávení je poměrně jednoduchý. Zahrnuje fyzický rozklad jídla, ale nemění jeho chemické složení. Chemické trávení je na druhé straně složitý proces, který redukuje potravu na její chemické stavební kameny, které jsou následně absorbovány a vyživují buňky těla. V této části se blíže podíváte na procesy chemického trávení a absorpce.

Chemické trávení

Velké molekuly potravin (například bílkoviny, lipidy, nukleové kyseliny a škroby) musí být rozděleny na podjednotky, které jsou dostatečně malé na to, aby byly absorbovány výstelkou zažívacího kanálu. Toho je dosaženo pomocí enzymů hydrolýzou. Mnoho enzymů zapojených do chemického štěpení je shrnuto v tabulce 1.

Tabulka 1. Trávicí enzymy
Kategorie enzymůNázev enzymuZdrojPodkladProdukt
Slinné enzymyLingvální lipázaJazykové žlázyTriglyceridyVolné mastné kyseliny a mono- a diglyceridy
Slinné enzymySlinná amylázaSlinné žlázyPolysacharidyDisacharidy a trisacharidy
Žaludeční enzymyŽaludeční lipázaHlavní buňkyTriglyceridyMastné kyseliny a monoacylglyceridy
Žaludeční enzymyPepsin*Hlavní buňkyBílkovinyPeptidy
Kartáčové hraniční enzymyα-dextrinázaTenké střevoα-dextrinyGlukóza
Kartáčové hraniční enzymyEnteropeptidázaTenké střevoTrypsinogenTrypsin
Kartáčové hraniční enzymyLaktázaTenké střevoLaktózaGlukóza a galaktóza
Kartáčové hraniční enzymyMaltaseTenké střevoSladový cukrGlukóza
Kartáčové hraniční enzymyNukleosidázy a fosfatázyTenké střevoNukleotidyFosfáty, dusíkaté báze a pentózy
Kartáčové hraniční enzymyPeptidázyTenké střevo
  • Aminopeptidáza: aminokyseliny na amino konci peptidů
  • Dipeptidáza: dipeptidy
  • Aminopeptidáza: aminokyseliny a peptidy
  • Dipeptidáza: aminokyseliny
Kartáčové hraniční enzymySucraseTenké střevoSacharózaGlukóza a fruktóza
Pankreatické enzymyKarboxy-peptidáza*Pankreatické acinární buňkyAminokyseliny na karboxylovém konci peptidůAminokyseliny a peptidy
Pankreatické enzymyChymotrypsin*Pankreatické acinární buňkyBílkovinyPeptidy
Pankreatické enzymyElastase*Pankreatické acinární buňkyBílkovinyPeptidy
Pankreatické enzymyNukleázyPankreatické acinární buňky
  • Ribonukleáza: ribonukleové kyseliny
  • Deoxyribonukleáza: deoxyribonukleové kyseliny
Nukleotidy
Pankreatické enzymyPankreatická amylázaPankreatické acinární buňkyPolysacharidy (škroby)α-dextriny, disacharidy (maltóza), trisacharidy (maltotrióza)
Pankreatické enzymyPankreatická lipázaPankreatické acinární buňkyTriglyceridy, které byly emulgovány žlučovými solemiMastné kyseliny a monoacylglyceridy
Pankreatické enzymyTrypsin*Pankreatické acinární buňkyBílkovinyPeptidy
*Tyto enzymy byly aktivovány jinými látkami.

Trávení sacharidů

Průměrná americká strava je asi 50 procent sacharidů, které lze klasifikovat podle počtu monomerů, které obsahují jednoduché cukry (monosacharidy a disacharidy) a/nebo komplexní cukry (polysacharidy). Glukóza, galaktóza a fruktóza jsou tři monosacharidy, které se běžně konzumují a snadno se vstřebávají. Váš trávicí systém je také schopen rozložit disacharid sacharózu (běžný stolní cukr: glukóza + fruktóza), laktózu (mléčný cukr: glukóza + galaktóza) a maltózu (obilný cukr: glukóza + glukóza) a polysacharidy glykogen a škrob ( řetězce monosacharidů). Vaše těla neprodukují enzymy, které mohou rozkládat většinu vláknitých polysacharidů, jako je celulóza. Nestrávitelné polysacharidy neposkytují žádnou nutriční hodnotu, ale poskytují vlákninu, která pomáhá pohánět potravu trávicím kanálem.

Chemické štěpení škrobů začíná v ústech a bylo přezkoumáno výše.

V tenkém střevě, pankreatická amyláza provádí „těžké zvedání“ pro trávení škrobu a uhlohydrátů (obrázek 2). Poté, co amylázy rozloží škrob na menší fragmenty, enzym kartáčového okraje α-dextrináza začíná pracovat α-dextrin, přičemž se odlomí vždy jedna jednotka glukózy. Tři enzymy hraničící s kartáčem hydrolyzují sacharózu, laktózu a maltózu na monosacharidy. Sucrase štěpí sacharózu na jednu molekulu fruktózy a jednu molekulu glukózy; maltase štěpí maltózu a maltotriózu na dvě a tři molekuly glukózy; a laktázy štěpí laktózu na jednu molekulu glukózy a jednu molekulu galaktózy. Nedostatek laktázy může vést k intoleranci laktózy.

Trávení bílkovin

Proteiny jsou polymery složené z aminokyselin spojených peptidovými vazbami za vzniku dlouhých řetězců. Trávení je redukuje na jejich aminokyseliny. Obvykle konzumujete asi 15 až 20 procent z celkového kalorického příjmu jako bílkoviny.

Trávení bílkovin začíná v žaludku, kde HCl a pepsin štěpí bílkoviny na menší polypeptidy, které pak putují do tenkého střeva. Chemické štěpení v tenkém střevě pokračuje pankreatickými enzymy, včetně chymotrypsinu a trypsinu, z nichž každý působí na specifické vazby v sekvencích aminokyselin. Buňky okraje štětce zároveň vylučují enzymy jako např aminopeptidázy a dipeptidáza, které dále štěpí peptidové řetězce. Výsledkem jsou molekuly dostatečně malé na to, aby se dostaly do krevního oběhu.

Lipidové trávení

Zdravá strava omezuje příjem lipidů na 35 procent celkového příjmu kalorií. Nejběžnějšími dietními lipidy jsou triglyceridy, které jsou tvořeny molekulou glycerolu navázanou na tři řetězce mastných kyselin. Konzumuje se také malé množství dietního cholesterolu a fosfolipidů.

Tři lipázy zodpovědné za štěpení lipidů jsou lingvální lipáza, žaludeční lipáza a pankreatická lipáza. Protože je však slinivka jediným následným zdrojem lipázy, prakticky veškeré štěpení lipidů probíhá v tenkém střevě. Pankreatická lipáza štěpí každý triglycerid na dvě volné mastné kyseliny a monoglycerid. Mastné kyseliny zahrnují jak mastné kyseliny s krátkým řetězcem (méně než 10 až 12 uhlíků), tak mastné kyseliny s dlouhým řetězcem.

Trávení nukleovou kyselinou

Nukleové kyseliny DNA a RNA se nacházejí ve většině potravin, které jíte. Dva druhy pankreatická nukleáza jsou zodpovědné za jejich trávení: deoxyribonukleáza, která štěpí DNA, a ribonukleáza, která štěpí RNA. Nukleotidy produkované tímto štěpením jsou dále štěpeny dvěma enzymy hraničního kartáčového střeva (nukleosidázy a fosfatázy) na pentózy, fosfáty a dusíkaté báze, které lze absorbovat stěnou zažívacího kanálu. Velké molekuly jídla, které musí být rozděleny na podjednotky, jsou shrnuty v tabulce 2.

Tabulka 2. Absorbovatelné potravinářské látky
ZdrojLátka
SacharidyMonosacharidy: glukóza, galaktóza a fruktóza
BílkovinyJednotlivé aminokyseliny, dipeptidy a tripeptidy
TriglyceridyMonoacylglyceridy, glycerol a volné mastné kyseliny
Nukleové kyselinyPentózové cukry, fosfáty a dusíkaté báze

Vstřebávání

Mechanické a trávicí procesy mají jeden cíl: přeměnit jídlo na molekuly dostatečně malé, aby je mohly absorbovat epiteliální buňky střevních klků. Absorpční kapacita trávicího kanálu je téměř nekonečná. Každý den zpracovává zažívací kanál až 10 litrů jídla, tekutin a sekrecí GI, ale do tlustého střeva vstupuje méně než jeden litr. Téměř veškerá požitá potrava, 80 procent elektrolytů a 90 procent vody je absorbováno v tenkém střevě. Přestože se na absorpci vody a lipidů podílí celé tenké střevo, většina absorpce sacharidů a bílkovin probíhá v jejunu. Zejména žlučové soli a vitamín B12 jsou absorbovány v terminálním ileu. V době, kdy chyme přechází z ilea do tlustého střeva, je to v podstatě nestravitelný zbytek jídla (hlavně rostlinná vlákna jako celulóza), trochu vody a miliony bakterií.

Absorpce může nastat pomocí pěti mechanismů: (1) aktivní transport, (2) pasivní difúze, (3) usnadněná difúze, (4) společný transport (nebo sekundární aktivní transport) a (5) endocytóza. Jak si vzpomenete z kapitoly 3, aktivní transport se týká pohybu látky přes buněčnou membránu z oblasti s nižší koncentrací do oblasti s vyšší koncentrací (vzestupný koncentrační gradient). V tomto druhu transportu působí proteiny v buněčné membráně jako „pumpy“ využívající k pohybu látky buněčnou energii (ATP). Pasivní difúze označuje pohyb látek z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s nižší koncentrací, zatímco usnadněná difúze se týká pohybu látek z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s nižší koncentrací pomocí nosného proteinu v buněčné membráně. Společný transport využívá pohyb jedné molekuly přes membránu z vyšší na nižší koncentraci k napájení pohybu druhé z nižší na vyšší. Nakonec je endocytóza transportní proces, při kterém buněčná membrána pohlcuje materiál. Vyžaduje energii, obvykle ve formě ATP.

Protože plazmatická membrána buňky je tvořena hydrofobními fosfolipidy, živiny rozpustné ve vodě musí ke vstupu do buněk používat transportní molekuly zabudované v membráně. Látky navíc nemohou procházet mezi epiteliálními buňkami střevní sliznice, protože tyto buňky jsou spojeny těsnými spoji. Látky se tedy mohou do krevních kapilár dostat pouze průchodem apikálními povrchy epiteliálních buněk a do intersticiální tekutiny. Ve vodě rozpustné živiny vstupují do kapilární krve v klcích a cestují do jater jaterní portální žílou.

Na rozdíl od živin rozpustných ve vodě mohou živiny rozpustné v tucích difundovat plazmatickou membránou. Jakmile jsou uvnitř buňky, jsou zabaleny pro transport přes základnu buňky a poté vstupují do laktelů klků, které mají být transportovány lymfatickými cévami do systémového oběhu hrudním kanálem. Absorpce většiny živin přes sliznici střevních klků vyžaduje aktivní transport poháněný ATP. Cesty absorpce pro každou kategorii potravin jsou shrnuty v tabulce 3.

Tabulka 3. Absorpce v zažívacím kanálu
JídloČlenění produktůAbsorpční mechanismusVstup do krevního oběhuDestinace
SacharidyGlukózaSpolečný transport se sodnými iontyKapilární krev v klcíchJátra přes jaterní portální žílu
SacharidyGalaktózaSpolečný transport se sodnými iontyKapilární krev v klcíchJátra přes jaterní portální žílu
SacharidyFruktózaUsnadněná difúzeKapilární krev v klcíchJátra přes jaterní portální žílu
ProteinAminokyselinySpolečný transport se sodnými iontyKapilární krev v klcíchJátra přes jaterní portální žílu
LipidyMastné kyseliny s dlouhým řetězcemDifúze do střevních buněk, kde jsou kombinovány s proteiny za vzniku chylomikronůLaktaly klkůSystémový oběh přes lymfu vstupující do hrudního kanálu
LipidyMonoacylglyceridyDifúze do střevních buněk, kde jsou kombinovány s proteiny za vzniku chylomikronůLaktaly klkůSystémový oběh přes lymfu vstupující do hrudního kanálu
LipidyMastné kyseliny s krátkým řetězcemJednoduchá difúzeKapilární krev v klcíchJátra přes jaterní portální žílu
LipidyGlycerolJednoduchá difúzeKapilární krev v klcíchJátra přes jaterní portální žílu
LipidyProdukty štěpení nukleovou kyselinouAktivní transport přes membránové nosičeKapilární krev v klcíchJátra přes jaterní portální žílu

Absorpce sacharidů

Všechny sacharidy jsou absorbovány ve formě monosacharidů. Tenké střevo je v tomto velmi účinné a absorbuje monosacharidy odhadovanou rychlostí 120 gramů za hodinu. Všechny normálně trávené dietní sacharidy jsou absorbovány; ve výkalech jsou eliminována nestravitelná vlákna. Monosacharidy glukóza a galaktóza jsou transportovány do epiteliálních buněk běžnými proteinovými nosiči sekundárním aktivním transportem (tj. Společným transportem se sodnými ionty). Monosacharidy opouštějí tyto buňky usnadněnou difúzí a vstupují do kapilár mezibuněčnými rozštěpy. Monosacharid fruktóza (která je v ovoci) je absorbována a transportována samotnou usnadněnou difúzí. Monosacharidy se kombinují s transportními proteiny bezprostředně po rozbití disacharidů.

Absorpce bílkovin

Aktivní transportní mechanismy, primárně v duodenu a jejunu, absorbují většinu proteinů jako produkty jejich rozkladu, aminokyseliny. Téměř všechny (95 až 98 procent) bílkoviny jsou tráveny a absorbovány v tenkém střevě. Typ nosiče, který transportuje aminokyselinu, se liší. Většina nosičů je spojena s aktivním transportem sodíku. Aktivně se také transportují krátké řetězce dvou aminokyselin (dipeptidů) nebo tří aminokyselin (tripeptidů). Poté, co vstoupí do absorpčních epiteliálních buněk, jsou však rozděleny na své aminokyseliny, než opustí buňku a vstoupí do kapilární krve difúzí.

Absorpce lipidů

Asi 95 procent lipidů je absorbováno v tenkém střevě. Žlučové soli nejen urychlují trávení lipidů, ale jsou také nezbytné pro absorpci konečných produktů trávení lipidů. Mastné kyseliny s krátkým řetězcem jsou relativně rozpustné ve vodě a mohou vstoupit přímo do absorpčních buněk (enterocytů). Přestože jsou malé velikosti mastných kyselin s krátkým řetězcem hydrofobní, umožňují jim jednoduchou difúzí vstřebat je enterocyty a poté stejnou cestou jako monosacharidy a aminokyseliny vstoupit do krevní kapiláry klku.

Velké a hydrofobní mastné kyseliny s dlouhým řetězcem a monoacylglyceridy nejsou tak snadno suspendovatelné ve vodnatém střevním chymu. Žlučové soli a lecitin však tento problém vyřeší tím, že je uzavřete do souboru micelle, což je malá koule s polárními (hydrofilními) konci obrácenými k vodnímu prostředí a hydrofobními ocasy obrácenými do nitra, vytvářející vnímavé prostředí pro mastné kyseliny s dlouhým řetězcem. Jádro také obsahuje cholesterol a vitamíny rozpustné v tucích. Bez micel by lipidy seděly na povrchu chymu a nikdy by nepřišly do styku s absorpčními povrchy epiteliálních buněk. Micely se mohou snadno vtěsnat mezi mikroklky a dostat se velmi blízko povrchu luminálních buněk. V tomto okamžiku lipidové látky opouštějí micelu a jsou absorbovány jednoduchou difúzí.

Volné mastné kyseliny a monoacylglyceridy, které vstupují do epiteliálních buněk, jsou znovu začleněny do triglyceridů. Triglyceridy jsou smíchány s fosfolipidy a cholesterolem a obklopeny proteinovým obalem. Tento nový komplex, nazvaný a chylomikron, je ve vodě rozpustný lipoprotein. Po zpracování Golgiho aparátem se chylomikrony uvolňují z buňky. Chylomikrony, které jsou příliš velké na to, aby prošly bazálními membránami krevních kapilár, místo toho vstupují do velkých pórů laktelů. Laktály se spojí a vytvoří lymfatické cévy. Chylomikrony jsou transportovány v lymfatických cévách a vyprazdňovány hrudním kanálem do podklíčkové žíly oběhového systému. Jakmile je v krevním řečišti, enzym lipoproteinová lipáza rozkládá triglyceridy chylomikronů na volné mastné kyseliny a glycerol. Tyto produkty rozkladu pak procházejí kapilárními stěnami, které mají být použity pro energii buňkami nebo uloženy v tukové tkáni jako tuk. Jaterní buňky kombinují zbývající chylomikronové zbytky s bílkovinami a vytvářejí lipoproteiny, které transportují cholesterol v krvi.

Absorpce nukleové kyseliny

Produkty štěpení nukleových kyselin - pentózové cukry, dusíkaté zásady a fosfátové ionty - jsou transportovány nosiči přes epilum villus aktivním transportem. Tyto produkty se pak dostávají do krevního oběhu.

Absorpce minerálů

Elektrolyty absorbované tenkým střevem pocházejí jak ze sekrece GI, tak z požitých potravin. Vzhledem k tomu, že se elektrolyty disociují na ionty ve vodě, většina z nich je absorbována aktivním transportem po celém tenkém střevě. Během absorpce vedou mechanismy společného transportu k akumulaci iontů sodíku uvnitř buněk, zatímco protiportové mechanismy snižují koncentraci iontů draslíku uvnitř buněk. K obnovení gradientu sodíku a draslíku přes buněčnou membránu pumpa sodík-draslík vyžadující ATP pumpuje sodík ven a draslík dovnitř.

Obecně jsou všechny minerály, které vstupují do střeva, absorbovány, ať už je potřebujete, nebo ne. Železo a vápník jsou výjimky; jsou absorbovány v duodenu v množství, které odpovídá aktuálním požadavkům těla, a to následovně:

Žehlička— Iontové železo potřebné k produkci hemoglobinu je absorbováno do buněk sliznice aktivním transportem. Jakmile je iontové železo uvnitř buněk sliznice, váže se na protein feritin a vytváří komplexy železo-feritin, které ukládají železo, dokud není potřeba. Když má tělo dostatek železa, většina uloženého železa se ztratí, když se opotřebované epiteliální buňky odloučí. Když tělo potřebuje železo, protože se například ztrácí při akutním nebo chronickém krvácení, dochází ke zvýšenému příjmu železa ze střeva a zrychlenému uvolňování železa do krevního oběhu. Vzhledem k tomu, že ženy během menstruace zaznamenávají značnou ztrátu železa, mají ve svých střevních epiteliálních buňkách přibližně čtyřikrát více proteinů transportujících železo než muži.

Vápník—Krevní hladiny iontového vápníku určují absorpci dietního vápníku. Když klesne hladina iontového vápníku v krvi, parathormon (PTH) vylučovaný příštítnými tělísky stimuluje uvolňování iontů vápníku z kostních matric a zvyšuje reabsorpci vápníku ledvinami. PTH také upreguluje aktivaci vitaminu D v ledvinách, což pak usnadňuje absorpci střevních iontů vápníku.

Absorpce vitamínů

Tenké střevo absorbuje vitamíny, které se přirozeně vyskytují v potravinách a doplňcích. V tucích rozpustné vitamíny (A, D, E a K) jsou absorbovány spolu s dietními lipidy v micelách jednoduchou difúzí. Proto vám při konzumaci vitamínových doplňků rozpustných v tucích doporučujeme jíst tučná jídla. Většina vitamínů rozpustných ve vodě (včetně většiny vitamínů B a vitaminu C) je také absorbována jednoduchou difúzí. Výjimkou je vitamín B.12, což je velmi velká molekula. Vnitřní faktor vylučovaný v žaludku se váže na vitamín B12, zabraňující jeho trávení a vytvářející komplex, který se váže na slizniční receptory v terminálním ilea, kde je vychytáván endocytózou.

Absorbce vody

Každý den se do tenkého střeva dostane asi devět litrů tekutiny. V potravinách a nápojích se spolkne asi 2,3 litru a zbytek pochází ze sekrece GI. Asi 90 procent této vody je absorbováno v tenkém střevě. Absorpce vody je dána koncentračním gradientem vody: Koncentrace vody je v chymu vyšší než v epiteliálních buňkách. Voda tedy přesouvá svůj koncentrační gradient z chymu do buněk. Jak již bylo uvedeno dříve, velká část zbývající vody je poté absorbována v tlustém střevě.

Recenze kapitoly

Tenké střevo je místem většiny chemického trávení a téměř veškeré absorpce. Chemické trávení rozbíjí velké molekuly potravin na jejich chemické stavební bloky, které pak mohou být absorbovány střevní stěnou a do celkového oběhu. Za většinu chemického trávení jsou zodpovědné enzymy hraničního kartáčku a pankreatické enzymy. Odbourávání tuku také vyžaduje žluč.

Většina živin je absorbována transportními mechanismy na apikálním povrchu enterocytů. Výjimkou jsou lipidy, vitamíny rozpustné v tucích a většina vitamínů rozpustných ve vodě. Pomocí žlučových solí a lecitinu se dietní tuky emulgují za vzniku micel, které mohou nést tukové částice na povrch enterocytů. Tam micely uvolňují své tuky, aby difundovaly přes buněčnou membránu. Tuky jsou poté znovu sestaveny na triglyceridy a smíchány s jinými lipidy a proteiny do chylomikronů, které mohou přejít do laktelů. Další absorbované monomery putují z krevních kapilár v klku do jaterní portální žíly a poté do jater.

Vlastní kontrola

Odpovězte na níže uvedené otázky a zjistěte, jak dobře rozumíte tématům uvedeným v předchozí části.

Otázky kritického myšlení

  1. Vysvětlete roli žlučových solí a lecitinu v emulgaci lipidů (tuků).
  2. Jak je na tom vitamín B.12 absorbován?

[odhal-odpověď q = ”617761 ″] Zobrazit odpovědi [/odhal-odpověď]
[skrytá odpověď a = ”617761 ″]

  1. Žlučové soli a lecitin mohou emulgovat velké lipidové kuličky, protože jsou amfipatické; mají nepolární (hydrofobní) oblast, která se váže na velké molekuly tuku, stejně jako polární (hydrofilní) oblast, která interaguje s vodnatým zvonkohrou ve střevě.
  2. Vnitřní faktor vylučovaný v žaludku se váže na velké B12 sloučenina, vytvářející kombinaci, která se může vázat na slizniční receptory v ilea.

[/skrytá odpověď]

Glosář

α-dextrin: rozkladný produkt škrobu

α-dextrináza: kartáčový hraniční enzym, který působí na α-dextriny

aminopeptidáza: kartáčový hraniční enzym, který působí na bílkoviny

chylomikron: velká sloučenina transportující lipidy složená z triglyceridů, fosfolipidů, cholesterolu a proteinů

deoxyribonukleáza: pankreatický enzym, který štěpí DNA

dipeptidáza: enzym kartáčového okraje, který působí na bílkoviny

laktáza: kartáčový hraniční enzym, který štěpí laktózu na glukózu a galaktózu

lipoproteinová lipáza: enzym, který štěpí triglyceridy v chylomikronech na mastné kyseliny a monoglyceridy

maltase: kartáčový hraniční enzym, který štěpí maltózu a maltotriózu na dvě a tři molekuly glukózy

micela: malá sloučenina transportující lipidy složená ze žlučových solí a fosfolipidů s jádrem mastné kyseliny a monoacylglyceridů

nukleosidáza: kartáčový hraniční enzym, který štěpí nukleotidy

pankreatická amyláza: enzym vylučovaný slinivkou břišní, který dokončuje chemické trávení sacharidů v tenkém střevě

pankreatická lipáza: enzym vylučovaný slinivkou břišní, který se podílí na trávení lipidů

pankreatická nukleáza: enzym vylučovaný slinivkou břišní, který se podílí na trávení nukleových kyselin

fosfatáza: kartáčový hraniční enzym, který štěpí nukleotidy

ribonukleáza: pankreatický enzym, který štěpí RNA

sacharóza: kartáčový hraniční enzym, který štěpí sacharózu na glukózu a fruktózu


Podívejte se na video: Trávicí soustava - játra, slinivka břišní, choroby TS (Listopad 2021).