Лекция 6

МОДУЛЬ «ПИЩЕВАРЕНИЕ».

В организме многоклеточных животных пищеварение внешнее! Все вещества на первом этапе подвергаются гидролизу, на втором – всасывание мономеров и затем – удаление не переваренных остатков. Всё переваривание происходит под действием пищеварительных ферментов, которые выделяются железами.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ В РОТОВОЙ ПОЛОСТИ.

СЛЮНА.

Выделение слюны осуществляют 3 пары желёз: околоушные, подъязычные и подчелюстные. Околоушные железы выделяют жидкий секрет, а другие – вязкий секрет. Т.е. средний сосав слюны получается перемешанным. Основная функция слюны – образование и формирование пищевого комка. Состав слюны зависит от скорости её секреции: при низкой скорости слюна гипотонична, при высокой – практически изотонична плазме крови. Регуляция выделения в основном это безусловные рефлексы, а также гормональные. Состав слюны: и объём и рН (6.4 – 7) слюны не постоянны!!! Кроме того, в слюне содержится: натрий и хлор – 20-40 милиэквивалентов на литр, кальция от 6 до 20 мг/100 мл; калия в 4-5 раз больше, чем в плазме; бикарбонаты от 10 до 20 мЭ/л; из органических соединений: глюкоза, мочевина, молочная кислота, фенолы, витамины; из ферментов: амилаза, фосфатаза и карбоангидраза. Основной полисахарид слюны – это муцин (60% углеводов), углеводы присоединяются к остаткам серина и тиамина, в основном в виде дисахаридов, также много дисахаридов и сиаловых кислот; масса муцина более 1000000 Дальтон.

ЖЕЛУДОК.

Главная функция желудка – это переваривание белков. Желудочный сок (примерно 2 литра в сутки) выделяется 3 видами клеток:

1. Мукозные клетки вырабатывают муцин или желудочную слизь. Муцин по своему составу и строению не отличается от слюнного, но в желудке присутствует в 2х формах: растворимый и нерастворимый муцин. Реально биологической активностью обладает нерастворимый муцин, который защищает стенки желудка от воздействия протеолитических ферментов желудочного сока.

2. Главные клетки вырабатывают пепсиноген.

Рекомендуемые материалы

3. Обкладочные клетки вырабатывают соляную кислоту.

Суммарная реакция: NaCl + Н₂СО₂ ® NaHCO₃ + HCl.

Главные показатели: кислотность в желудке в 10⁶ раз выше, чем в плазме крови – рН = 1-2. Для транспорта протонов используется протонная АТФ-аза. Схема!!!

Функции соляной кислоты следующие:

- Денатурация белков.  

- Бактерицидное действие.

- Создание оптимума рН для работы протеолитических ферментов.

Ферменты, имеющиеся в желудочном соке:

- Протеазы или пепетидазы: пепсин (95% протеолитической активности), гастриксин, ренин.

- Не пептидазы: лизоцим – обеспечивает разрушение белков клеточных стенок бактерий; муколизин обеспечивает гидролиз муцина, карбоангидраза, амилаза (остатки слюнной амилазы) и липаза.   

Пепсин.

Пепсин синтезируется в главных клетках в в идее пепсиногена – это одна полипептидная цепь, масса 40-42 кДальтона, три дисульфидных мостика, Рi = 3,7. Пепсиноген протеолитической активностью не обладает. Активация пепсиногена происходит в просвете желудка двумя путями:

1. За счёт соляной кислоты.

2. За счёт активного пепсина – это анто-каталитический путь. Эта активация сводится к отщеплению с n-конца полипептидной цепи 42 аминокислотных остатков (в них имеется 12 основных АК), масса пепсина = 32,7 кДальтона, изменяется Рi = 1. Активный центр представляет собой длинную, но не глубокую впадину на поверхности белка, в него помещается 7 АК-остатков, связывание в этом центре происходит за счёт гидрофобных связей. Гидролиз пептидной цепи осуществляют 2 остатка аспарагиновой кислоты, которые располагаются на противоположных сторонах складки активного центра. Происходит кислото-основный гидролиз пептидных связей. На первое место выходят ароматические аминокислоты; медленнее расщепляются связи лицина и  изолецина; третий класс – дикарбоновые аминокислоты. В конечном итоге образуются довольно крупные пептиды разной длины. По месту действия пепсин – это эндопептидаза.  

Гастриксин.

Синтезируется из не активного предшественника. Его оптимум рН примерно 3. Это тоже эндопептидаза, которая разрывает полипептидную цепь после дикарбоновых аминокислот.  

Ренин.

Масса 40 кДальтон, Рi = 4,5; по месту действия – это эндопептидаза. Этот фермент практически отсутствует у взрослых, но его очень много у детей (особенно грудного возраста). Ренин обладает способностью в присутствии ионов кальция превращать растворимые белки молока в нерастворимые (вызывать створаживание молока).

ХИМУС.

В 12-перстную кишку открываются протоки желчного пузыря и поджелудочной железы. В составе сока поджелудочной железы находятся предшественники следующих протеолитических ферментов: трипсиноген, химотрепсиноген, проэластаза, прокарбоксипептидазы А и В. 

Трипсиноген.

Представляет собой одну полипептидную цепь, масса 25 кДальтон, отличается от трипсина на 6 АК-остатков. Трипсин расщепляет пептидные цепи после остатков лизина и аргенина. Отсюда: связывание происходит с отрицательным зарядом в активном центре, катализ осуществляет остаток аминокислоты серина. Т.е. связывание точечное. Трипсин – это тоже эндопептидаза, ему присуща аутокаталитическая активация. Энтерокиназа или энетропептидаза тоже участвует в аутокаталитической активации – второй путь активации.   

Химотрипсин.

Имеет массу 27 кДальтон. Одна полипептидная цепь, соединённая дисульфидными мостиками (5 штук), Рi = 9. Эта полипептидная цепь подвергается действию эндопептидаз последовательно. Схема!!! Отсюда получается, что химотрипсинов существует целое семейство. В конечном участке получившегося химотрепсина 3 полипептидных цепей. Выделяют Пи-химотрепсин, Дельта-химотрепсин, Альфа-химотрепсин (обладает наивысшей активностью). Химотрепсин разрывает пептидные связи после ароматических аминокислот. Химотрепсин – это тоже эндопептидаза.  

Эластаза.

Является эндопептидазой. Активируется эластаза в просвете кишечника под действием трипсина.  

Прокарбоксипептидазы А и В.

Это экзопептидазы. Эти ферменты будут гидролизовать аминокислоты с с-конца. Отличаются по субстратной специфичности. Субстратной специфичностью обладает только В-карбоксипептидаза (только лизин и аргенин).

Аминопептидазы.

Вырабатываются в клетках стенки кишечника. Это экзопептидазы, не обладающие субстратной специфичностью и отщепляются практически любые аминокислоты с n-конца молекулы.

Кроме экзопептидаз в кишечнике вырабатываются ди- и трипептидазы.

Без пепсина переваривание белков возможно, но хуже, а без трипсина и химотрипсина – нет!

ВСАСЫВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ.

Если аминокислоты пометить радиоактивными изотопами, то после принятия пищи в крови эти аминокислоты появляются через 15 минут. Максимум концентрации достигается через 30-50 минут. Добавление в пищу углеводов и липидов способствует её задержанию в желудке, что увеличивает долю всосавшихся аминокислот. Свободные углеводы (глюкоза и галактоза) замедляют всасывание аминокислот. Всасывание аминокислот в тонком кишечнике происходит с помощью 2х процессов:

1. Натрий зависимый вторично-активный симпорт. Для аминокислот выделяют 5 специфических переносчиков:

- Переносит нейтральные аминокислоты с небольшой боковой цепью.

- Переносит нейтральные аминокислоты с объёмными радикалами.

- Переносит основные аминокислоты.

- Переносит кислые аминокислоты.

- Переносит пролин и глицин.

2. Гамма-глутаминный цикл. В этом цикле 6 ферментов, один из них локализован в мембране, остальные – в цитоплазме клеток. Схема цикла!!! Гамаглутамил-трансфераза катализирует реакцию, в которой разрывается гамма-пептидная связь. Образуется гаммаглутамил-трансфераза. Второй фермент – гаммаглутамин-цикла-трансфераза расщепляет дипептид на свободную аминокислоту; фермент – оксо-пролин. В остальных реакциях происходит ресинтез глутатиона. Третий фермент – дипептидаза. Четвёртый фермент работает с затратой энергии АТФ – пять-оксо-пролиназа (из циклического образуется обычный вид глутаминовой кислоты). Пятый фермент – гамма-глутамил-цистеинил-синтетаза, работает с затратой энергии АТФ, образуется дипептид. Шестой фермент – глутатион-синтетаза работает с затратой АТФ – ресентизируется глутатион. Работает этот цикл в 2х местах: кишечнике и в мозгу.    

 

ПЕРЕВАРИВАНИЕ УГЛЕВОДОВ.

Начинается в ротовой полости под действием альфа-амилазы слюны. Этот фермент – олигомер, масса 56 кДальтон, отщепляет моно- или дисахариды с концов полисахаридных цепей крахмала и гликогена, оптимум рН 7-8. В кислой среде желудка амилаза, как и другие белки, денатурирует и подвергается действию пепсина, остаточная активность амилазы наблюдается только внутри пищевого комка. В соке поджелудочной железы содержится новая порция альфа-амилазы (синтезированной в поджелудочной железе), имеет оптимум рН – 7, для работе ей необходимы ионы хлора и кальция, состоит из 2х субъединиц; альфа-амилаза гидролизует только альфа-гликозидные связи (у человека). Кроме полисахаридов с пищей поступают олигосахариды, которые гидролизуются начиная с дистальных отделов 12-перстной кишки на протяжении всего тонкого кишечника и кончая толстым. При этом дисахариды гидролизуются клетками, а не в просвете кишечника. Ферменты:  

1. Альфа-специфичная-олигосахаридаза – этот фермент работает на декстриновые остатки.

2. Сахараза, мальтаза, изомальтаза – действуют на соответствующие дисахариды, но практически всегда образуют комплекс, масса которого от 220 до 280 кДальтон.

3. Бетта-галакто-зидаза (лактаза) переваривает лактозу, имеющие бетта-связи. Недостаток этого фермента приводит к метеоризму, а также к дефектам галакто-зидазы. 

Скорости гидролиза сахаров.

Если мальтоза – это 100%, то сахароза = 30%, изосахароза = 30%, все остальные меньше 10%. Всасывание в норме происходит только моносахаридов и относительная скорость их всасывания: галактоза – глюкоза – фруктоза – маноза. Более медленно всасывающиеся сахара проникают через эпителий кишечника, путём облегченной диффузией по градиенту концентрации. Быстро всасывающие сахара, особенно галактоза и глюкоза, могут накапливаться даже против 10-кратного градиента, за счёт вторично-активного натрий зависимого симпорта. 

ЛЕКЦИЯ. ПЕРЕВАРИВАНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ.

Осуществляется в тонком кишечнике под действием ферментов поджелудочной кислоты. Под действием ДНКаз и РНКаз – это гидролитические ферменты, чаще всего это экзонуклеазы; они всасываются. Кроме того, в кишечнике выделяется ещё два фермента: фосфодиэстераза и фосфотаза. Вещества, которые перевариваются и всасываются в тонком кишечнике, это: нуклеотиды, нуклеозиды, пентозы и неорганический фосфат. Липиды – это низкомолекулярные соединения!  

ПЕРЕВАРИВАНИЕ ЛИПИДОВ.

Начинается только в 12-перстной кишке по двум причинам:

1. Все ферменты переваривания липидов синтезируются в поджелудочной железе.

2. Эмульгирование – это мицелирование (под действием желчных кислот и их солей). 

Желчные кислоты (и соли) синтезируются в печени. Холестерин (холестерол это тот же холестерин – содержит 27 атомов углерода) в печени подвергается: Схема! Желчные кислоты – это 24-стероиды (24 атома углерода). В результате получается литос-холевая кислота – это плохо растворимое соединение. Литос-холиевая кислота продолжает окисляться в печени: окисляются 7 и 12 атомы углерода, другие не могут! Но при этом 7 и 12 атом углерода одновременно окислиться не могут! При до окислении обоих соединений получается (при этом уходит двойная связь) холиевая кислота – самая растворимая из всех кислот, наиболее распространенная. Если отщепляется ОН, то получается дезокси-холиевая кислота.       

Для усиления гидроксильных свойств карбоксильной группы желчные кислоты в печени образуют парные соединения: к карбоксильной группе присоединяются глицин при помощи пептидной связи – в результате получается глико-холиевая кислота. NH₂-CH₂-CH₂-SO₃H – это таурин (образуется из цистеина). Все соли желчных кислот являются внутренними детергентами – это маленькие амфипатичные молекулы. Парные соединения лучшие детергенты, чем свободные желчные кислоты (причём их действие повышается при более низких температурах).   

Из желудка выходит содержимое кислой среды. В желчи содержится много солей, нейтрализующих кислоту. Ферменты (из сока поджелудочной железы), работающие в кислой среде:

1. Липаза синтезируется в виде не активного предшественника, для активации необходимо его взаимодействие с маленьким белком – колипазой: не активный предшественник + 2 колипаза = активная липаза. Фермент осуществляет гидролиз нейтральных липидов. Главные нейтральные липиды – это глицериды. Схема! Липаза гидролизует нейтральные липиды (или триглицериды) в первую очередь, отщепляя жирные кислоты от 1 и 3 атомов углерода глицерина. В первую очередь образуется 2 свободные жирные кислоты, только потом отделится та жирная кислота, что была во втором положении, и в итоге останется глицерин.    

2. Фосфолипазы отличаются тем, что третье положение занято не фосфорной, а жирной кислотой. Схема! Фосфолипаз существует несколько, в зависимости от места, где они работают! Синтезируются фосфолипазы в не активном виде, для активации необходимы: трипсин (происходит расщепление цепи – эндопептидаза), соли кальция и желчных кислот. Фосфолипазы бывают лизофосфотиды, частично укороченные фосфотиды и др.   

В лекции "Работа с группами процессов" также много полезной информации.

3. Эстераза гидролизует эфиры холестерина. Активируется эстераза за счёт взаимодействия с солями желчных кислот.

Всасывание продуктов переваренных липидов происходит в тонком кишечнике свободно!!! Для транспорта липидов в крови и продуктов их переваривания образуются липопротеиновые комплексы. Рисунок! Выделяют 2 пути переваривания липидов:

а). Внешний путь переваривания липидов сводится к тому, что упаковка липидов происходит в клетках эпителия кишечника. Больше всего с пищей мы употребляем триглицеридов (имеют самую низкую плотность). При этом эти липиды будут очень крупные и очень лёгкие: относительно воды < 0.96 г/см³ – эти частицы называются хиломикронами. Кровь, содержащая такие частицы называются хилёрной. По мере того, как хиломикроны циркулируют в крови, у них уменьшается плотность и диаметр, в результате чего они превращаются в липопротеины низкой плотности или ЛПНП.  

В мембранах клеток имеется фермент липопротеин-липаза, который расщепляет триглецериды, находящиеся в комплексе с белком. В конечном итоге, часть белков освобождается из комплекса и его диаметр уменьшится (но при этом увеличится его масса – за счёт увеличения содержания в мембране белков и холестерина). Белки и холестерин образуют плотную мембрану, поэтому поступление холестерина и его эфиров внутрь клетки осуществляется путём эндоцитоза после взаимодействия белка липопротеинового комплекса со специфическим рецептором на поверхности клеток (рецептор – это белок В-100). Рецептор представляет собой гликопротеин, 839 аминокислот, с-конец обращен в цитоплазму. При не достаточном образовании рецепторов на мембране клетки, в конечном итоге произойдёт гидролиз клетки. Поэтому, ЛПНП называют атерогенными липопротеинами. ЛПВП (липопротеины высокой плотности) – это конечные продукты.

б). Внутренний путь: липиды синтезируются в печени. Отличия хиломикрон при внутреннем пути переваривания липидов: они менее крупные, но более тяжелые.  

Холестерин необходим практически всем клеткам для построения мембран, для синтеза желчных кислот и гормонов; накапливается он в виде эфиров холестерина. Регуляция всасывания холестерина определяется наличием рецепторов и концентрацией холестерина в клетках. Синтез рецепторов (как и белков) определяется генетически, поэтому, имеются наследственные гиперхолестеринемии. Повышение холестерина в клетке подавляет синтез рецепторов.