Trawienie

PROCES TRAWIENIA
dr hab. I. Rahden-Staroń
Katedra i Zakład Biochemii I WL
TRAWIENIE
„Sukcesywny rozpad składników żywności do
postaci absorbowanej;
proces związany z różnymi formami transportu”
Na proces trawienia składa się:






proces wydzielania
proces absorpcji
ruch zawartości jelit
wzrost i różnicowanie
mechanizmy ochronne jelit przed uszkodzeniem lub atakiem oraz
mechanizmy kontrolujące i integrujące wszystkie powyższe procesy
WYDZIELANIE
Gruczoły ślinowe synteza/wydzielanie:
amylaza, śluz.
Woda, elektrolity.
Trzustka synteza/wydzielanie:
proteazy, lipaza, amylaza.
HCO3-, woda
Wątroba synteza kwasów
żółciowych,
wydzielanie żółci.
Woreczek żółciowy przechowywanie i
zatężanie żółci.
Sekrecja i absorpcja jelitowa
Transport płynów i elektrolitów to ważne
funkcje przewodu pokarmowego
(nawet w nieobecności pożywienia)
Komórki nabłonkowe mogą...


wydzielać wodę i elektrolity: np. transport z krwi do światła
jelita
absorbować wodę i elektrolity: np. transport ze światła jelita
do krwi
Absorpcja
Kosmki jelitowe
Absorpcja

Różnorodne mechanizmy absorpcji:
– Dyfuzja
– Dyfuzja ułatwiona
– Aktywny transport
– Pinocytoza lub endocytoza

Absorpcja zależy od:
– Rozpuszczalności (tłuszcz vs woda)
– Stężenia lub gradientu elektrochemicznego
– Wielkości absorbowanej cząsteczki
TRAWIENIE BIAŁEK
&
ABSORPCJA
1.
Etapy
trawienia
Etapy trawienia i absorpcji białek
oraz produktów degradacji
miejsce
czynniki
efekt
1. Trawienie
żołądkowe
żołądek
kwas solny
pepsyna
2. Proteazy
trzustki
światło jelita
cienkiego
trypsyna, chymotrypsyna, wolne aminokwasy i
elastaza i
oligopeptydy – 2 to 8
karboksypeptydazy
aminokwasów
3. Powierzchnia
rąbka szczotecz.
rąbek
szczoteczkowy
endopeptydazy i
aminopeptydazy
4. Absorpcja
błona epitelialna
enterocytów
5. hydroliza
di-/tripeptydów
transport do
naczyń
włosowatych
cytoplazma komórki dipeptydazy
epitelialnej
tripeptydazy
wolne aminokwasy z
di-/tripeptydów;
błona
antyluminalna
transport aminokwasów do
naczyń włosowatych
systemy transportowe
dyfuzja ułatwiona
denaturacja
duże fragmenty peptydów +
wolne aminokwasy
wolne aminokwasy i di-/
tripeptydy
wnikanie do komórki
epitelialnej
Osocze
CO2
HCO3-
Komórka okładzinowa żołądka
Światło
żołądka
anhydraza węglanowa
CO2 +
H2CO3
H2O
H+
H+
HCO3-
K+
ATP
Cl-
Cl-
ADP + Pi
Cl-
H+,K+-ATPaza
Produkcja kwasu solnego i jego wydzielanie
Białko diety
Trawienie żołądkowe białek
Etap 1- trawienie żołądkowe
Komórki
główne
Pepsynogen
Denaturacja/HCl
autoaktyaacja
(wewnątrzcząstecz
kowa hydroliza)
Pepsyna
Hydroliza/pepsyna
autokataliza
duże fragnenty peptydów
wolne aminokwasy
aa
aa
zwieracz odźwiernika
aa
aa
Dwunastnica
Etap 2- Trawienie przez proteazy trzustkowe
Komórka
endokrynna
dwunastnicy
CCK-PZ
Wolne aminokwasy
z trawienia
żołądkowego
Trypsynogen
CCK-PZ (hormon)
cholecystokinina/pankreozymina
Komórka
endokrynna
dwunastnicy
CCK-PZ
Enteropeptydaza
(hydroliza)
Krew
Trypsyna
Komórki
gronek
trzustki
Śluzówkowa
komórka
nabłonkowa
3. Wydzielanie, aktywacja i działanie
trzustkowych proteaz oraz endopeptydaz i
aminopeptydaz rąbka szczoteczkowego
Etap 2- Trawienie przez proteazy trzustkowe
Komórka
endokrynna
dwunastnicy
CCK-PZ
Wolne aminokwasy z
trawienia żołądkowego
Komórka
endokrynna
dwunastnicy
CCK-PZ
Trypsynogen
CCK-PZ (hormon)
cholecystokinina/
pankreozymina
Śluzówkowa
komórka
nabłonkowa
Enteropeptydaza
(hydroliza)
autokataliza
Sekretyna
Krew
Trypsyna
HCO3zobojętnia
kwas
3. Wydzielanie, aktywacja i działanie
trzustkowych proteaz oraz endopeptydaz i
aminopeptydaz rąbka szczoteczkowego
Komórki
gronek
trzustki
Etap 2- Trawienie przez proteazy trzustkowe
Komórka
endokrynna
dwunastnicy
CCK-PZ
Wolne aminokwasy z
trawienia żołądkowego
Trypsynogen
CCK-PZ (hormon)
cholecystokinina/
pankreozymina
Enteropeptydaza
(hydroliza)
Komórka
endokrynna
dwunastnicy
CCK-PZ
Sekretyna
Krew
autokataliza
Trypsyna
Chymotrypsynogen
Proelastaza
Prokarboksypeptydaza
kataliza
Śluzówkowa
komórka
nabłonkowa
HCO3-
Chymotrypsyna
Elastaza
Karboksypeptydazy
3. Wydzielanie, aktywacja i działanie
trzustkowych proteaz oraz endopeptydaz i
aminopeptydaz rąbka szczoteczkowego
Komórki
gronek
trzustki
Figure 3. Secretion, activation and
action of pancreatic proteases and
brush border endopeptidases and
aminopeptidases
Komórka
endokrynna
dwunastnicy
CCK-PZ
Etap 2- Trawienie przez proteazy trzustkowe
Etap 3 – Trawienie w rąbku szczoteczkowym
Wolne aminokwasy z
trawienia żołądkowego
Trypsynogen
CCK-PZ (hormon)
cholecystokinina/
pankreozymina
Enteropeptydaza
(hydroliza)
Krew
autokataliza
Trypsyna
Chymotrypsynogen
Proelastaza
Prokarboksypeptydaza
kataliza
Śluzówkowa
komórka
nabłonkowa
Komórka
endokrynna
dwunastnicy
CCK-PZ
Sekretyna
Komórki
gronek
trzustki
HCO3-
Chymotrypsyna
Elastaza
Karboksypeptydazy
aminokwasy
dipeptydy
tripeptydy
produkty hydrolizy endo-/aminopeptydaz rąbka szczoteczkowego;
aminokwasy, di-/tripeptydy absorbowane przez komórki nabłonkowe
Podsumowanie proteaz żołądkowych i trzustkowych
Proteaza
Źródło
Pepsyna (endo-)
żołądek
Trypsyna (endo-)
Rodzina
proteaz
Asparaginian
Proenzym
Aktywacja
Specyficzność
pepsynogen
autoaktywacja/
H+; pepsyna
aromatyczne
(tyr, phe, trp)
kwaśne (glu)
trzustka
seryna
typsynogen
enteropeptydaza zasadowe (arg, lys)
trypsyna
Chymotrypsyna
(endo-)
trzustka
seryna
chymotrypsynogen
trypsyna
aromatyczne duże
(trp, phe, tyr, met)
Elastaza
(endo-)
trzustka
seryna
proelastaza
trypsyna
małe obojętne
grupy R
(gly, ser, ala)
Karboksypeptydaza
A (egzo-)
trzustka
cynk
prokarboksypeptydaza A
trypsyna
aromatyczne
(tyr, phe, trp)
hydrofobowe
(val, leu, ile)
Karboksypeptydaza
B (egzo-)
trzustka
cynk
prokarboksypeptydaza B
trypsyna
zasadowe
(arg, lys)
Aminokwas
Na+ Di-, tripeptydy
Nabłonek Jelitowy
Dipeptydy, tripeptydy
ŚWIATŁO JELITA
Etap 4 - Absorpcja
Rąbek szczoteczkowy
Dipeptydazy,
tripeptydazy
Aminokwasy
3Na
Na+ 2K+
Błona antyluminalna
ATP
ADP + Pi
3Na+ 2K+
= Na+-zależny co-transport
= Na+,K+-ATPase
Absorpcja aminokwasów oraz di- i tripeptydów ze światła jelita
SYSTEMY TRANSPORTOWE RĄBKA SZCZOTECZKOWEGO
a)
b)
c)
d)
e)
aminokwasy obojętne (alifatyczne i aromatyczne bez ładunku)
aminokwasy zasadowe i cystyna (Cys-Cys)
aminokwasy kwaśne (Asp, Glu)
iminokwasy (Pro)
dipeptydy i tripeptydy
Aminokwasy
Na+
Di-, tripeptydy
Etap 4 - Absorpcja
Nabłonek jelitowy
Dipeptydy, tripeptydy
Dipeptydazy,
tripeptydazy



Rąbek szczoteczkowy
Etap 5
3Na+ 2K+
Aminokwasy

ŚWIATŁO JELITA
ATP

błona antyluminalna
ADP + Pi
Etap 5
 naczynia włosowate
= Na+-zależny co-transport
3Na+ 2K+
= Na+,K+-ATPase
= dyfuzja ułatwiona
Absorpcja aminokwasów oraz di- i tripeptydów ze światła jelita
CYSTYNURIA
cystyna jest homodimerem cystein - 2 cysteiny są połączone wiązaniem
disiarczkowym
jest absorbowana via jelitowy system transportowy aminokwasów
zasadowych
jest reabsorbowana via podobny transporter nerkowy
uszkodzony transporter prowadzi do tworzenia nerkowych kamieni
cystynowych (słaba rozpuszczalność cystyny)
diagnostyka – obserwuje się nadmiar usuwanych innych dwuzasadowych
aminokwasów (lys, orn, arg)
NH2-CH-CH2-SH
|
COOH
NH2-CH-CH2-SH
|
COOH
NH2-CH-CH2-S-S-CH2-CH-NH2
|
|
COOH
COOH
CYSTIC FIBROSIS (CF) – zwłóknienie trzustki
uszkodzony transport jonów chlorkowych i sodowych przez komórki
nabłonkowe
prowadzi do zaniku śluzówki gruczołów egzokrynnych; np. przewodów
trzustkowych
zablokowanie ułatwia aktywację proteaz trawiennych w przewodzie
powodując uszkodzenie trzustki
85% pacjentów CF wykazuje cechy uszkodzenia trzustki
utrata zdolności do wydzielania enzymów trawiennych powodująca złe
wchłanianie pokarmu i witamin
złe wchłanianie tłuszczu powoduje niedobór witamin rozpuszczalnych w
tłuszczach
konsekwencje złego wchłaniania związanego z CF:
 zmniejszony pobór energii (złe wchłanianie białek- mniej kalorii)
 zwiększona utrata energii
 zwiększone zużycie energii
TRAWIENIE WĘGLOWODANÓW
&
ABSORPCJA
WĘGLOWODANY
Disacharydy

Powstawanie wiązania glikozydowego
1.
Etapy
trawienia
Etapy trawienia i absorpcji węglowodanów:
polisacharydów oraz oligo- i disacharydów
miejsce
1. Trawienie w
jama ustna
jamie ustnej:
skrobia, glikogen
czynniki
efekt
Alfa-amylaza, pH 77.4
miesznina krótkich,
rozgałęzionych cząsteczek
oligosacharydów
2. Hydrolaza
trzustki
światło jelita
cienkiego
Alfa-amylaza
trzustkowa, HCO3-
dekstryny graniczne – maltooligosacharydy, maltoza,
izomaltoza, glukoza
3. Powierzchnia
rąbka szczotecz.
rąbek
szczoteczkowy
disacharydazy
glukoza, galaktoza, fruktoza
4. Absorpcja
błona epitelialna
enterocytów
systemy transportowe
wnikanie do komórki
epitelialnej
5. powstanie
gradientu stężeń
cytoplazma
komórki epitelialnej
gradient monocukrów
błona
antyluminalna
transport monocukrów do
naczyń włosowatych
dyfuzja ułatwiona
Podsumowanie
Hydrolaza
Źródło
alfa-amylaza
ślina
alfa-amylaza
Substrat
Specyficzność
Produkt
alfa (1-4)
miesznina krótkich,
rozgałęzionych cząsteczek
oligosacharydów
trzustka oligosacharydy
alfa (1-4)
dekstryny graniczne –maltooligosacharydy, maltoza.,
izomaltoza, glukoza
maltaza
Jelito
cienkie*
maltoza
alfa (1-4)
2 cząsteczki glukozy
izomaltaza
Jelito
cienkie*
izomaltoza
alfa (1-6)
2 cząsteczki glukozy
laktaza
Jelito
cienkie*
laktoza
beta (1-4)
galaktoza + glukoza
sacharaza
Jelito
cienkie*
sacharoza
beta (1-2)
glukoza + fruktoza
*Te
Skrobia
glikogen
enzymy są wydzielane przez komórki i pozostają związane z luminalną stroną błony
rąbka szczoteczkowego komórek śluzówki jelita
WŁÓKNA POKARMOWE

Grupa roślinnych polisacharydów, które nie
są trawione, ani absorbowane w jelicie
cienkim człowieka, są rozkładane przez
bakteryjną celulazę do glukozy
Absorpcja węglowodanów ze światła
jelita – błona luminalna

Nie jest wymagana insulina
 Aktywny transport glukozy i galaktozy
– Transporter glukozy 1 zależny od Na+ (SGLT1)
– ATP-aza – pompa zależna od Na+/K+
Transport fruktozy jest niezależny od Na+.
Wymaga obecności transportera GLUT5.
 Te trzy monocukry są transportowane z enterocyta
do krążenia żylnego przez transporter GLUT2
(zlokalizowany w błonie antyluminalnej).

•Dziedziczny niedobór poszczególnych disacharydaz (dzieci)
z towarzysząca nietolerancją disacharydów.
Niedobór na skutek chorób jelit, złego odżywiania, leków.
•Nietolerancja laktozy (więcej niż 50% dorosłych, ale 90%
dorosłych w Afryce i Azji).
• Niedobór izomaltazy-sacharazy (10% Eskimosów na Grenlandii).
Laktoza ----- gal + glu
Laktoza
BAKTERIE
2-węglowe metabolity
CO2 , H2 , 3-węglowe
metabolity
Jelito cienkie
Jelito grube
Wzdęcia, biegunki,
odwodnienie
TRAWIENIE LIPIDÓW
&
ABSORPCJA
Dorosli: 60 – 150 g/dzień.
~90% triacyloglicerole.
Reszta: cholesterol, estry
cholesterolu, fosfolipidy,
wolne kwasy tłuszczowe
TRAWIENIE - LIPIDY

Niemowlęta: trawienie w żołądku przez lipazę stabilną w pH kwaśnym
(pH 4-6) – lipaza językowa oraz lipazę żołądkową. Hydrolizują
triacyloglicerole z krótkimi i średniej długości KT (mniej niż 12 C)
obecne w mleku.
– Te enzymy odgrywaja rolę u chorych dorosłych z niewydolnością
trzustki (zwłóknienie trzustki - CF).
Zasadniczy etap trawienia lipidów - jelito cienkie
– Lipaza trzustkowa i kolipaza, emulsyfikacja, żółć.
– Enzymy wymagają obecności soli Na, K kwasów żółciowych
(syntetyzowane z cholesterolu, kwasy chenodeoksycholowy i
cholowy)
– Aktywują lipazę trzustkowa i kolipazę
– Emulsyfikują tłuszcze do micelli (drobne krople tłuszczu)
Kwasy żółciowe (C 24)
OH
PRIMARY BILE ACIDS
COOH
12
7
3
OH
HO
CHOLIC ACID
7-hydroxylation
7
3
OH
HO
COOH
12
CHENODEOXYCHOLIC ACID
7-dehydroxylation
7-dehydroxylation
OH
SECONDARY
BILE ACIDS
12
3
COOH
12
3
7
HO
DEOXYCHOLIC ACID
7
HO
LITHOCHOLIC ACID
COOH
TRAWIENIE - LIPIDY
DUŻA KROPLA TłUSZCZU
małe
Działanie soli KŻ
Emulsja
Sole KŻ & lipaza trzustkowa
i kolipaza
Micelle rozpuszczalne
w wodzie
TRAWIENIE - LIPIDY
Sole kwasów żółciowych emulsyfikują lipidy
 Lipaza trzustkowa hydrolizuje triglicerydy

Triacyloglicerol

sn-2 Monogliceryd + 2 kwasy tłuszczowe
Kolipaza trzustkowa
– Aktywowana przez trypsynę, krótki polipeptyd
– Oddziałuje z triglicerydami i lipazą trzustkową


Zastępuje żółć
Podnosi aktywność lipazy trzustkowej (znosi hamujący wpływ
kwasów żółciowych na aktywność lipazy trzustkowej)
TRAWIENIE - LIPIDY

Fosfolipaza A1 and A2
– Uwalnia kwasy tłuszczowe
– obecne w fosfolipidach

Esteraza cholesterolowa
– Uwalnia kwas tłuszczowy z estrów cholesterolu
Absorpcja ze światła jelita do enterocyta
Kwasy tłuszczowe, 2-monoglicerydy, cholesterol i estry
cholesterolu absorbowane są zgodnie z gradientem
stężeń.
 W enterocytach powstają z nich chylomikrony
limfy

Następuje resynteza triacylogliceroli (preferencja wbudowywania
długołańcuchowych KT),
fosfolipidów oraz estrów cholesterolu
+ apolipoproteina B-48.
Krótko- i średniołańcuchowe KT
wnikają bezpośrednio do krwi żylnej.

Transporters
Rola żółci w procesie trawienia

Żółć
– Powstaje w wątrobie.
– Skład: cholesterol, sole kwasów żółciowych, bilirubina.
– Jest transportowana do woreczka żółciowego.
– Umożliwia dyspersję tłuszczu niezbędną w procesie
trawienia tłuszczu.
– Jest reabsorbowana w jelicie krętym.
– Wraca do wątroby przez żyłę wrotną wątrobową.