Биохимия питания и пищеварения. Переваривание и всасывание белков, жиров, углеводов.

1. Переваривание углеводов. Ферменты желудочно-кишечного тракта участвующие  в переваривании углеводов. Продукты, образующиеся при переваривании углеводов. Всасывание моносахаридов.

2. Переваривание липидов. Липазы и фосфолипазы. Продукты, образующиеся при переваривании липидов. Всасывание жирных кислот.

3. Желчные кислоты и парные желчные кислоты: строение, образование, биологическая роль. Энтерогепатическая циркуляция желчных кислот.

4. Переваривание белков. Протеиназы. Механизм активации протеиназ  желудочно-кишечного тракта. Эндопептидазы и экзопептидазы. Специфичность (избирательность) гидролиза пептидных связей. Гниение белков (аминокислот) в толстом кишечнике.

5. Роль гормонов желудочно-кишечного тракта (гистамина, гастрина, секретина, холецистокинина и соматостатина)  в регуляции секреции желудочного сока и сока поджелудочной железы. 

Раздел 10.1	Переваривание белков.
10.1.1. Переваривание белков, то есть расщепление их до отдельных аминокислот, начинается в желудке и заканчивается в тонком кишечнике. Переваривание происходит под действием желудочного, панкреатического и кишечного соков, которые содержат протеолитические ферменты (протеазы или пептидазы). Протеолитические ферменты относятся к классу гидролаз. Они катализируют гидролиз пептидных связей СО—NН белковой молекулы (рисунок 10.1): Рисунок 10.1. Гидролиз пептидных связей. 10.1.2. Все протеолитические ферменты можно разделить на две группы: экзопептидазы – катализируют разрыв концевой пептидной связи с освобождением N- или С-концевой аминокислоты; эндопептидазы – гидролизуют пептидные связи внутри полипептидной цепи, продуктами реакции являются пептиды с меньшей молекулярной массой. 10.1.3. Большинство протеолитических ферментов, участвующих в переваривании белков и пептидов, синтезируются и выделяются в полость пищеварительного тракта в виде неактивных предшественников – проферментов (зимогенов). Поэтому не происходит переваривания белков клеток, вырабатывающих проферменты. Активация проферментов осуществляется в просвете желудочно-кишечного тракта путём частичного протеолиза – отщепления части пептидной цепи зимогена. 10.1.4. Характеристика важнейших протеолитических ферментов приводится в таблице 10.1. Таблица 10.1 Некоторые протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта. Фермент Профермент Источник Активирующий фактор Место действия Оптимум рН Специфичность действия Пепсин Пепсиноген Желудочный сок Соляная кислота, аутокатализ Желудок 1,5 – 2,5 Эндопептидаза; разрыв связей: лей-глу; Х-фен; Х-тир Трипсин Трипсиноген Панкреатический сок Энтеропептидаза, аутокатализ Тонкий кишечник 7,5 – 8,5 Эндопептидаза; разрыв связей: арг-Х; лиз-Х Химотрипсин Химотрипсиноген Панкреатический сок Трипсин Тонкий кишечник 7,5 – 8,5 Эндопептидаза; разрыв связей: три-Х; фен-Х; тир-Х Карбоксипептидаза Прокарбоксипептидаза Панкреатический сок Трипсин Тонкий кишечник 7,5 – 8,5 Экзопептидаза; отщепление С-концевых аминокислот Аминопептидаза - Кишечный сок - Слизистая тонкого кишечника 7,5 – 8,5 Экзопептидаза; отщепление N-концевых аминокислот Примечание. Х – любая аминокислота.

Раздел 10.2	Гниение аминокислот в кишечнике и обезвреживание продуктов гниения.
10.2.1. Основная масса аминокислот, образовавшихся в пищеварительном тракте в результате переваривания белков, всасывается в кровь и пополняет аминокислотный фонд организма. Определённое количество невсосавшихся аминокислот подвергается гниению в толстом кишечнике. Гниение – превращения аминокислот, вызванные деятельностью микроорганизмов в толстом кишечнике. Усилению процессов гниения аминокислот могут способствовать: избыточное поступление белков с пищей; врождённые и приобретённые нарушения процесса всасывания аминокислот в кишечнике; снижение моторной функции кишечника. В результате гниения аминокислот образуются различные вещества, многие из которых являются токсичными для организма. Некоторые примеры продуктов гниения приводятся в таблице 10.2. Таблица 10.2 Продукты гниения аминокислот в кишечнике. Аминокислоты Продукты гниения Тирозин Крезол Фенол Триптофан Скатол Индол Цистеин, Метионин Метилмеркаптан Сероводород Лизин Кадаверин Орнитин Путресцин 10.2.2. Продукты гниения аминокислот являются ксенобиотиками – веществами, чужеродными для организма человека и должны быть обезврежены (инактивированы). Обезвреживание продуктов гниения аминокислот происходит в клетках печени после поступления веществ из кишечника с кровью воротной вены. Продукты обезвреживания хорошо растворяются в воде и поэтому легко выводятся из организма. Процесс обезвреживания включает, как правило, две фазы (стадии): фазу модификации и фазу конъюгации. 10.2.3. В фазе модификации вещества вступают в реакции микросомального окисления, в результате которого образуются полярные группы —ОН или —СООН. Если такие группы уже имеются, то обезвреживание может происходить непосредственно путём конъюгации. Реакции конъюгации заключаются в том, что к указанным группам присоединяется определённое соединение (глюкуроновая кислота, серная кислота, глицин и некоторые другие). Активной формой глюкуроновой кислоты является уридиндифосфоглюкуроновая кислота (УДФГК), активной формой серной кислоты - 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (ФАФС). Формулы этих соединений приводятся на рисунке 10.2.   Рисунок 10.2. Активные формы глюкуроновой и серной кислот. 10.2.4. Запомните некоторые примеры реакций обезвреживания: 1) обезвреживание фенола (реакция глюкуронидной конъюгации): 2) обезвреживание индола: а) гидроксилирование индола (фаза модификации): б) сульфатирование индоксила (фаза конъюгации): в) образование калиевой соли индоксилсульфата в канальцах почек: По количеству индикана в моче можно сделать заключение о скорость процессов гниения белков в кишечнике (при усилении гниения количество индикана увеличивается) и о функциональном состоянии печени (при нарушении обезвреживающей функции количество индикана уменьшается). 3) обезвреживание бензойной кислоты: По скорости образования и выведения гиппуровой кислоты с мочой после введения бензойной кислоты можно судить о функциональном состоянии печени. Этот диагностический тест получил название пробы Квика и используется в клинической практике.

Раздел 10.3	Переваривание липидов в кишечнике.
10.3.1. Основным местом переваривания липидов является верхний отдел тонкого кишечника. Для переваривания липидов необходимы следующие условия: наличие липолитических ферментов; условия для эмульгирования липидов; оптимальные значения рН среды (в пределах 5,5 – 7,5). 10.3.2. В расщеплении липидов участвуют различные ферменты. Пищевые жиры у взрослого человека расщепляются в основном панкреатической липазой; обнаруживается также липаза в кишечном соке, в слюне, у грудных детей активна липаза в желудке. Липазы относятся к классу гидролаз, они гидролизуют сложноэфирные связи -О-СО- с образованием свободных жирных кислот, диацилглицеролов, моноацилглицеролов, глицерола (рисунок 10.3). Рисунок 10.3. Схема гидролиза жиров. Поступающие с пищей глицерофосфолипиды подвергаются воздействию специфических гидролаз – фосфолипаз, расщепляющих сложноэфирные связи между компонентами фосфолипидов. Специфичность действия фосфолипаз показана на рисунке 10.4. Рисунок 10.4. Специфичность действия ферментов, расщепляющих фосфолипиды. Продуктами гидролиза фосфолипидов являются жирные кислоты, глицерол, неорганический фосфат, азотистые основания (холин, этаноламин, серин). Пищевые эфиры холестерола гидролизуются панкреатической холестеролэстеразой с образованием холестерола и жирных кислот. 10.3.3. Уясните особенности структуры желчных кислот и их роль в переваривании жиров. Желчные кислоты – конечный продукт обмена холестерола, образуются в печени. К ним относятся: холевая (3,7,12-триоксихолановая), хенодезоксихолевая (3,7-диоксихолановая)и дезоксихолевая (3, 12-диоксихолановая) кислоты (рисунок 10.5, а). Две первые являются первичными желчными кислотами (образуются непосредственно в гепатоцитах), дезоксихолевая – вторичной (так как образуется из первичных желчных кислот под влиянием микрофлоры кишечника). В желчи эти кислоты присутствуют в конъюгированной форме, т.е. в виде соединений с глицином Н2N-СН2-СООН или таурином Н2N-СН2-СН2-SO3H (рисунок 10.5, б). Рисунок 10.5. Строение неконъюгированных (а) и конъюгированных (б) желчных кислот. 15.1.4. Желчные кислоты обладают амфифильными свойствами: гидроксильные группы и боковая цепь гидрофильны, циклическая структура гидрофобна. Эти свойства обусловливают участие желчных кислот в переваривании липидов: 1) желчные кислоты способны эмульгировать жиры, их молекулы своей неполярной частью адсорбируются на поверхности жировых капель, в то же время гидрофильные группы вступают во взаимодействие с окружающей водной средой. В результате снижается поверхностное натяжение на границе раздела липидной и водной фаз, вследствие чего крупные жировые капли разбиваются на более мелкие; 2) желчные кислоты наряду с колипазой желчи участвуют в активировании панкреатической липазы, сдвигая её оптимум рН в кислую сторону; 3) желчные кислоты образуют с гидрофобными продуктами переваривания жиров водорастворимые комплексы, что способствует их всасыванию в стенку тонкого кишечника. Желчные кислоты, проникающие в процессе всасывания вместе с продуктами гидролиза в энтероциты, через портальную систему поступают в печень. Эти кислоты могут повторно секретироваться с желчью в кишечник и участвовать в процессах переваривания и всасывания. Такая энтеро-гепатическая циркуляция желчных кислот может осуществляться до 10 и более раз в сутки. 15.1.5. Особенности всасывания продуктов гидролиза жиров в кишечнике представлены на рисунке 10.6. В процессе переваривания пищевых триацилглицеролов около 1/3 их расщепляется полностью до глицерола и свободных жирных кислот, приблизительно 2/3 гидролизуется частично с образованием моно- и диацилглицеролов, небольшая часть совсем не расщепляется. Глицерол и свободные жирные кислоты с длиной цепи до 12 углеродных атомов растворимы в воде и проникают в энтероциты, а оттуда через воротную вену в печень. Более длинные жирные кислоты и моноацилглицеролы всасываются при участии конъюгированных желчных кислот, формирующих мицеллы. Нерасщеплённые жиры, по-видимому, могут поглощаться клетками слизистой кишечника путём пиноцитоза. Нерастворимый в воде холестерол, подобно жирным кислотам, всасывается в кишечнике в присутствии желчных кислот. Рисунок 10.6. Переваривание и всасывание ацилглицеролов и жирных кислот.

Раздел 10.4	Ресинтез липидов в стенке кишечника и образование хиломикронов.
10.4.1. В клетках слизистой оболочки кишечника из продуктов переваривания пищевых липидов синтезируются липиды, специфичные для организма (жирнокислотный состав таких липидов соответствует жирнокислотному составу эндогенных жиров). В процессе ресинтеза образуются главным образом триацилглицеролы, а также фосфолипиды и эфиры холестерола. 10.4.2. Транспорт ресинтезированных липидов из стенки кишечника происходит в виде хиломикронов. Хиломикроны представляют собой комплексные частицы, состоящие из липидов и белков. Они имеют сферическую форму, диаметр их составляет около 1 мкм. Липидное ядро хиломикронов образуют триацилглицеролы (80% и более) и эфиры холестерола. Оболочку хиломикрона составляют амфифильные соединения – белки (аполипопротеины), фосфолипиды и свободный холестерол (см. рисунок 10.7). Рисунок 10.7. Схема строения хиломикрона. Хиломикроны являются транспортной формой липидов от кишечника к другим органам и тканям; они поступают из клеток слизистой сначала в лимфу, а затем в кровь. Клетки эндотелия кровеносных капилляров жировой ткани, клеток печени и других органов содержат фермент липопротеинлипазу. Липопротеинлипаза воздействует на хиломикроны, гидролизуя входящие в их состав жиры.

Раздел 10.5	Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте.
10.5.1. Процесс переваривания углеводов представлен на схеме (рисунок 10.8). Рисунок 10.8. Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте. Гидролиз крахмала начинается в ротовой полости. В слюне содержится фермент амилаза, частично расщепляющая крахмал. Основное место переваривания крахмала - тонкий кишечник. Туда поступает амилаза сока поджелудочной железы. Продуктом действия амилазы является мальтоза. Мальтоза далее расщепляется с помощью мальтазы до глюкозы, дисахарид лактоза (содержащаяся в молоке) расщепляется с помощью лактазы до глюкозы и галактозы. Дисахарид сахароза (содержащаяся в пищевом сахаре) расщепляется с помощью сахаразы до глюкозы и фруктозы. 10.5.2. Продукты полного переваривания углеводов - глюкоза, галактоза и фруктоза - через клетки кишечника поступают в кровь путем облегченной диффузии и активного транспорта. 10.5.3. Основные пути метаболизма углеводов в тканях. После всасывания из желудочно-кишечного тракта моносахариды поступают через систему портальной вены в печень. В гепатоцитах происходит превращение галактозы и фруктозы в глюкозу. Таким образом, глюкоза является основным моносахаридом, который поступает в общий кровоток после прохождения углеводов через печень. Содержание глюкозы в крови здорового человека составляет 3,33 – 5,55 ммоль/л. Глюкоза поглощается из крови клетками всех тканей и органов. 10.5.4. Известны врождённые дефекты ферментов обмена лактозы. Врождённый дефект фермента лактазы приводит к развитию непереносимости лактозы. Употребление в пищу молока сопровождается диспептическими явлениями (рвота, диаррея, метеоризм).

Раздел 10.6	Регуляция пищеварения.
10.6.1. Переваривание компонентов пищи регулируется системой гормоноподобных веществ, образующихся в разных отделах желудочно-кишечного тракта. 10.6.2. Гистамин - биогенный амин, продукт декарбоксилирования аминокислоты гистидина. Образование гистамина происходит в слизистой желудка. Рецепторы гистамина (H2-рецепторы) находятся в главных и обкладочных клетках желудка. под действием гистамина происходит стимуляция желудочной секреции соляной кислоты и в меньшей степени пепсиногена. Гастрин - пептидный гормон, секретируется G-клетками пилорического отдела желудка в ответ на растяжение стенки желудка или повышение рН желудочного содержимого. Воздействует на главные и обкладочные клетки слизистой желудка, стимулируя секрецию как пепсиногена, так и соляной кислоты. Секретин - пептидный гормон, выделяемый S-клетками слизистой двенадцатиперстной кишки в ответ на снижение pH среды после поступления туда желудочного содержимого. Всасываясь в кровь, воздействует на клетки поджелудочной железы, вызывая секрецию обогащённого бикарбонатами панкреатического сока. Кроме того, в печени секретин стимулирует образование желчи и выделение желчных кислот в просвет двенадцатиперстной кишки. Одновременно секретин тормозит желудочную секрецию соляной кислоты. Соматостатин - гормон дельта-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы, а также один из гормонов гипоталамуса. По химическому строению является пептидным гормоном. Он подавляет секрецию различных гормонально активных пептидов, вырабатываемых в желудке, кишечнике, печени и поджелудочной железе. В частности, он понижает секрецию гастрина и холецистокинина. Холецистокинин (старое название - панкреозимин)- пептидный гормон, синтезируемый, главным образом, клетками слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки в ответ на поступление из желудка белков и жирных кислот в составе химуса. Он стимулирует сокращение желчного пузыря, секрецию желчи и пищеварительных ферментов поджелудочной железы. Ацетилхолин - нейромедиатор, выделяемый парасимпатическими волокнами, стимулирует секрецию соляной кислоты через М-холинорецепторы париетальных клеток. Одновременно усиливает секрецию панкреатического сока.