Пищеварительный фермент - Digestive enzyme
Пищеварительные ферменты - это группа ферментов, которые расщепляют полимерные макромолекулы на более мелкие строительные блоки, чтобы облегчить их усвоение организмом. Пищеварительные ферменты находятся в пищеварительном тракте животных (включая человека) и в трактах плотоядных растений, где они помогают в переваривании пищи, а также внутри клеток , особенно в их лизосомах , где они действуют для поддержания клеточного выживания. Пищеварительные ферменты различной специфичности обнаружены в слюне, секретируемой слюнными железами , в секретах клеток, выстилающих желудок, в соке поджелудочной железы, секретируемом экзокринными клетками поджелудочной железы, и в секретах клеток, выстилающих тонкий и толстый кишечник.
Пищеварительные ферменты классифицируются на основе их целевых субстратов :
- Липазы расщепляют жирные кислоты из жиров и масел .
- Протеазы и пептидазы расщепляют белки на небольшие пептиды и аминокислоты .
- Амилазы расщепляют углеводы, такие как крахмал и сахар, на простые сахара, такие как глюкоза .
- Нуклеазы расщепляют нуклеиновые кислоты на нуклеотиды .
В пищеварительной системе человека основными участками пищеварения являются рот, желудок и тонкий кишечник. Пищеварительные ферменты секретируются различными экзокринными железами, включая:
- Слюнные железы
- Желудочные железы в желудке
- Секреторные клетки (островки) поджелудочной железы
- Секреторные железы тонкой кишки
Рот
Сложные пищевые вещества, принимаемые животными и людьми, должны быть разбиты на простые, растворимые и диффундирующие вещества, прежде чем они смогут абсорбироваться. В полости рта слюнные железы выделяют множество ферментов и веществ, которые способствуют пищеварению, а также дезинфекции. К ним относятся следующие:
- лингвальная липаза : переваривание липидов начинается во рту. Лингвальная липаза запускает переваривание липидов / жиров.
- Амилаза слюны : переваривание углеводов также начинается во рту. Амилаза, вырабатываемая слюнными железами, расщепляет сложные углеводы, в основном вареный крахмал, на более мелкие цепочки или даже простые сахара. Иногда его называют птиалином .
- лизоцим : учитывая, что пища содержит больше, чем просто необходимые питательные вещества, например бактерии или вирусы, лизоцим обладает ограниченной и неспецифической, но полезной антисептической функцией при пищеварении.
Следует отметить разнообразие слюнных желез. Есть два типа слюнных желез:
- серозные железы : эти железы производят секрет, богатый водой, электролитами и ферментами. Прекрасным примером серозной железы ротовой полости является околоушная железа.
- Смешанные железы : эти железы состоят как из серозных, так и слизистых клеток и включают подъязычные и подчелюстные железы. Их секрет муцинозный и имеет высокую вязкость .
Желудок
Ферменты, которые секретируются в желудке, представляют собой желудочные ферменты . Желудок играет важную роль в пищеварении, как в механическом смысле, смешивая и измельчая пищу, так и в ферментативном смысле, переваривая ее. Ниже приведены ферменты, вырабатываемые желудком, и их соответствующие функции:
- Пепсин - главный желудочный фермент. Он вырабатывается клетками желудка, называемыми «главными клетками», в неактивной форме пепсиногеном , который является зимогеном . Затем пепсиноген активируется кислотой желудка в его активную форму, пепсин. Пепсин расщепляет белок в пище на более мелкие частицы, такие как пептидные фрагменты и аминокислоты . Таким образом, переваривание белков в первую очередь начинается в желудке, в отличие от углеводов и липидов, которые начинают свое переваривание во рту (однако, следовые количества фермента калликреина , который катаболизирует определенный белок, содержится в слюне во рту).
- Желудочная липаза : желудочная липаза - это кислая липаза, секретируемая главными клетками желудка в слизистой оболочке фундального отдела желудка. Оптимум pH составляет 3–6. Желудочная липаза вместе с лингвальной липазой составляют две кислые липазы. Эти липазы, в отличие от щелочных липаз (таких как липаза поджелудочной железы ), не требуют желчной кислоты или колипазы для оптимальной ферментативной активности. Кислые липазы составляют 30% гидролиза липидов, происходящего во время пищеварения у взрослого человека, при этом желудочная липаза вносит наибольший вклад из двух кислотных липаз. У новорожденных кислотные липазы имеют гораздо большее значение, обеспечивая до 50% общей липолитической активности.
Гормоны или соединения, вырабатываемые желудком, и их соответствующие функции:
- Соляная кислота (HCl): по сути, это положительно заряженные атомы водорода (H +), или, проще говоря, желудочная кислота , вырабатываемая клетками желудка, называемыми париетальными клетками. HCl в основном действует для денатурации проглоченных белков, уничтожения любых бактерий или вирусов, оставшихся в пище, а также активации пепсиногена в пепсин.
- Внутренний фактор (IF): внутренний фактор вырабатывается париетальными клетками желудка. Витамин B12 (Vit. B12) - важный витамин, который требует помощи для абсорбции в терминальной части подвздошной кишки . Первоначально в слюне гаптокоррин, секретируемый слюнными железами, связывает Vit. B, создав вит. B12-Гаптокорриновый комплекс. Цель этого комплекса - защитить витамин B12 от соляной кислоты, вырабатываемой в желудке. Как только содержимое желудка выходит из желудка в двенадцатиперстную кишку, гаптокоррин расщепляется ферментами поджелудочной железы, высвобождая интактный витамин B12. Внутренний фактор (IF), продуцируемый париетальными клетками, затем связывает витамин B12, создавая Vit. Комплекс B12-IF. Затем этот комплекс абсорбируется в терминальной части подвздошной кишки .
- Муцин : Желудок имеет первостепенное значение для уничтожения бактерий и вирусов, используя свою высококислотную среду, но также обязан защищать свою слизистую оболочку от этой кислоты. В желудке это достигается за счет выделения муцина и бикарбоната через слизистые клетки, а также за счет быстрого обмена клеток.
- Гастрин : это важный гормон, вырабатываемый « G-клетками » желудка. G-клетки производят гастрин в ответ на растяжение желудка, возникающее после попадания в него пищи, а также после контакта желудка с белком. Гастрин является эндокринным гормоном и поэтому попадает в кровоток и в конечном итоге возвращается в желудок, где он стимулирует париетальные клетки производить соляную кислоту (HCl) и внутренний фактор (IF).
Следует отметить разделение функций между клетками, покрывающими желудок. В желудке есть четыре типа клеток:
- Париетальные клетки : продуцируют соляную кислоту и внутренний фактор.
- Главные клетки желудка : продуцируют пепсиноген. Главные клетки в основном находятся в теле желудка , который является средней или верхней анатомической частью желудка.
- Слизистые клетки шеи и ямки : продуцируют муцин и бикарбонат, чтобы создать «нейтральную зону» для защиты слизистой оболочки желудка от кислоты или раздражителей в химусе желудка .
- G-клетки : продуцируют гормон гастрин в ответ на растяжение слизистой оболочки желудка или белка и стимулируют выработку их секреции париетальными клетками. G-клетки расположены в антральном отделе желудка, самом нижнем отделе желудка.
Секреция предыдущими клетками контролируется кишечной нервной системой . Вздутие желудка или иннервация блуждающим нервом (через парасимпатический отдел вегетативной нервной системы ) активирует ENS, что, в свою очередь, приводит к высвобождению ацетилхолина . Будучи присутствующим, ацетилхолин активирует G-клетки и париетальные клетки.
Поджелудочная железа
Поджелудочная железа является как эндокринной, так и экзокринной железой, поскольку она функционирует для выработки эндокринных гормонов, высвобождаемых в систему кровообращения (таких как инсулин и глюкагон ), для контроля метаболизма глюкозы, а также для выделения пищеварительного / экзокринного панкреатического сока, который секретируется. в конечном итоге через проток поджелудочной железы в двенадцатиперстную кишку. Пищеварительная или внешнесекреторная функция поджелудочной железы так же важна для поддержания здоровья, как и ее эндокринная функция.
Две популяции клеток паренхимы поджелудочной железы составляют ее пищеварительные ферменты:
- Клетки протоков : в основном отвечают за выработку бикарбоната (HCO3), который нейтрализует кислотность химуса желудка, попадающего в двенадцатиперстную кишку через привратник. Проточные клетки поджелудочной железы стимулируются гормоном секретином для производства их богатых бикарбонатом секреций, что, по сути, является механизмом биологической обратной связи; высококислый желудочный химус, попадающий в двенадцатиперстную кишку, стимулирует клетки двенадцатиперстной кишки, называемые «S-клетками», для выработки гормона секретина и его выброса в кровоток. Поступивший в кровь секретин в конечном итоге вступает в контакт с клетками протоков поджелудочной железы, стимулируя их выработку богатого бикарбонатом сока. Секретин также подавляет выработку гастрина «G-клетками», а также стимулирует ацинарные клетки поджелудочной железы к выработке их ферментов поджелудочной железы.
- Ацинарные клетки : в основном отвечают за выработку неактивных ферментов поджелудочной железы ( зимогенов ), которые, когда они присутствуют в тонкой кишке, активируются и выполняют свои основные пищеварительные функции, расщепляя белки, жир и ДНК / РНК. Ацинарные клетки стимулируются холецистокинином (CCK), который представляет собой гормон / нейромедиатор, вырабатываемый клетками кишечника (I-клетки) двенадцатиперстной кишки. ХЦК стимулирует выработку зимогенов поджелудочной железы.
Панкреатический сок , состоящий из секрета протоковых и ацинарных клеток, содержит следующие пищеварительные ферменты:
- Трипсиноген , который представляет собой неактивную (зимогенную) протеазу, которая после активации в двенадцатиперстной кишке до трипсина расщепляет белки основных аминокислот. Трипсиноген активируется энтерокиназой двенадцатиперстной кишки в активную форму трипсина.
- Химотрипсиноген , который представляет собой неактивную (зимогенную) протеазу, которая после активации двенадцатиперстной энтерокиназой превращается в химотрипсин и расщепляет белки по их ароматическим аминокислотам . Химотрипсиноген также может активироваться трипсином.
- Карбоксипептидаза , которая представляет собой протеазу, которая отщепляет концевую аминокислотную группу от белка.
- Несколько эластаз , разрушающих белок эластин и некоторые другие белки.
- Липаза поджелудочной железы, которая расщепляет триглицериды на две жирные кислоты и моноглицерид .
- Стеролэстераза
- Фосфолипаза
- Несколько нуклеазы , которые разлагаются нуклеиновых кислот, такие как ДНКазы и РНКазы
- Амилаза поджелудочной железы, которая расщепляет крахмал и гликоген, которые представляют собой альфа-связанные полимеры глюкозы. Людям не хватает целлюлаз для переваривания углеводной целлюлозы, которая представляет собой бета-связанный полимер глюкозы.
Некоторые из предшествующих эндогенных ферментов имеют фармацевтические аналоги ( ферменты поджелудочной железы (лекарства) ), которые вводят людям с внешнесекреторной недостаточностью поджелудочной железы .
Экзокринная функция поджелудочной железы частично обязана своей заметной надежностью механизмам биологической обратной связи, контролирующим секрецию сока. Следующие важные механизмы биологической обратной связи поджелудочной железы важны для поддержания баланса / производства сока поджелудочной железы:
- Секретин , гормон, вырабатываемый «S-клетками» двенадцатиперстной кишки в ответ на химус желудка, содержащий высокую концентрацию атомов водорода (высокая кислотность), попадает в кровоток; по возвращении в пищеварительный тракт секреция уменьшает опорожнение желудка, увеличивает секрецию протоковых клеток поджелудочной железы, а также стимулирует ацинарные клетки поджелудочной железы к высвобождению их зимогенного сока.
- Холецистокинин (ХЦК) - уникальный пептид, выделяемый «I-клетками» двенадцатиперстной кишки в ответ на химус, содержащий большое количество жира или белка. В отличие от секретина, который является эндокринным гормоном, CCK на самом деле работает через стимуляцию нейронной цепи, конечным результатом которой является стимуляция ацинарных клеток к высвобождению их содержимого. CCK также увеличивает сокращение желчного пузыря, в результате чего желчь выдавливается в пузырный проток , общий желчный проток и, в конечном итоге, в двенадцатиперстную кишку. Желчь, конечно, способствует усвоению жира, превращая его в эмульсию, увеличивая его абсорбирующую поверхность. Желчь вырабатывается печенью, но хранится в желчном пузыре.
- Пептид-ингибитор желудка (GIP) продуцируется клетками слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки в ответ на химус, содержащий большое количество углеводов, белков и жирных кислот . Основная функция GIP - уменьшить опорожнение желудка.
- Соматостатин - это гормон, вырабатываемый клетками слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки, а также «дельта-клетками» поджелудочной железы. Соматостатин оказывает сильное ингибирующее действие, в том числе на продукцию поджелудочной железы.
Тонкий кишечник
В двенадцатиперстной кишке вырабатываются следующие ферменты / гормоны:
- секретин : это эндокринный гормон, вырабатываемый « S-клетками » двенадцатиперстной кишки в ответ на кислотность желудочного химуса.
- Холецистокинин (ХЦК) - уникальный пептид, выделяемый «I-клетками» двенадцатиперстной кишки в ответ на химус, содержащий большое количество жира или белка. В отличие от секретина, который является эндокринным гормоном, CCK на самом деле работает через стимуляцию нейронной цепи, конечным результатом которой является стимуляция ацинарных клеток к высвобождению их содержимого. CCK также увеличивает сокращение желчного пузыря, вызывая выброс предварительно накопленной желчи в пузырный проток и, в конечном итоге, в общий желчный проток и через ампулу Фатера во второе анатомическое положение двенадцатиперстной кишки. CCK также снижает тонус сфинктера Одди , который является сфинктером, регулирующим поток через ампулу Фатера. CCK также снижает активность желудочного сока и уменьшает его опорожнение, тем самым давая поджелудочным сокам больше времени для нейтрализации кислотности желудочного химуса.
- Пептид, ингибирующий желудочный (GIP): этот пептид снижает перистальтику желудка и продуцируется клетками слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки.
- мотилин : это вещество увеличивает перистальтику желудочно-кишечного тракта с помощью специализированных рецепторов, называемых «рецепторами мотилина».
- соматостатин: этот гормон вырабатывается слизистой оболочкой двенадцатиперстной кишки, а также дельта-клетками поджелудочной железы. Его основная функция - подавление различных секреторных механизмов.
Повсюду в слизистой оболочке тонкой кишки расположены многочисленные ферменты щеточной каймы , функция которых заключается в дальнейшем расщеплении химуса, выделяемого из желудка, на абсорбируемые частицы. Эти ферменты всасываются во время перистальтики. Некоторые из этих ферментов включают:
- Различные экзопептидазы и эндопептидазы, включая дипептидазы и аминопептидазы, которые превращают пептоны и полипептиды в аминокислоты.
- Мальтаза : превращает мальтозу в глюкозу.
- Лактаза : это важный фермент, который превращает лактозу в глюкозу и галактозу. У большинства жителей Ближнего Востока и Азии этот фермент отсутствует. Этот фермент также уменьшается с возрастом. Таким образом непереносимость лактозы является обычной брюшной жалобой на Ближнем Востоке, Азии и пожилой возраст, проявляющийся с вздутием живота, болями в животе, и осмотической диареей .
- Сахараза : превращает сахарозу в глюкозу и фруктозу.
- Другие дисахаридазы
Растения
У хищных растений пищеварительные ферменты и кислоты разрушают насекомых, а у некоторых растений - мелких животных. У некоторых растений лист обрушивается на добычу, чтобы усилить контакт, у других есть небольшой сосуд с пищеварительной жидкостью . Затем жидкости пищеварения используются для переваривания добычи, чтобы получить необходимые нитраты и фосфор . Поглощение необходимых питательных веществ обычно более эффективно, чем у других растений. Пищеварительные ферменты независимо возникли у хищных растений и животных.
Некоторые плотоядные растения, такие как гелиамфора , не используют пищеварительные ферменты, но используют бактерии для расщепления пищи. Эти растения не имеют пищеварительных соков, но используют гниль добычи.
Пищеварительные ферменты некоторых хищных растений:
- Гидролитический процесс
- Эстеразам гидролазы фермента
- Фермент протеазы
- Фермент нуклеазы
- Фермент фосфатазы
- Фермент глюканаза
- Фермент пероксидаза
- Мочевина и органические соединения
- Фермент хитиназа