Пищеварение и ферменты. Переваривание белков, жиров, углеводов

В пищевом рационе человека встречаются только три основных источника углеводов: (1) сахароза, которая является дисахаридом и широко известна как тростниковый сахар; (2) лактоза, являющаяся дисахаридом молока; (3) крахмал - полисахарид, представленный практически во всей растительной пище, в особенности в картофеле и различных видах зерновых. Другими углеводами, усваиваемыми в небольшом количестве, являются амилоза, гликоген, алкоголь, молочная кислота, пиро-виноградная кислота, пектины, декстрины и в наименьшем количестве - производные углеводов в мясе.

Пища также содержит большое количество целлюлозы, которая является углеводом. Однако в пищеварительном тракте человека не существует фермента, способного расщепить целлюлозу, поэтому целлюлоза не рассматривается как пищевой продукт, пригодный для человека.

Переваривание углеводов в ротовой полости и желудке. Когда пища пережевывается, она смешивается со слюной, которая содержит пищеварительный фермент птиалин (амилазу), секретирующийся в основном околоушными железами. Этот фермент гидролизует крахмал на дисахарид мальтозу и другие небольшие глюкозные полимеры, содержащие от 3 до 9 молекул глюкозы. Однако в ротовой полости пища находится короткое время, и, вероятно, до акта глотания гидролизуется не более 5% крахмала.

Тем не менее, переваривание крахмала иногда продолжается в теле и дне желудка еще в течение 1 ч до тех пор, пока пища не начнет перемешиваться с желудочным секретом. Затем активность амилазы слюны блокируется соляной кислотой желудочного секрета, т.к. амилаза как фермент в принципе не активна при снижении рН среды ниже 4,0. Несмотря на это, в среднем до 30-40% крахмала гидролизуется в мальтозу прежде, чем пища и сопутствующая ей слюна полностью перемешаются с желудочными секретами.

Переваривание углеводов в тонком кишечнике . Переваривание панкреатической амилазой. Секрет поджелудочной железы, как и слюна, содержит большое количество амилазы, т.е. он почти полностью схож в своих функциях с ос-амилазой слюны, но в несколько раз эффективнее. Таким образом, не более чем через 15-30 мин после того, как химус из желудка попадет в двенадцатиперстную кишку и смешается с соком поджелудочной железы, фактически все углеводы оказываются переваренными.

В результате прежде чем углеводы выйдут за пределы двенадцатиперстной кишки или верхнего отдела тощей кишки, они почти полностью превращаются в мальтозу и/или в другие очень небольшие полимеры глюкозы.

Гидролиз дисахаридов и небольших полимеров глюкозы в моносахариды ферментами кишечного эпителия. Энтероциты, выстилающие ворсинки тонкого кишечника, содержат четыре фермента (лактазу, сахаразу, мальтазуи декстриназу), способных расщеплять дисахариды лактозу, сахарозу и мальтозу, а также другие небольшие глюкозные полимеры на их конечные моносахариды. Эти ферменты локализованы в микроворсинках щеточной каемки, покрывающей энтероциты, поэтому дисахариды перевариваются сразу, как только соприкасаются с этими энтероцитами.

Лактоза расщепляется на молекулу галактозы и молекулу глюкозы. Сахароза расщепляется на молекулу фруктозы и молекулу глюкозы. Мальтоза и другие небольшие глюкозные полимеры расщепляются на многочисленные молекулы глюкозы. Таким образом, конечными продуктами переваривания углеводов являются моносахариды. Все они растворяются в воде и мгновенно всасываются в портальный кровоток.

В обычной пище , в которой из всех углеводов больше всего крахмала, более 80% конечного продукта переваривания углеводов составляет глюкоза, а галактоза и фруктоза - редко более 10%.

Все пищевые продукты, главным образом, состоят из белков, углеводов и липидов. В процессе пищеварения в желудочно-кишечном тракте млекопитающих три основных компонента пищи: углеводы, жиры и белки подвергаются ферментативному гидролизу, распадаясь при этом на составляющие строительные блоки, из которых они образованы. Этот процесс необходим для утилизации пищевых продуктов, поскольку клетки, выстилающие кишечник, способны всасывать в кровоток только относительно небольшие молекулы. Усвоение полисахаридов и даже дисахаридов становится возможным только после их полного гидролиза пищеварительными ферментами до моносахаридов. Аналогичным образом белки и липиды также должны быть гидролизованы до блоков, из которых они построены.

Процесс пищеварения начинается с ротовой полости и желудка, тогда как конечные этапы переваривания всех основных компонентов пищи и всасывание в кровь составляющих их структурных блоков происходят в тонком кишечнике. Анатомически тонкий кишечник хорошо приспособлен для выполнения этой функции, поскольку он обладает очень большой площадью поверхности, через которую происходит всасывание. Тонкий кишечник характеризуется не только большой длиной ≈ 4,5 м), но также наличием на его внутренней поверхности множества складок с большим количеством пальцевидных выступов, называемых ворсинками. Каждая ворсинка покрыта эпителиальными клетками, несущими многочисленные микроворсинки. Ворсинки создают огромную поверхность, через которую продукты переваривания быстро транспортируются в эпителиальные клетки, а из них – в капилляры кровеносной системы и в лимфатические сосуды, расположенные в стенке кишечника. Площадь поверхности тонкого кишечника человека составляет ≈ 180 м 2 , т.е. лишь немногим меньше игровой площадки теннисного корта.

В микроворсинках содержатся пучки актиновых микрофиламентов, соединенных в основаниях микроворсинок с сетью миозиновьк нитей. Эта система нитей обеспечивает волнообразные колебания микроворсинок, благодаря которым происходит местное перемешивание и лучшее всасывание переваренных питательных веществ.

Усвоение белков

Белки пищи расщепляются ферментами в желудочно-кишечном тракте до составляющих их аминокислот (рис. 1.1). Белки, поступающие в желудок, стимулируют выделение гормона гастрина, который в свою очередь вызывает секрецию соляной кислоты обкладочными клетками желез слизистой желудка, а также пепсиногена главными клетками. Желудочный сок имеет рН от 1,5 до 2,5. Благодаря такой кислотности он действует как антисептик, убивая большинство бактерий и других клеток. Кроме того, в условиях низкого рН желудочного сока глобулярные белки подвергаются денатурации, их молекулы разворачиваются и вследствие этого внутренние пептидные связи полипептидных цепей становятся более доступными для ферментативного гидролиза. Пепсиноген, являющийся неактивным предшественником фермента, или зимогеном, превращается в желудочном соке в активный пепсин в результате ферментативного действия самого пепсина, т.е. путем автокатализа. В ходе этого процесса с N-конца полипептидной цепи пепсиногена отщепляются 42

	Активность
(К. Ф. 3.4.4.1)	Tyr , Phe , Tгр , Leu , Glu , Gln
(К. Ф. 3.4.4.4)	Атакует пептидные связи образованные: Lys , Arg
Химотрипсин (К. Ф. 3.4.4.5)	Атакует пептидные связи образованные: Tyr , Phe , Tr p
Карбоксипептидаза (К. Ф. 3.4.2.1)	Последовательное отщепление С-концевых остатков
Аминопептидаза (К. Ф. 3.4.1.1)	Последовательное отщепление N-концевых остатков

Рис. 1.1. – Переваривание белков: 1 – протеолитические ферменты

аминокислотных остатка в виде смеси коротких пептидов. Остающаяся интактной остальная часть молекулы пепсиногена представляет собой ферментативно активный пепсин (К. Ф. 3.4.4.1). В желудке пепсин гидролизует те пептидные связи в белках, которые образованы ароматическими аминокислотами: тирозином, фенилаланином и триптофаном, а также рядом других; в итоге из длинных полипептидных цепей образуется смесь более коротких пептидов.

Как только кислое содержимое желудка попадает в тонкий кишечник, в нем под влиянием низкого рН начинается секреция гормона секретина, поступающего в кровь. Этот гормон в свою очередь стимулирует выделение из поджелудочной железы в тонкий кишечник бикарбоната, что приводит к нейтрализации НС1 желудочного сока. В результате рН резко возрастает от 1,5–2,5, до ≈ 7. В тонком кишечнике переваривание белков продолжается. Поступление аминокислот в двенадцатиперстную кишку вызывает освобождение гормона холецистокинина, который стимулирует секрецию нескольких ферментов поджелудочной железы с оптимумом рН около 7. Три из них: трипсин (К. Ф. 3.4.4.4), химотрпсин (К. Ф. 3.4.4.5) и карбоксипептидаза (К. Ф. 3.4.2.1) – вырабатываются экзокринными клетками поджелудочной железы в виде ферментативно неактивных зимогенов: трипсиногена, химотрипсиногена и прокарбоксипептидазы, соответственно. Благодаря синтезу протеолитических ферментов в виде неактивных предшественников экзокринные клетки не подвергаются разрушению этими ферментами. Попав в тонкий кишечник, трипсиноген, под действием энтерокиназы, специализированного протеолитического фермента, секретируемого клетками кишечного эпителия, превращается в активную форму – трипсин. Свободный трипсин по мере своего образования также участвует в каталитическом превращении трипсиногена в трипсин. Образование свободного трипсина обусловлено отщеплением гексапептида от N-конца полипептидной цепи трипсиногена.

Активный центр трипсина состоит из трех аминокислотных остатков: серин-195 (принято, что нумерация аминокислотных остатков в трипсине соответствует их положениям в проферменте), гистидин-57 и аспарагиновая кислота-102. Сорбционный участок содержит карбоксильную группу аспарагиновой кислоты-189, которая определяет специфичность трипсина к положительно заряженным субстратам. Механизм каталитического гидролиза включает стадию сорбции субстрата, расщепления пептидной связи с образованием ацилфермента и переноса ацильной группы на нуклеофильный акцептор. Трипсин гидролизует пептидные связи, образованные с участием карбонильных групп лизина и аргинина.

Молекула химотрипсиногена представляет собой одну полипептидную цепь с несколькими внутрицепочечными дисульфидными связями. Попав в тонкий кишечник, химотрипсиноген превращается в химотрипсин под действием трипсина, который разрывает длинную полипептидную цепь химотрипсиногена в двух местах, выстригая дипептиды. Три фрагмента, образовавшиеся из исходной цепи химотрипсиногена, удерживаются, однако, вместе посредством перекрестных дисульфидных связей. Химотрипсин гидролизует пептидные связи, образованные остатками фенилаланина, тирозина и триптофана. Следовательно, трипсин и химотрипсин расщепляют полипептиды, образовавшиеся в желудке под действием пепсина, на пептиды меньшей величины. Этот этап переваривания белков протекает с очень высокой эффективностью, поскольку пепсин, трипсин и химотрипсин проявляют при гидролизе полипептидных цепей разную специфичность в отношении пептидных связей, образованных разными аминокислотами.

Деградация коротких пептидов в тонком кишечнике осуществляется другими пептидазами. К ним относится в первую очередь карбоксипептидаза – цинксодержащий фермент, синтезируемый в поджелудочной железе в виде неактивного зимогена прокарбоксипептидазы. Активный центр карбоксипептидазы имеет форму кармана, в полости которого находится атом Zn. В активный центр входят также остатки глутаминовой кислоты, тирозина и аргинина. Функция последнего в механизме катализа – связывание С-концевой карбоксильной группы. Карбоксипептидаза последовательно отщепляет от пептидов С-концевые остатки.

Тонкий кишечник секретирует также аминопептидазу (К. Ф. 3.4.1.1), отщепляющую от коротких пептидов один за другим N-концевые остатки.

В результате последовательного действия этих протеолитических ферментов и пептидаз перевариваемые белки в конечном итоге превращаются в смесь свободных аминокислот, которые далее транспортируются через эпителиальные клетки, выстилающие тонкие кишки. Свободные аминокислоты проникают в капилляры ворсинок и переносятся кровью в печень.

В желудочно-кишечном тракте человека не все белки перевариваются целиком. Большинство животных белков почти полностью гидролизуются до аминокислот, однако ряд фибриллярных белков, например кератин, переваривается только частично. Многие белки растительной пищи, в частности белки зерен злаков, неполностью расщепляются в силу того, что белковая часть семян и зерен покрыта неперевариваемой целлюлозной оболочкой (шелухой).

Известно редкое заболевание стеаторрея (упорный понос), при котором ферменты кишечника не способны переваривать определенные водорастворимые белки зерна, в частности глиадин, повреждающий эпителиальные клетки кишечника. Из пищи таких больных исключают зерновые продукты. Другим заболеванием, связанным с отклонением от нормы активности протеолитических ферментов пищеварительного тракта, является острый панкреатит. При этом заболевании, обусловленном нарушением процесса выделения сока поджелудочной железы в кишечник, предшественники протеолитических ферментов (зимогены) превращаются в соответствующие каталитически активные формы слишком рано, будучи еще внутри клеток поджелудочной железы.

В результате эти мощные ферменты воздействуют на ткань самой железы, вызывая глубокое и очень болезненное разрушение органа, что может привести к смертельному исходу. В норме зимогены, выделяемые поджелудочной железой, не активируются до тех пор, пока не попадут в тонкий кишечник. Поджелудочная железа защищается от самопереваривания и другим путем: в ней синтезируется особый белок – специфический ингибитор трипсина. Поскольку свободный трипсин активирует не только трипсиноген и химотрипсиноген, но также и зимогены двух других пищеварительных ферментов: прокарбоксипептидазу и проэластазу, ингибитор трипсина успешно предотвращает преждевременное образование свободных протеолитических ферментов в клетках поджелудочной железы.

Усвоение углеводов

У человека из углеводов перевариваются в основном полисахариды: крахмал и целлюлоза, содержащиеся в растительной пище. Крахмал полностью расщепляются ферментами желудочно-кишечного тракта до составляющих их структурных блоков, а именно свободной D -глюкозы (рис. 1.2). Этот процесс начинается во рту во время пережевывания пищи благодаря действию фермента амилазы, выделяемого слюнными железами. Амилаза слюны гидролизует многие из α-(1→4)-гликозидных связей в крахмале и в гликогене. При этом образуется смесь, состоящая из мальтозы, глюкозы и олигосахаридов.

Переваривание крахмала и других усвояемых полисахаридов с образованием D -глюкозы продолжается и завершается в тонком кишечнике, главным образом, под действием амилазы поджелудочной железы, которая синтезируется в поджелудочной железе и поступает через проток поджелудочной железы в верхний отдел тонкого кишечника. Этот отдел тонкого кишечника с наиболее высокой пищеварительной активностью называется двенадцатиперстной кишкой.

Целлюлоза у большинства млекопитающих не подвергается ферментативному гидролизу и не используется из-за отсутствия ферментов, способных расщеплять β-(1→4)-связи между последовательными остатками D -глюкозы в целлюлозе. Вместе с тем непереваренная целлюлоза из растительной пищи создает ту массу (называемую иногда «клетчаткой» или «грубым кормом»), которая способствует нормальной перистальтике кишечника. У жвачных животных целлюлоза подвергается перевариванию, но не прямым путем, а под действием бактерий, находящихся в их рубце (желудке). Эти бактерии гидролизуют целлюлозу до D -глюкозы и далее сбраживают D -глюкозу до лактата, ацетата и пропионата, которые всасываются и поступают в кровь. Далее лактат и пропионат в печени жвачных превращаются в сахар крови.

Гидролиз дисахаридов катализируют ферменты, находящиеся в наружном крае эпителиальных клеток, выстилающих тонкий кишечник. Сахароза, или тростниковый сахар, гидролизуется с образованием D -глюкозы и D -фруктозы под действием сахаразы, называемой также инвертазой (К. Ф. 3.2.1.26); лактоза гидролизуется до D -глюкозы и D -галактозы под действием лактазы, называемой также β-галактозидазой (К. Ф. 3.2.1.23); в результате гидролиза мальтозы под действием мальтазы образуются две молекулы D -глюкозы. Многим представителям азиатских и африканских рас во взрослом состоянии свойственна непереносимость лактозы, обусловленная исчезновением в их тонком кишечнике лактазной активности, имевшейся в грудном и детском возрасте. У людей с непереносимостью лактозы этот сахар остается в кишечнике в нерасщепленном виде и часть его подвергается сбраживанию под действием микроорганизмов. Это вызывает диаррею и образование газов в кишечнике.

Рис. 1.2. – Переваривание углеводов: 1 и 2 – амилолитические ферменты; 3 – сахараза (К. Ф. 3.2.1.26); 4 – лактаза (К. Ф. 3.2.1.23)

В эпителиальных клетках, выстилающих тонкий кишечник, D -фруктоза, D -raлактоза и D -манноза частично превращаются в D -глюкозу. Смесь всех этих простых гексоз поглощается эпителиальными клетками, выстилающими тонкий кишечник, и доставляется кровью в печень.

Усвоение жиров

Переваривание триацилглицеролов (нейтральных жиров) начинается в тонком кишечнике, куда из поджелудочной железы поступает зимоген пролипаза. Здесь пролипаза превращается в активную липазу (К. Ф. 3.1.1.3), которая в присутствии желчных кислот и специального белка, называемого колипазой, присоединяется к капелькам триацилглицеролов и катализирует гидролитическое отщепление одного или обоих крайних жирнокислотных остатков с образованием смеси свободных жирных кислот в виде их Na + - или К + -солей (мыл) и 2-моноацилглицеролов. Небольшое количество триацилглицеролов остается при этом негидролизованным (рис. 1.3).

Жирные кислоты

Рис. – 1.3. Переваривание липидов: 1 – липаза (К. Ф. 3.1.1.3), желчные кислоты, Na +

Образовавшиеся мыла и нерасщепленные ацилглицеролы эмульгируются в виде мелких капелек под действием перистальтики (перемешивающие движения кишечника), а также под влиянием солей желчных кислот и моноацилглицеролов, которые являются амфипатическими соединениями и потому функционируют как детергенты. Жирные кислоты и моноацилглицеролы из этих капелек поглощаются кишечными клетками, где из них в основном вновь синтезируются триацилглицеролы. Далее триацилглицеролы проникают не в капилляры крови, а в небольшие лимфатические сосуды кишечных ворсинок – лактеали (иначе – млечные, или хилёзные, сосуды). Оттекающая от тонких кишок лимфа, называемая хилус (млечный сок), после переваривания жирной пищи напоминает по виду молоко из-за обилия взвешенных в ней хиломикронов – мельчайших капелек эмульгированных триацилглицеролов диаметром около 1 мкм. Хиломикроны имеют гидрофильную оболочку, состоящую из фолипидов и специального белка, который удерживает хиломикроны во взвешенном состоянии. Хиломикроны проходят через грудной проток в подключичную вену. После потребления жирной пищи даже плазма крови становится опалесцирующей из-за высокой концентрации в ней хиломикронов, но эта опалесценция исчезает через 1–2 ч, т.к. триацилглицеролы выводятся из крови, поступая главным образом в жировую ткань.

Эмульгированию и перевариванию липидов в тонком кишечнике способствуют соли желчных кислот. Соли желчных кислот человека – это в основном гликохолат натрия и таурохолат натрия, обе они являются производными холевой кислоты, которая количественно преобладает среди четырех основных желчных кислот, присутствующих в организме человека. Соли желчных кислот являются мощными эмульгаторами; они поступают из печени в желчь, которая изливается в верхний отдел тонкого кишечника. После завершения всасывания жирных кислот и моноацилглицеролов из эмульгированных капелек жира в нижнем отделе тонкого кишечника происходит обратное всасывание также и солей желчных кислот, способствовавших этому процессу. Они возвращаются в печень и используются повторно. Таким образом, желчные кислоты постоянно циркулируют между печенью и тонким кишечником.

Желчные кислоты играют исключительно важную роль в усвоении не только триацилглицеролов, но и вообще всех жирорастворимых компонентов пищи. Если желчные кислоты образуются или секретируются в недостаточном количестве, как это имеет место при ряде заболеваний, то непереваренные и непоглощенные жиры появляются в кале. При этом ухудшается всасывание жирорастворимых витаминов A, D, Е и К и может возникнуть пищевая недостаточность витамина А.

Расщепленные питательные вещества попавшие в кровь транспортируются в печень. В клетках печени – гепатоцитах глюкоза, аминокислоты и свободные жирные кислоты включаются в обменные процеесы организма.

Таким образом, процесс усвоение пищевых продуктов у млекопитающих осуществляется в желудочно-кишечном тракте и основан на ферментативно-кислотном гидролизе:

· полисахаридов (крахмала и целлюлозы) до ди- и моносахаридов,

· белков до аминокислот,

· липидов до жирных кислот, с последующим всасыванием клетками тонкого кишечника в кровь, поступлением с кровотоком в печень и включением в обменные процессы организма.



Пища, поступающая в организм человека, не может быть усвоена и использована для пластических целей и образования жизненной энергии, так как её физическое состояние и химический состав очень сложны. Для превращения пищи в легкоусвояемое организмом состояние у человека есть специальные органы, осуществляющие пищеварение.

Пищеварение - совокупность процессов, обеспечивающих физическое изменение и химическое расщепление пищевых веществ на простые составные водорастворимые соединения, способные легко всасываться в кровь и участвовать в жизненно важных функциях организма человека.

Пищеварительный аппарат человека состоит из следующих органов: ротовая полость (ротовое отверстие, язык, зубы, жевательные мышцы, слюнные желёзы, желёзы слизистой оболочки полости рта), глотка, пищевод, желудок, двенадцатипёpcтнaя кишка, поджелудочная железа, печень, тонкий кишечник, толстый кишeчник с прямой кишкой. Пищевод, желудок, кишечник состоят из трёх оболочек: внутренней - слизистой, в которой расположены желёзы, выделяющие слизь, а в ряде органов - и пищеварительные соки; средней - мышечной, обеспечивающей путём сокращения передвижение пищи; наружной - серозной, выполняющей роль покровного слоя.

У человека в течение суток выделяется около 7 л пищеварительных соков, в состав которых входят: вода, разжижающая пищевую кашицу, слизь, способствующая лучшему передвижению пищи, соли и ферменты-катализаторы биохимических процессов, расщепляющие пищевые вещества на простые составные соединeния. В зависимости от действия на те или иные вещества ферменты делятся на протеазы , расщепляющие белки (протеины), амилазы, расщепляющие углеводы, и липазы, расщепляющие жиры (липиды). Каждый фермент активен только в определенной среде (кислой, или щелочной, или нейтральной). В результате расщепления из белков получаются аминокислоты, из жиров - глицерин и жирные кислоты, из углеводов в основном - глюкоза. Вода минеральные соли, витамины, содержащиеся в пище, в процессе пищеварения не претерпевают изменений.

Пищеварение в ротовой полости

Ротовая полость - это передний начальный отдел пищеварительного аппарата. С помощью зубов, языка и мышц щёк пища подвергается первоначальной механической переработке, а с помощью слюны - химической.

Слюна - пищеварительный сок слабощелочной реакции, вырабатываемый тремя парами слюнных желёз (околоушными, подъязычными, подчелюстными) и поступающий в ротовую полость по протокам. Кроме того, слюна выделяется слюнными желёзами губ, щёк и языка. Всего за сутки вырабатывается около 1 л слюны разной консистенции: густая слюна выделяется для переваривания жидкой пищи, жидкая - для сухой пищи. В слюне содержатся ферменты амилаза (птиалин), который расщепляет крахмал до мальтозы, фермент мальтаза, расщепляющий мальтозу до глюкозы, и фермент лизоцuм , обладающий антимикробным действием.

Пища в ротовой полости находится сравнительно короткое время (10-25 с). Пищеварение во рту сводится в основном к образованию пищевого комка, подготовленного к проглатыванию. Химическое воздействие слюны на пищевые вещества в ротовой полости ничтожно из-за непродолжительного пребывания пищи. Действие её продолжается в желудке до полного пропитывания пищевого комка кислым желудочным соком. Однако обработка пищи во рту имеет большое значение для дальнейшего xoда пищеварительного процесса, так как акт еды это мощный рефлекторный возбудитель деятельности всех пищеварительных органов. Пищевой комок с помощью координированных движений языка и щёк продвигается к глотке, где совершается акт глотания. Из полости рта пища поступает в пищевод.

Пищевод - мышечная трубка длиной 25-30 см, по которой благодаря сокращению мускулатуры пищевой комок передвигается к желудку за 1-9 с в зависимости от консистенции пищи.

Пищеварение в желудке. Желудок - самая широкая часть пищеварительного тракта. Он представляет собой полый орган, состоящий из входа, дна, тела и выхода. Входное и выходное отверстия закрываются мышечным валиком (жомом). Объём желудка взрослого человека составляет около 2 л, но может увеличиваться до 5 л. Внутренняя слизистая оболочка желудка собрана в складки, что увеличивает её поверхность. В толще слизистой оболочки размещено до 25000000 желёз, вырабатывающих желудочный сок и слизь.

Желудочный сок представяет собой бесцветную жидкость кислой реакции, содержащую 0,4-0,5% соляной кислоты, которая активизирует ферменты желудочного сока и оказывает бактерицидное воздействие на микробы, попадающие в желудок с пищей. В состав желудочного сока входят ферменты: пепсин , химозин (сычужный фермент), липаза . Фермент пепсин расщепляет белки пищи на более простые вещества (пептоны и альбумозы), которые подвергаются дальнейшему перевариванию в тонком кишечнике. Химозин содержится в желудочном соке грудных детей, свёртывая у них в желудочке белок молока. Липаза желудочного сока расщепляет только эмульгированные жиры (молока, майонеза) до глицерина и жирных кислот.

Человеческий организм выделяет желудочного сока 1,5-2,5 л в сутки в зависимости от количества и состава пищи. Пища в желудке переваривается от 3 до 10 ч в зависимости от состава, объёма, консистенции и способа её обработки. Пища жирная, плотная находится в желудке дольше, чем жидкая, содержащая углеводы.

Механизм секреции желудочного сока - это сложный процесс, состоящий из двух фаз. Первая фаза желудочной секреции представляет собой условный и безусловный рефлекторный процесс, зависящий от внешнего вида, запаха и условий приёма пищи. Этот желудочный сок великий русский ученый-физиолог И. П. Павлов назвал «аппетитным» или «запальным», от которого зависит дальнейший ход пищеварения. Вторая фаза желудочной секреции связана с химическими возбудителями пищи и называется нервно-химической. Механизм секреции желудочного сока зависит также от действия специфических гормонов пищеварительных органов. В желудке происходит частичное всасывание в кровь воды и минеральных солей.

После переваривания в желудке пищевая кашица небольшими порциями поступает в начальный отдел тонкого кишечника - двенадцатипёрстную кишку, где пищевая масса подвергается активному воздейсвию пищеварительных соков поджелудочной железы, печени и слизистой оболочки самой кишки.

Поджелудочная железа - пищеварительный орган, состоит из клеток, образующих дольки, которые имеют выводные протоки, соединяющиеся в общий проток. По этому протоку пищеварительный сок поджелудочной железы поступает в двенадцатиперстную кишку (до 0,8 л в сутки). Железа вырабатывает пищеварительные ферменты, бикарбонат натрия, который нейтрализует желудочную (соляную) кислоту, а также гормоны, включая инсулин и гликагон, регулирующие уровень сахара в крови.

Пищеварительный сок поджелудочной железы представляет собой бесцветную прозрачную жидкость щелочной реакции. В его состав входят ферменты: трипсин, химотрипсин, липаза, амилаза, мальтаза. Трипсин и химотрипсин расщепляют белки, пептоны, альбумозы, поступившие из желудка, до полипептидов. Липаза с помощью желчи расщепляет жиры пищи до глицерина и жирных кислот. Амилаза и мальтаза расщепляют крахмал до глюкозы. Кроме того, в поджелудочной железе есть специальные клетки (островки Лангерганса), вырабатывающие гормон инсулин , поступающий в кровь. Этот гормон регулирует углеводный обмен, способствуя усвоению сахара организмом. При отсутствии инсулина возникает заболевание сахарный диабет.

Печень - крупная железа массой до 1,5-2 кг, состоящая из клеток, вырабатывающих желчь до 1 л в сутки. Желчь - жидкость от светло-жёлтого до тёмно-зелёного цвета, слабощелочной реакции, активизирует фермент липазу поджелудочного и кишечного сока, эмульгирует жиры, способствует всасыванию жирных кислот, усиливает движение (перистальтику) кишечника, подавляет гнилостные процессы в кишечнике.

Желчь из печёночных протоков поступает в желчный пузырь тонкостенный грушевидный мешок объёмом 60 мл. В процессе пищеварения желчь из желчного пузыря по протоку вытекает в двенадцатиперстную кишку. Кроме процесса пищеварения печень участвует в обмене веществ и кроветворении, задерживании и обезвреживании ядовитых веществ, поступивших в кровь в процессе пищеварения.

Пищеварение в тонком кишечнике

Длина тонкого кишечника составляет 5-6 м. В нём завершается процесс пищеварения благодаря соку поджелудочной железы, желчи и кишечному соку, выделяемому желёзами слизистой оболочки кишечника (до 2 л в сутки).

Кишечный сок представляет собой мутноватую жидкость щелочной реакции, в состав которой входят слизь и ферменты: полипептидазы и дипептидазы , расщепляющие (гидролизующие) полипептиды до аминокислот; липаза , расщепляющая жиры до глицерина и жирных кислот; амилаза и мальтаза , переваривающие крахмал и мальтозу до глюкозы; сахараза , расщепляющая сахарозу до глюкозы и фруктозы; лактаза , расщепляющая лактозу до глюкозы и галактозы.

Основным возбудителем секретной деятельности кишечника являются химические вещества, содержащиеся в пище, желчь и сок поджелудочной железы.

В тонком кишечнике пищевая кашица (химус) перемешивается, распределяется тонким слоем по стенке, где происходит заключительный процесс пищеварения - всасывание продуктов расщепления пищевых веществ, а также витаминов, минеральных веществ, воды в кровь. Здесь водные растворы питательных веществ, образовавшихся в процессе пищеварения, через слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта прони-кают в кровеносные и лимфатические сосуды.

В стенках тонкого кишечника имеются специальные органы всасывания - ворсинки, которых насчитывается 18-40 шт. на 1 мм 2 . Питательные вещества всасываются через поверхностный слой ворсинок. Аминокислоты, глюкоза, вода, минеральные вещества, витамины, растворимые в воде, поступают в кровь. Глицерин и жирные кислоты в стенках ворсинок образуют капельки жира, свойcтвенныe человеческому организму, которые проникают в лимфу, а затем в кровь. Далее кровь по воротной вене поступает в печень, где очистившись от ядовитых веществ пищеварения, снабжает питательными веществами все ткани и органы.

Роль толстого кишечника в процессе пищеварения.

В толстый кишечник поступают непереваренные остатки пищи. Незначительное количество желёз толстого кишечника выделяет малоактивный пищеварительный сок, который частично продолжает переваривание пищевых веществ. В толстых кишках содержится большое количество бактерий, вызывающих брожение остатков углеводов, гниение остатков белка и частичное расщепление клетчатки. При этом образуется ряд вредных для организма ядовитых веществ (индол, скатол, фенол, крезол), которые всасываются в кровь , а затем обезвреживаются в печени.

Состав бактерий толстого кишечника зависит от состава поступающей пищи. Так, молочно-растительная пища создаёт благоприятные условия для развития молочнокислых бактерий, а пища, богатая белком, способствует развитию гнилостных микробов. В толстых кишках происходит всасывание в кровь основной массы воды, в результате чего содержимое кишечника уплотняется и перемещается к выходу. Удаление каловых масс из организма осуществляется через прямую кишку и называется дефекацией .

Любой живой организм питается органической пищей, которая разрушается в пищеварительной системе и участвует в клеточном метаболизме. И для такого вещества, как белок, переваривание означает полное расщепление до составляющих его мономеров. Это значит, что основной задачей пищеварительной системы является разрушение вторичной, третичной или доменной структуры молекулы, а затем отщепление аминокислот. Позже будут разнесены кровеносной системой по клеткам организма, где будут синтезированы новые белковые молекулы, необходимые для жизнедеятельности.

Ферментативное расщепление белка

Белок — сложная макромолекула, пример биополимера, состоящего из множества аминокислот. А некоторые белковые молекулы состоят не только из аминокислотных остатков, но и из углеводных или липидных структур. Ферментативные или транспортные белки и вовсе могут содержать ион металла. Чаще прочих в пище присутствуют белковые молекулы, которые содержатся в мясе животного. Это также сложные фибриллярные молекулы с длинной аминокислотной цепочкой.

Для расщепления белков в пищеварительной системе имеется набор ферментов протеолиза. Это пепсин, трипсин, хемотрипсин, эластаза, гастриксин, химозин. Окончательное переваривание белков происходит в тонком кишечнике под действием пептид-гидролаз и дипептидаз. Это группа ферментов, которые разрушают пептидную связь у строго специфичных аминокислот. Это значит, что для разрушения пептидной связи между остатками аминокислоты серина нужен один фермент, а для расщепления связи, образованной треонином, — другой.

Ферменты переваривания белков делятся на виды в зависимости от строения их активного центра. Это сериновые, треониновые, аспартильные, глютаминовые и цистеиновые протеазы. В структуре своего активного центра они содержат определенную аминокислоту, из-за которой получили свое название.

Что происходит с белком в желудке?

Многие ошибаются, говоря, что желудок является главным органом пищеварения. Это распространенное заблуждение, так как переваривание пищи частично наблюдается уже в ротовой полости, где разрушается небольшая часть углеводов. Здесь же происходит их частичное всасывание. Но основные процессы пищеварения и вовсе протекают в тонком кишечнике. При этом, несмотря на наличие пепсина, химозина, гастриксина и соляной кислоты, переваривания белков в желудке не происходит. Эти вещества под действием протеолитического и соляной кислоты денатурируют, то есть теряют свою особую пространственную структуру. Также под действием химозина створаживается белок молока.

Если выразить процесс переваривания белка в процентах, то в желудке происходит примерно 10 % разрушения каждой белковой молекулы. Это значит, что в желудке ни одна аминокислота от макромолекулы не отрывается и не всасывается в кровь. Белок лишь набухает и денатурирует, чтобы увеличить количество доступных мест для работы протеолитических ферментов в двенадцатиперстной кишке. Это значит, что под действием пепсина молекула белка увеличивается в объеме, обнажая больше пептидных связей, на которые затем присоединяются протеолитические ферменты панкреатического сока.

Переваривание белка в двенадцатиперстной кишке

После желудка обработанная и тщательно измельченная пища, смешанная с желудочным соком и подготовленная к дальнейшим этапам пищеварения, попадает в двенадцатиперстную кишку. Это участок пищеварительного тракта, расположенный в самом начале тонкого кишечника. Здесь происходит дальнейшее расщепление молекул под действием панкреатических ферментов. Это более агрессивные и более активные вещества, способные дробить длинную полипептидную цепочку.

Под действием трипсина, эластазы, химотрипсина, карбоксипептидаз А и В происходит расщепление молекулы белка на множество более мелких цепей. По сути, после прохождения двенадцатиперстной кишки переваривание белков в кишечнике только начинается. И если выразить в процентах, то после обработки пищевого комка белки перевариваются примерно на 30-35 %. Полная их «разборка» до составляющих мономеров будет проведена в тонком кишечнике.

Итоги панкреатического пищеварения белков

Переваривание белков в желудке и двенадцатиперстной кишке — это подготовительный этап, который нужен для дробления макромолекул. Если в желудок поступает белок с длиной цепочки в 1000 аминокислот, то на выходе из двенадцатиперстной кишки получится, к примеру, 100 молекул с 10 аминокислотами в каждой. Это гипотетическая цифра, так как эндопептидазы, указанные выше, не делят молекулу на равные участки. В образовавшейся массе будут присутствовать молекулы с длиной цепочки и 20 аминокислот, и 10, и 5. Это значит, что процесс дробления является хаотичным. Его цель — максимальное упрощение работы экзопептидаз в тонком кишечнике.

Пищеварение в тонком кишечнике

Для любого высокомолекулярного белка переваривание — это полное его разрушение до составляющих первичную структуру мономеров. И в тонком кишечнике под действием экзопептидаз достигается разложение олигопептидов на отдельные аминокислоты. Олигопептидами называются упомянутые выше остатки крупной белковой молекулы, состоящие из небольшого количества аминокислот. Их расщепление сопоставимо по энергетическим затратам с синтезом. Потому переваривание белков и углеводов — это энергоемкий процесс, как и само всасывание полученных аминокислот эпителиальными клетками.

Пристеночное пищеварение

Пищеварение в тонком кишечнике называется пристеночным, так как оно протекает на ворсинках — складках кишечного эпителия, где сконцентрированы ферменты экзопептидазы. Они присоединяются к молекуле олигопептида и гидролизуют пептидную связь. При этом для каждого типа аминокислоты существует свой фермент. То есть на разрыв связи, образованной аланином, нужен фермент аланин-аминопептидаза, глицина — глицин-аминопептидаза, лейцина — лейцин-аминопетидаза.

Из-за этого белковое переваривание занимает много времени и требует большого количества пищеварительных ферментов разных типов. За их синтез отвечает поджелудочная железа. Ее функция страдает у пациентов, злоупотребляющих алкоголем. Но нормализовать недостаток ферментов, принимая фармакологические препараты, практически невозможно.

Пищеварение в желудке – процесс, в результате которого пища, которую мы поглощаем, меняет свою форму на такую, которую наш организм способен усвоить. После определенных физических явлений и процессов, а также химических реакций, которым способствуют пищеварительные соки, питательные вещества изменяются так, чтоб организм смог беспрепятственно всасывать их и далее использовать при обмене веществ. Переваривание пищи может происходить в то время, как она перемещается по органам желудочно-кишечного тракта.

Основными компонентами правильного и здорового рациона питания ученые считают всего три основных класса химических соединений: белки, углеводы (также сахар) и жиры, а именно липиды. Рассмотрим их подробнее.

Углеводы

Эти вещества присутствуют в виде крахмала в растительной пище. Пищеварение в желудке и кишечнике способствует процессу превращения углеводов в глюкозу, а она, в свою очередь, запасается в виде гликогена, то есть полимера, и далее используется организмом. Отдельная молекула крахмала считается очень крупным полимером, который образуется из множества молекул глюкозы. Стоит отметить, что крахмал в сыром виде сформирован в гранулах. Они должны быть разрушены для того, чтобы предоставить возможность данному веществу превратиться в глюкозу. Именно приготовление пищи и способствует разрушению гранул содержащегося в ней крахмала.

Необходимо также знать о том, что часть пищевых продуктов содержит углеводы в особой форме дисахаридов. Это простые сахара, лактоза, а также сахароза, тростниковый сахар. Пищеварение в желудке превращает эти вещества в еще более простые соединения – моносахариды, которые не особо нуждаются в переваривании.

Белки

Они представлены различными полимерами, которые образовываются из двадцати разных видов аминокислот. После переваривания , формируются свободные аминокислоты как конечные продукты. Промежуточными продуктами переваривания белковой пищи являются полипептиды, пептоны и дипептиды.

Жиры

Это достаточно простые соединения, которые в результате процессов пищеварения и переваривания превращаются в жирные кислоты и глицерин.

Физические процессы

Где находится желудок, мы все знаем, а вот какие физические процессы протекают в нашем организме – не всегда. Основой пищеварения считается измельчение пищи, которое происходит при ее пережевывании и при ритмических сокращениях кишечника и желудка. Такие воздействия помогают пище измельчиться и тщательно перемешать все ее частицы с пищеварительными соками, которые выделяются в кишечнике, в желудке и во рту. Более того, сокращения стенок пищеварительного тракта обеспечивают постоянное продвижение пищи по его отделам. Все эти движения постоянно регулируются и контролируются нервной системой.

Химические реакции

Пищеварение в желудке невозможно вообразить без химических реакций внутри нашего организма. Их основой является распад углеводов, жиров и белков, а именно – гидролиз, который осуществляется определенным набором ферментов. Питательные вещества расщепляются во время гидролиза на мелкие частицы, которые усваиваются в организме. Данный процесс осуществляется достаточно быстро из-за воздействия ферментов, которые содержатся в желудочном, а также других пищеварительных соках.