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 мономеры белков 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 фермента пепсина 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.
Как происходит эвакуация пищевого содержимого из желудка в двенадцатиперстную кишку?
Это не такой уж и простой процесс, как может показаться! Почему?
Потому что выброс содержимого желудка в кишечник (как впрочем, и все процессы, происходящие в нашем организме) подчиняется определенным и очень строгим законам.
Представьте себе этот процесс!
Ведь для того, чтобы вытолкнуть порцию пищи из желудка нужно, чтобы мышцы желудка сократились. В это же самое время мышцы сфинктера должны открыть выход из желудка. А мышцы двенадцатиперстной кишки, в этот же момент, должны расслабиться, приготовившись принять порцию пищевых масс!
Это сложный процесс. Но еще сложнее то, что все это должно произойти только тогда (не раньше и не позже), когда пищевые массы будут достаточно обработаны в желудке.
Гастроэнтерологи Москвы
Гастроэнтерологи Московской области
Подробная информация о каждом докторе, фото, рейтинг, отзывы, быстрая и удобная запись на прием.
Мало того, все эти мышцы четко «знают», какую порцию пищевых масс нужно вытолкнуть. Ведь желудок велик, он способен накопить большой объем пищи, чего нельзя сказать о двенадцатиперстной кишке. Она не большая и вместить в себя много не в состоянии.
А, кроме того, в кишке идет интенсивный процесс обработки пищи. И, чтобы этот процесс был эффективным, нужно, чтобы пища поступала небольшими, строго определенными порциями.
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 панкреатическим соком белки перевариваются примерно на 30-35 %. Полная их «разборка» до составляющих мономеров будет проведена в тонком кишечнике.
§ 32. Пищеварение в желудке и двенадцатиперстной кишке. Действие ферментов
Вопросы в начале параграфа.
Вопрос 1. Как пища попадает в желудок?
Из глотки сформировавшийся в ротовой полости пищевой комок попадает в пищевод. Устье пищевода снабжено кольцевыми мышцами, которые препятствуют обратному движению пищи из желудка в пищевод. В желудок пища попадает измельченной и пропитанной слюной.
Вопрос 2. Как изменяется в желудке пищевой комок?
В желудок пища попадает измельченной и пропитанной слюной. С наружной поверхности пищевой комок подвергается действию желудочного сока, а внутри его продолжается действие слюны. Постепенно пищевой комок распадается и превращается в кашицу, которая обрабатывается желудочным соком.
Вопрос 3. Почему в желудке перевариваются белки, но стенка желудка не страдает?
В слизистой оболочке желудка находится множество желез.
Одни из них выделяют слизь, которая защищает стенки желудка от действия на них желудочного сока и раздражающих веществ пищи, другие выделяют соляную кислоту.
Вопрос 4. Как пища попадает в двенадцатиперстную кишку?
В среднем слое стенки желудка находится мышечная оболочка, состоящая из гладких мышц. Их сокращение способствует лучшему перемешиванию пищи и пропитыванию ее желудочным соком. Постепенно мышцы проталкивают пищевую кашицу к двенадцатиперстной кишке. На границе между желудком и двенадцатиперстной кишкой находится кольцевая мышца — сфинктер. Периодически он открывается и пропускает полупереваренную пищу в двенадцатиперстную кишку.
Вопрос 5. Как изменяются в ней белки, жиры и углеводы?
В двенадцатиперстную кишку поступает сок поджелудочной железы и желчь из печени. Под ее воздействием жиры распадаются на малейшие капельки, так что общая их поверхность увеличивается. В таком виде они становятся более доступными для действия ферментов. Кроме того, желчь активизирует некоторые ферменты поджелудочной железы, в частности трипсин — фермент, расщепляющий белки до аминокислот.
Пищеварительный сок поджелудочной железы содержит ферменты, расщепляющие белки, жиры и углеводы. Подобным образом действует кишечный сок, выделяемый остальными отделами тонкой кишки.
Вопрос 6. Как работают пищеварительные ферменты?
Расщепление пищи происходит под действием биологических катализаторов — ферментов, представляющих собой белки сложного строения. Пищеварительные ферменты наиболее активны при температуре 37—39 °С. Вещество, на которое действует фермент, называют субстратом. Каждый фермент обладает специфичностью, то есть действует на строго определенный субстрат. При этом каждый фермент работает только при определенных условиях: ферменты слюны — в слабощелочной среде; ферменты желудка — в кислой среде; ферменты поджелудочной железы — в слабощелочной среде. При кипячении ферменты, как и другие белки, свертываются и теряют активность.
Вопросы в конце параграфа.
Вопрос 1. Как пищевой комок попадает в желудок?
Сформировавшийся в ротовой полости пищевой комок попадает в глотку, затем — в пищевод и далее — в желудок.
Вопрос 2. Где располагается желудок?
Он располагается под диафрагмой в левой части брюшной полости. Большая часть желудка лежит в левом подреберье, меньшая — в подложечной области.
Вопрос 3. Какую функцию выполняет внутренний железистый слой желудка?
Железистые клетки желудка выделяют фермент, соляную кислоту и слизь, которая защищает стенки желудка от действия на них желудочного сока и раздражающих веществ пищи.
Вопрос 4. Какое значение в составе желудочного сока имеет соляная кислота?
Соляная кислота создает необходимую среду для работы фермента и уничтожает вредные микроорганизмы.
Вопрос 5. Какую функцию выполняет мышечный слой стенки желудка?
Функционирование мышечного слоя стенки желудка обеспечивает перемешивание пищи, пропитывание ее желудочным соком, проталкивание пищевой кашицы к двенадцатиперстной кишке.
Вопрос 6. Как пища попадает в двенадцатиперстную кишку?
В двенадцатиперстную кишку пища попадает из желудка через периодически открывающийся сфинктер.
Вопрос 7. Протоки каких пищеварительных желез впадают в двенадцатиперстную кишку?
В двенадцатиперстную кишку впадают протоки поджелудочной железы и печени.
Вопрос 8. Какова функция желчи, выделяемой печенью?
Желчь эмульгирует (разбивает на мелкие капли) жиры, активизирует ферменты поджелудочной железы.
Вопрос 9. Что такое фермент? Назовите известные вам пищеварительные ферменты.
Фермент — биологический катализатор, который представляет собой специфические белки. Пищеварительные ферменты: трипсин, пепсин, амилаза, лактаза, липаза.
Вопрос 10 Будет ли действовать пепсин, если соляную кислоту желудочного сока нейтрализовать щелочью?
В нейтральной среде пепсин действовать не будет. Этот фермент активен только в кислой среде.
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.
Как быстро пища покидает желудок?
Пища в желудке может находиться довольно долго: от 6 до 10 часов, а иногда и больше. Это зависит от объема принятой пищи, от ее состава (белки, жиры или углеводы), от ее консистенции (жидкая или густая) и от ее насыщенности (концентрации).
Жидкая пища проходит в кишечник достаточно быстро, твердая — задерживается до тех пор, пока не будет измельчена до частиц размером 2-3 мм.
Быстрее всех покидают желудок углеводы, затем белки и дольше всех задерживаются жиры.
Чем концентрированнее пищевые массы, тем дольше они находятся в желудке до тех пор, пока не будут разведены желудочным соком в достаточной мере.
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.
Кто регулирует этот процесс?
Кто определяет химический состав пищи, ее консистенцию и насыщенность? И делает это очень быстро и безошибочно? Кто определяет объем пищевых масс, которые можно пропустить из желудка в кишку?
Природа решила все эти вопросы, как всегда, — просто и гениально. Судите сами!
Желудочный сок — среда кислая, в отличие от щелочного кишечного сока. Разница в значениях кислотности — один из механизмов регулирования поступления пищи из желудка в кишку.
Ведь, когда пища достаточно пропитывается желудочным соком и подходит к выходу из желудка, она раздражает химические рецепторы конечного отдела желудка. И мышцы желудка сокращаются, сфинктер открывается, а мышцы кишки расслабляются.
Дальше пища проталкивается в кишку. Кислое содержимое попадает в щелочную среду. И окисляет эту среду. Чем больше пищи попало в кишку, тем больше степень окисления.
И вот окисление достигает того предела, когда начинает раздражать рецепторы (специальные клетки) кишки. Они подают сигнал — и мышцы желудка расслабляются, а сфинктер между желудком и кишкой — закрывается. Все просто, не правда ли?
Но природа, создавая человека, была очень мудра и предусмотрительна. И она хорошо «понимала», что любой механизм может дать сбой.
Поэтому она подстраховалась. Кислота — не единственный регулятор поступления пищи из желудка в кишечник. В этом процессе принимают участие также клетки, которые «чувствуют» степень наполнения и растяжения кишки. Наполнилась двенадцатиперстная кишка до определенного предела — и пошли сигналы о том, что пора прекращать подачу пищи.
Более того, есть даже такие клетки-рецепторы, которые определяют химический состав пищевых масс. Если, к примеру, поступило много жиров, летят сигналы о том, что пища должна подольше задержаться в желудке. Потому что жиры требуют более длительной обработки.
То есть, если говорить проще, в кишке есть специализированные клетки, которые определяют кислотность, объем, консистенцию, насыщенность и химический состав поступивших пищевых масс.
Эти клетки тщательно «собирают информацию», преобразуют ее и посылают в центральный орган управления нашим организмом — головной мозг. А уже в головном мозге принимается решение и отдается приказ органам-исполнителям (в нашем случае — мышцам и железам желудка, кишки и сфинктера).
Но как, каким образом, эта информация передается в головной мозг, и как команды «доходят» до тех, кому предназначены?
В нашем организме есть всего два пути передачи информации: рефлекторный и гуморальный.
- Рефлекторный — это передача электрического импульса по нервным клеткам. Этот импульс зарождается в маленькой клеточке, чувствительной к изменению объема, давления, химического состава и т.д. Затем этот импульс по нервным путям передается в мозг. А здесь уже зарождается новый импульс, который несет информацию-приказ к тому органу, который и должен этот приказ выполнять.
- Второй путь — гуморальный. Это передача информации с помощью выработки определенных веществ. Вот окислилось слишком сильно содержимое двенадцатиперстной кишки — и специальные ее клеточки немедленно приступают к выработке вещества, которое люди назвали энтерогастрином. Это вещество всасывается в кровь, достигает мышц и желез желудочно-кишечного тракта и отдает им приказ: остановить выброс из желудка в кишку, закрыть сфинктер!
Ну что же, я думаю, что мы с вами успешно преодолели этот сложный переход из желудка в двенадцатиперстную кишку. Теперь следует внимательно осмотреться и понять, что же происходит здесь, в самом начальном отделе тонкого кишечника?
Этим мы и займемся в следующей статье! До встречи и всего вам доброго!
